Transientenintermodulation
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Transientenintermodulation (TIM) ist ein Begriff, der, unter anderen, etwas über die Qualität von Audio-Verstärkern aussagt.
Eigentlich geht es um die TIM-Distortion, also um unerwünschte Verzerrungen.
Ein Verstärker sollte eigentlich nichts anders machen, als die Amplitude eines Eingangssignals zu vervielfachen. Das heißt, dass das Frequenzspektrum unverändert bleibt.
[Bearbeiten] Ursache:
Ein Verstärker ist nicht unendlich schnell. D.h. es vergeht eine gewisse Zeit, bis das Signal vom Eingang verstärkt am Ausgang erscheint. Da nun die meisten Verstärker mit Rückkopplung arbeiten, wird das Ausgangssignal verzögert zum Eingang zurückgeführt. Die Rückkopplung (oder auch Gegenkopplung) dient dem Verstärker, um "nachzuschauen" ob das Ausgangssignal, abgesehen von der Amplitude, dem Eingangssignal entspricht und um es bei Abweichungen nachregeln zu können. Das Problem ist nun das, dass das Eingangssignal immer mit einem Ausgangssignal aus der Vergangenheit verglichen wird.
Wird am Eingang nun ein steilflankiger Impuls angelegt, übersteuert der Verstärker erst einmal extrem, bis er durch die verzögerte Rückkopplung bemerkt, dass das Ausgangssignal viel zu hoch ist, und senkt somit das Ausgangssignal wieder. Dadurch kommen hörbare Frequenzanteile in das Signal, die ursprünglich nicht enthalten waren.
Die kurzzeitige Übersteuerung kommt daher, dass das Eingangssignal zuerst mit der Leerlaufverstärkung (Open-Loop Gain) verstärkt wird. Diese ist größer, meist viel größer, als die Closed-Loop Gain, die erst durch die Gegenkopplung entsteht.
Auch im eingeschwungenen Zustand bedarf die Gegenkopplung einer kritischen Analyse. Jeder gegengekoppelte Verstärker wertet die Soll-Ist-Differenz zur Nachregelung seiner Eigenschaften aus. Verstärkt der Übertragungsvierpol ein periodisches, nur aus einer Grundwelle bestehendes Signal (Sinus), so liegen nach dem Soll-Ist-Vergleich nur noch die vom Übertragungsvierpol selbst erzeugten Oberwellen vor. Diese durchlaufen den Verstärker nun erneut, so dass angenommen werden darf, dass die von der Gegenkopplungsschleife bereitgestellten Differenzsignale ihrerseits wiederum Oberwellen (höherer Ordnung) bewirken.
Neben den positiven Eigenschaften, wie Stabilisierung des statischen Verhaltens, Verringerung von Verzerrungen, Vergrößerung des Ausgangsdämpfungsfaktors und Erhöhung der Übertragungsbandbreite sind die negativen Folgen nur schwer beherrschbar. Zwar werden Verstärker immer schneller, was zu einer Minderung der transienten Intermodulationsverzerrungen führt, jedoch sind sowohl dieser Entwicklung als auch den strukturbedingten Eigenheiten des eingeschwungenen Zustands Grenzen gesetzt.
Aus diesem Grund setzen manche Entwickler von Verstärkern auf das Prinzip ohne Gegenkopplung. Voraussetzung für ein solches Schaltungsdesign ist die Verwendung von naturgemäß sehr linearen Bauelementen. Trotzdem besteht die Schwierigkeit, den Klirrfaktor in Grenzen zu halten und einen möglichst großen Dämpfungsfaktor zu erreichen. Denn hierbei fehlt nun die Komponente, die das Ausgangssignal mit dem Eingangssignal vergleicht. Dieser wird mit einem Differenzverstärker realisiert.
