Nikko BetaIII Vorstufe

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Das Ding hat mich zu meiner Verärgerung deutlich länger beschäftigt als geplant war.  Letztendlich konnten aber alle Probleme beseitigt werden.

Das erste "Problem" war ein defekter Phonoeingang. Ein Kanal war ausgefallen. Normalerweise keine große Sache, aber in diesem Fall geht es um ein Gerät, das haufenweise
nicht mehr erhältliche Bauteile beinhaltet, für die es eigentlich keinen direkt passenden Ersatz gibt.

Die Beta III ist komplett "diskret" aufgebaut, worauf so mancher Fan bekanntlich "abfährt". Es gibt zwei paar Ausgangsbuchsen, und zwei Phonoeingänge, von denen einer über einen separaten Pegelregler zum Entzerrer führt.

Das Klangregelnetzwerk kann nicht abgeschaltet werden. (kein directschalter)





Im Phonoverstärker kommen vorwiegend  JFET zum Einsatz, und gerade dort, wird relativ viel Strom verheizt Die drei parallel geschalteten UN07 FET sind praktisch nicht zu bekommen.
sie sitzen auf Kühlblechen, die durch ihre Anordnung eine Art Kamineffekt nutzen. Sie werden bis zu ca. 50 Grad warm.

Zwei von drei sind defekt, der dritte zeigt ein abnormales Verhalten...Also alle drei nicht mehr brauchbar.









Die komplementär-JFET UP07 und UN07 finden sich überall in der Vorstufe.  JFET im TO126 Gehäuse, die dann noch vergleichbare Eigenschaften besitzen, konnte ich nicht auftreiben.
Es gibt kaum Informationen zu den FET, aber ich habe eine Liste entdeckt, auf der er mit 100V, 50mA Id (!) und 250 mW geführt wird.

Im Netz wird in diversen Audioforen als Ersatztyp  der 2SK246 genannt, aber dieser JFET ist nicht kompatibel  und kann auch nicht 1 zu 1 in der Schaltung eingesetzt werden. Ich habe es auch an anderen Stellen im Gerät getestet...Er ist kein direkter, brauchbarer Ersatz. 




Da ich zuerst bei einer JFET Lösung bleiben wollte, versuchte ich  es dennoch mit drei 2SK246, wobei man dazu die Schaltung etwas abändern musste, damit die Balance erhalten bleibt, und es keine zu großen Verzerrungen gibt. Der Strom durch die FET musste ebenfalls reduziert werden. Das Ergebnis hätte zwar funktioniert, aber die Drift und vor allem die Verzerrungen unter ca. 300 Hz (also bei höherer Verstärkung) waren inakzeptabel. Da die Phonostufe über einen Kondensator ausgekoppelt wird, hätte das zwar keine Probleme bereitet, aber es war nicht befriedigend.








Letztendlich wurde es nach einiger Probiererei je ein 2SK2013 (MOS-FET), bei dem lediglich zwei pins gekreuzt, und der Strom ebenfalls  reduziert werden musste. R435 wurde auf 47R vergrößert, was ein perfektes, verzerrungsfreies Ergebnis mit stabilem Offset brachte.



Was ich zuerst für ein kleines Revisionsblech hielt, war ein MU-Metal Blech unter dem Entzerrer.



Geregeltes Netzteil  und davor die Ausgangsstufe 


Ein paar Messungen:



Hochpegel (AUX) zuerst. 500mV rein, 1V raus, rechter Kanal, 1KHz


Nochmal links: 

Während im  rechten  Kanal praktisch keine Verzerrungen messbar sind, fällt der linke mit K2 etwas ab.  Es sind aber -nur- 0,0007%
Sehr geringe Netzstörungen.

ccif IMD : Auch hier nur links messbar. Allerdings ebenfalls  unter 0,001%.  Rechts ....nichts messbar.

THD&N vs. Frequenz, 80KHz bw: perrfekt.




Frequenzgang bei "1 uhr" Lautstärkeeinstellung. Bei Rechtsanschlag 175 KHz -3dB



Phono 2 oder 1 , L&R (10mV), Die Abweichung ist uninteressant und  Bauteiltoleranzen geschuldet. Die Eingangskapazität beträgt  nur130 pF


Nochmal mit System, 470 mH, und ein mal zusätzlich 120 pF (rot)...problemlos.



Gleichlauf des Lautstärkereglers "gut".

[Kimi]

Technisch so ziemlich perfekt

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Das gilt für die meisten Vorstufen. Es gibt nur wenige (transistorisierte) Modelle, die über Hochpegeleingänge irgendwie auffällig werden.

[nice2hear]

Und ziemlich schick ist der Nikko mit den Kippschaltern auch.    
Zusammen mit einem Gamma Tuner TOP.

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Zum Abschluß noch eine mehr oder weniger interessante Messung. THD&N (22KHz bw) VS Input Voltage mit den Frequenzen 60Hz und 1KHz. Das gibt einerseits Aufschluß über die Verzerrungen und Störungen ganz allgemein, sowie Hinweise auf die Übersteuerungsfestigkeit der Phonostufe bis auf 26 dB oder 100mV (bezogen auf 5 mV) . Gemessen über Tape Out
 
Grün und Rot 1KHz L&R, die beiden anderen als "Zugabe"  60 Hz.

Hier ist alles in Ordnung.

[Magnet]

Und wie sieht es bei ca. 20kHz (80kHz BW) aus, jetzt, wo die Ausgangsstufe nur noch ungefähr den halben Ausgangsstrom kann? Das Gegenkopplungsnetzwerk wird mit 236 Ohm zu (sehr) hohen Frequenzen hin ja recht niederohmig …

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20 KHz 100mV = 0,005% 80KHz bw

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Sehr witzig. 20kHz bei +26dB (= ca. 1V) wären interessant. Oder einfach, ab welcher Eingangs- oder Ausgangsspannung bei 20kHz Übersteuerung eintritt. Eine MM-Stufe, die bei 20kHZ/100mV übersteuert, hat ein Problem (und wahrscheinlich eine "audiophile" passive Entzerrung).

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Sehr witzig. 20kHz bei +26dB (= ca. 1V) wären interessant

Meinst du das wirklich? Warum ist das interessant? Der Rahmen ist ohnehin bei  allen  den besseren Phonostufen geradezu riesig ausgelegt, denn selbst aus dem lautesten MM System kommt bei Verwendung einer Maxisingle kein transienter "pieps" aus den Spulen, der auch nur annähernd in an die 100 mV pp heranreicht.  die 26 dB bezogen sich übrigens nicht auf alle Frequenzen, sondern nur auf 1KHZ....So weit ich weiss, beziehen sich die Hersteller immer auf 1 KHz, wenn es um  "overload margin" im Datenblatt geht.
Ich kann deine Sorge aber in so fern ausräumen, da der Nikko die 20 KHz auch noch bei 1000 mV mit >0,005% "verstärkt".  Ich habe es gerade nochmal durchgesweept. Aber das ist schon extrem praxisfremd. Nicht dass da noch was kaputtgeht...

Im Bild habe ich  die Maxisingle "Loverboy" aufgelegt. Die stellt eine normale LP von der Lautstärke und dem "Zing" weit in den Schatten.....Believe me.




Das AT System gehört bereits zu den lauteren. (genaue Werte müsste ich googlen) Mit der Envelopefunktion habe ich etwa 10 Sekunden der Single "aufgezeichnet", und man kann die Tranisenten auf dem DSA gut erkennen. Auch im normalen Modus auf einem Analogscope werden 100mV pp zu keiner Zeit und Frequenz erreicht.

Der Balken ist leider von den 60Hz der Röhre und der B-Zeit der Kamera drin....Aber man erkennt das Geschehen schon ganz gut. 20 mV/div




Den Vorverstärker bekommt man mit keiner Platte der Welt  ins Clipping. Problematischer wird es bei den "kleinen" Chiplösungen, die mit nur  einem OPAMP und niedrigen Betriebsspannungen auskommen müssen. Der Behringer PP400 sogar nur mit EINER 12 Volt Spannung. Da sind 1KHz nur noch ca 50mv vor Clipping drin....

PS:
Nochmal was zur Beta: Die Verstärkung der Phonostufe beträgt 50x , also 34 dB.

Mit 1 KHz und 1 Volt Eingangsspannung werden "nur" ca. 38 Volt eff   am Tape Ausgang erreicht. Sie clippt in diesem Moment bereits, denn die "benötigten" 50 Volt sind nicht drin.

Mit 20 KHz schafft sie das (also die 5V) aber noch problemlos, und mit 60 Hz (und erst recht mit 20 Hz) ist bereits viel früher schluß, was nicht tragisch ist, da auf der Platte selbst wenig "Pegel" bei tiefen Freq.  drauf ist.

Eine MM-Stufe, die bei 20kHZ/100mV übersteuert, hat ein Problem

Vielleicht in der Theorie und der gezielten Einspeisung heftiger Pegel 20 KHz , nicht aber im Verbund mit einem Plattenspieler bzw. MM System. Da würde sie bei Verwendung von Schallplatten nicht auffällig werden.
Das möchte ich  in der Praxis erst mal vorgeführt bekommen.

Wie siehst du das?

[scope]

Die selbe Messung nochmal am Behringer pp400, der mit nur einer einzigen 12 V Betriebsspannung  und somit auch Koppel-C auskommen muß:

Blau 1KHz, Rot 60 Hz.

Das sieht übel aus, aber man muß bedenken, dass 60 Hz auf den Platten ca 6  mal "leiser" drauf sind als 1 KHz. Es düfen aus dem System also 7 bis 8 mV bei 60 Hz rauskommen, bevor 1% Klirr erreicht werden, und bei 60 Hz hört der Mensch nahezu gar keinen Klirr....Da müssen schon > ein paar % da sein. Mit Musiksignalen wird es nochmal schwerer, Verzerrungen im Baß zu vernehmen.

50 mV eff (1KHz) müssen aus dem System kommen, damit der pp400 (so richtig) clippt.  Die Loverboy Maxi spielt er über einen guten KHV mit Hörer absolut sauber ab. Es reicht immer noch, obwohl er in dieser Disziplin total "bescheiden" performt.

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Sehr witzig. 20kHz bei +26dB (= ca. 1V) wären interessant

Meinst du das wirklich? Warum ist das interessant?

Weil diese Phono-Stufe mit durchaus exotischen Maßnahmen (±46V Betriebsspannung) und einer Class-A-Ausgangstufe mit 3 JFETs und ca. 45mA Ruhestrom darauf ausgelegt ist, übersteuerungsfest "bis-der-Arzt-kommt" zu sein. Da ist es doch interessant zu wissen, ob sie das mit dem MOSFET und dem halben Ruhestrom immer noch ist. Ist sie wohl. Dankeschön.

Eine MM-Stufe, die bei 20kHZ/100mV übersteuert, hat ein Problem

Vielleicht in der Theorie und der gezielten Einspeisung heftiger Pegel 20 KHz , nicht aber im Verbund mit einem Plattenspieler bzw. MM System. Da würde sie bei Verwendung von Schallplatten nicht auffällig werden.
Das möchte ich  in der Praxis erst mal vorgeführt bekommen.

Wie siehst du das?

Anders Eine technisch korrekt konstruierte RIAA Stufe clippt bei 20kHz ungefähr bei zehn mal so viel Eingangsspannung wie bei 1kHz. Also sollten es etwa 1V sein. Die Übersteuerungsgrenze bei analogen Verstärkern ist ja in der Regel nicht dazu da, dass sie bis auf ein paar dB ausgereizt wird.

Das namenlose AT-System dürfte wohl eher nicht zu den "lauten" gehören. "Laut" sind DJ-Systeme mit 2mVs/cm. Insofern würde ich z.B. den Behringer (der wohl durchaus genau in der Disko-Ecke landen könnte) knapp in die Kategorie Fehlkonstruktion einordnen.

Gruß

Thomas

[scope]

Anders Eine technisch korrekt konstruierte RIAA Stufe clippt bei 20kHz ungefähr bei zehn mal so viel Eingangsspannung wie bei 1kHz

Da bin ich theoretisch bei dir...



Aber.....Der Pegel von üblichem Musikmaterial (auch Disco) , den man auf einer Schallplatte bei den theoretischen 15-20 KHz vorfindet, ist nicht mit dem zu vergleichen, was im Bereich um 1 KHz Hz drauf ist. Oder anders "behauptet" : "Da oben" findet man im Musikmaterial nur noch schwache Pegel, die dann zwar vor dem Schneiden verstärkt werden, aber eben -trotz dem- nicht 20 dB lauter sind als das. was um 1KHz liegt.  Man kann die "etwaige" Verteilung der "Energie" üblicher Musik (also keine 20-20K Sweep Testplatte ) sehr schön auf einem Spektrumanalysator beobachten. Selbst bei den LED Teilen, die man in Equalizern findet, kann man das schon erkennen.

Insofern würde ich z.B. den Behringer (der wohl durchaus genau in der Disko-Ecke landen könnte) knapp in die Kategorie Fehlkonstruktion einordnen.

Disco = Professional. Dann müsste man alles aus dem Discobereich in die "Conrad & Völkner" Ecke packen, was m.E. falsch wäre.

Du schreibst "laute Discosysteme , 2mVs/cm....welche wären das? Ich kenne mich da auf dem Markt nicht aus, finde aber nur ein Ortofon "Scratch", das da hinkommt.
In der Regel liegt man bei Hifizeug (und vielen DJ Systemen) doch eher irgendwo um 1 mVs/cm.

[Magnet]

Du schreibst "laute Discosysteme , 2mVs/cm....welche wären das? Ich kenne mich da auf dem Markt nicht aus, finde aber (noch) kein gängiges, dass da rankäme.

1.9mVs/cm: Shure M44-7 (gibt's nicht mehr, ich weiß …) https://www.shure.de/produkte/dj_phono/m44-7 
2mVs/cm: Ortofon Concorde MkII SCRATCH https://www.ortofon.com/scratch-p-820-n-1444

Gruß

Thomas

[scope]

Da warst du schneller als ich....eins habe ich auch noch gefunden (siehe edit)

Aber mal ehrlich......Das sind vielleicht 2% aus der Masse....Die nehmen den Behringer dann eben nicht.

[scope]

Da mich die Schallplatte nicht unbedingt brennend interessiert, habe ich mich für die Übersteuerungsfestigkeit bislang nie besonders interessiert, und sie bisher auch nie
geprüft, wenn eine Phonostufe durchgemessen wurde.
Für eine "quick & dirty" Messung habe ich jetzt ein kleines setup abgespeichert, wobei ich die maximale Eingangsspannung von 100mV auf 300 mV heraufgesetzt habe. Es wird  wohl nur wenige Entzerrer geben, die damit völlig unterfordert sind.. Besonders dann, wenn sie "wie üblich" mit +/-18 oder sogar +/-15 V  und üblichen OPAMPS auskommen.

Zum Vergleich habe ich gerade eben einen 1979er Sony TA-F60 geprüft. Zu seiner Zeit gab es keine CD´s, und es ist zu beobachten, dass gerade die uralten Verstärker den Phonoeingang nicht nur als "Zugabe" eingebaut haben. Im TA-F60 ist ebenfalls eine diskrete Phonostufe eingebaut, die mit +/- 23 Volt betrieben wird.

Die Zukunft wird zeigen, ob die Messung mit 20 KHz -wirklich- interessanter ist, als die mit 1 KHz. Ich gehe erst mal nicht davon aus, werde sie aber mit reinnehmen.

Der TA-F60 mit 60 Hz (20Hz halte ich für noch abgefahrener)  , 1KHz (2xgemessen Grün-Blau) und 20 KHz (2x)  Das ist m.E. ebenfalls ein sehr gutes Ergebnis, und die Verzerrungen liegen ebenfalls extrem gering. Analyzer immer auf 80 KHz, Generator 600 ohm, floatend.

[Magnet]

Die Zukunft wird zeigen, ob die Messung mit 20 KHz -wirklich- interessanter ist, als die mit 1 KHz. Ich gehe erst mal nicht davon aus, werde sie aber mit reinnehmen.

Von interessanter habe ich nix gesagt. Man kann bei 20kHz zwei Dinge sehen:

1. Hat die Phonostufe eine passive Entzerrung mit (zu) hoher Verstärkung vor dem 75µs-Tiefpass?
   
2. Kann die Ausgangsstufe (bei aktiver Entzerrung) das Gegenkopplungsnetzwerk (das seine kleinste Impedanz bei hohen Frequenzen hat) ohne Clipping bei 20kHz ansteuern?
   

Bei dieser Reparatur drehte sich meine Frage um den 2. Punkt, weil ja die Ausgangsstufe geändert wurde. Und es ist wirklich kein Hexenwerk, wenn der maximale Eingangspegel bei 20kHz ~20dB über dem max. Pegel bei 1kHz liegt. Jede 0815-Schaltung mit einem OP-Amp und aktiver Entzerrung erreicht das, wenn der OP-Amp schnell genug ist (kein 741 …) und das Gegenkopplungsnetzwerk nicht unsinnig niederohmig ist.

Gruß

Thomas

[scope]

Einen "hau" ich hier noch rein

Den Kenwood KA9010 , den mir ein Arbeitskollege brachte.  Nur einer von drei Digitaleingängen geht noch...Dazu habe ich heute aber keine Lust.



Im Service manual steht, dass der MM Phonoeingang 1 KHz  mit bis zu 200mV, und nicht mehr als 0,008% THD funktionieren soll. Könnte natürlich peak to peak gemeint  sein, aber das glaube ich eigentlich nicht.

Hier sind es bereits 0,18% 1K  (rot) . Blau wieder 60 Hz und Magenta 20KHz.  Beide Kanäle mit identischem Verhalten.

Ich halte das  aber trotzdem  für ein  gutes,  völlig austeichendes Ergebnis, mit dem man keine Probleme bekommen wird. 

[Silomin]

Toller Bericht und durch die Bank weg gut beschrieben.

Die Übersteuerungsfestigkeit resultiert aus dem Stromspiegel. Über dessen 5zu1 Skalierung durch R13/15 bleibt eine Aussteuerreserve bis zur Grenzspannung von 35,7 von 3,6 x Ue. Ab etwa 370mV müsste das Klingeln losgehen. Sieht man in den Kurven zum Nikko leider nicht. Denke, der Spannungsbereich sollte immer dem 1%Klingeln angepasst sein. 60Hz und 20kHz finde ich jetzt nicht so spannend.

Bei der Parallelschaltung der FETs ohne Begrenzungswiderstand verteilt  sich in der Aufheizphase (Fase ?) der Strom ungleichmäßig. Mag ich nicht, weil nicht langzeitstabil. Wundert mich daher auch nicht, dass die hinüber sind.

Aber gut gelöst, tolle Leistung

[Magnet]

Die Übersteuerungsfestigkeit resultiert aus dem Stromspiegel. Über dessen 5zu1 Skalierung durch R13/15 bleibt eine Aussteuerreserve bis zur Grenzspannung von 35,7 von 3,6 x Ue. Ab etwa 370mV müsste das Klingeln losgehen. Sieht man in den Kurven zum Nikko leider nicht.

Wovon sprichst du? Vom Nikko? Da gibt es weder Stromspiegel noch R13/15 in der Phonostufe. Vom Kenwood DA9010? Da gibt es immerhin R13/15 aber auch keinen Stromspiegel … Der Kenwood ist ganz einfach von der max. Ausgangsspannung des NE5532 begrenzt (hier ca. 12.5V_eff bei ±20V Versorgung). Macht ca. 200mV_eff bei 1kHz (V=62) und ca. 1.9V_eff bei 20kHz (V=6.5).

Gruß

Thomas

[scope]

Das dürfte wieder einer seiner Scherze sein (?) , gemischt mit plausiblen Elementen...oder? R13 & 15 konnte ich da auch nicht finden. 

[Silomin]

Wo kommst du denn her ? Um mal den selben Tonfall zu verwenden.

Geht denn ein Stromspiegel immer nur mit bipolaren Transistoren oder kann man dort nicht auch Feldeffekte* nutzen ?
Bei den Widerstandsangaben habe ich mir die 400 geschenkt. Das war zugegebener Maßen unklug.

*FETs, von mir aus auch in MOS.

Ist mir unklar:
Wie würde sich denn die ,,Phonostufe mit passiver Entzerrung mit (zu) hoher Verstärkung vor dem 75µs-Tiefpass" in Scopes Kurven äußern ? Höherer Klirr ist schon klar, nur welchen Effekt hat es auf das Netzwerk, bzw. was ist dann der Haken am Netzwerk ? Falsche Dimensionierung ?

[Magnet]

Geht denn ein Stromspiegel immer nur mit bipolaren Transistoren oder kann man dort nicht auch Feldeffekte* nutzen ?
Bei den Widerstandsangaben habe ich mir die 400 geschenkt. Das war zugegebener Maßen unklug.

*FETs, von mir aus auch in MOS.

Da ist weit und breit kein Stromspiegel.

Erste Stufe: Differenzverstärker mit Kaskode.
Zweite Stufe: Differenzverstärker.
Dritte Stufe: Sourcefolger mit Konstantstromquelle statt Sourcewiderstand.

Ist mir unklar:
Wie würde sich denn die ,,Phonostufe mit passiver Entzerrung mit (zu) hoher Verstärkung vor dem 75µs-Tiefpass" in Scopes Kurven äußern ? Höherer Klirr ist schon klar, nur welchen Effekt hat es auf das Netzwerk, bzw. was ist dann der Haken am Netzwerk ? Falsche Dimensionierung ?

Beispiel aus dem Datenblatt zum OPA606:



Bei ±15V Versorgung kann die erste Stufe am Ausgang ca. 9.5V_eff liefern. Das macht am Eingang 9.5V/51=186mV. Diese Grenze gilt sowohl bei 1kHz als auch bei 20kHz. Alle von Scope hier gezeigten Kurven sind bei 300mV und 20kHz noch weit von Übersteuerung entfernt. Selbst eine simple Stufe mit einem NE5532 (Stereo!), dem RIAA-Netzwerk in der Gegenkopplung, ±15V Versorgung und 34dB Verstärkung bei 1kHz würde bei 20kHz erst bei ca. 1.65V übersteuern, das sind 19dB mehr als diese passive Lösung.

[Silomin]

Da hat sicher jeder seine eigene Strategie, die Grundzüge solch einer Konstruktion einzuschätzen.

Die Herangehensweise, über die Klippgrenze und der Verstärkung nach vorn auf die Signalgrenzen des Eingangs zu schließen, fand ich interessant und letztlich auch logisch. Scope stellt in den THD+N-Kurven jedoch nur bis zu den üblichen 1% (Skalenende bei 2%) dar. Sind denn diese 1% schon Clipping, bzw. ab wann sprechen wir von Clipping ? Damit habe ich mich bisher nicht doll beschäftigt, da ich mir nicht vorstellen kann, dass die Auslegung von Unenn oder Pnenn jenseits dieser 1% liegt.

[scope]

Sind denn diese 1% schon Clipping, bzw. ab wann sprechen wir von Clipping ?

Ich spreche davon, wenn man es im Zeitbereich auf dem Oszilloskop erkennen kann. Wenn man die Herkunft und Art der Verzerrungen wissen möchte, kontrolliert man es nochmal zusätzlich im Zeitbereich und via FFT.
Wenn die Verzerrungen -wie beim Nikko- plötzlich steil ansteigen, ist das ein Indiz für clipping.

Interessanter wird es da eventuell beim Kenwood. Da müsste man  bei gegebenem Interesse schauen warum die Verzerrungen so langsam (bz. flach)  steigen.

Interessant finde ich erst mal nur, dass der Kenwood bis ca 200 mV nicht  total aus dem Ruder läuft, und die Verzerrungen etwa unter einem Füntel von dem bleiben, die Systeme aus der Rille kratzen.

[Silomin]

Ähnliches wie beim Kenwood hatten wir schonmal bei einem anderen Amp in Klirr zu Leistung gesehen. Auch da hätte es mich interessiert. Da war es eine Endstufe und hier eine Phonostufe, dennoch ähnliche Charakteristik.
Beim Kenwood scheint es mir stark frequenzabhängig. Hättest du denn auch die Möglichkeit mehrere Frequenzen quasi als Wasserfall darzustellen ?
Der Klirr bei 1kHz scheint repräsentativ zu sein. Magnet wollte 60Hz und 20kHz. Dein Einwand/Hinweis war dann, die Energieverteilung. Da böte sich doch eine A-Bewertung an.