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Technik



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Themen:
            1. Einführung Elektronik und Operationsverstärker

            2. Industriedesign
                        a. Braun
                        b. Vacheron Constantin Kaliber 1003
                        c. Olympus XA
                        d. Apple Macintosh

            3. HiFi
                        a. Einleitung
                        b. Lautsprecher als zentrales Kriterium
                        c. Testberichte


            4. Wiederbelebung stromsparender, aber kurzlebiger Elektronikprodukte


1. Einführung Elektronik und Operationsverstärker

An dieser Stelle möchte ich einerseits meine Fachbereichsarbeit ebenso wie eine detailliertere Variante davon zugänglich machen, die eine allgemeine Einführung in die Elektronik und eine Auseinandersetzung mit dem Bauteil des Operationsverstärkers bieten (die Variante aus 1994 ist einfacher lesbar und enthält mehr elementare Hintergründe, während die 2015 zurechtformatierte und veröffentlichte Fassung praxisnäher angelegt ist und deutlich mehr ins Detail geht).
Ein Operationsverstärker ist ein analoger integrierter Schaltkreis, der Spannungsunterschiede zwischen zwei Eingängen verstärken und entsprechend an seinem Ausgang ausgeben kann. Er findet beispielsweise in der Audiotechnik Anwendung und ist ebenso gut für Mess- und Regelzwecke einsetzbar.

Fachbereichsarbeit "Der Operationsverstärker" (1994)

"Grundlagen von Operationsverstärkern samt Einführung in die Elektronik" (2015)




Im Übrigen wird dieser Bereich eher aus knappen eigenen Darstellungen samt Verweisen auf andere Inhalte im Internet bestehen:


2. Industriedesign

Technische Geräte bereiten meist dann Freude, wenn sich gute Qualität mit einfacher Bedienbarkeit und ansprechender Optik verbindet. Leider ist das nicht allzu häufig anzutreffen, sodass hier ein paar positive Beispiele in Erinnerung gerufen werden sollen.

a. Braun

http://www.sammlung-design.de/index.php?article_id=62
Braun SK 55 (1963)

Hinsichtlich klassischer Bauhaus-Tugenden ist die von Dieter Rams geprägte Firma Braun hervorzuheben. Bei unzähligen Haushaltsgeräten hat das Designteam von Braun in der Vergangenheit bewiesen, wie eine reduzierte und zeitlose Form mit Praktikabilität und guter Produktqualität einhergehen kann.

Siehe beispielsweise hier:
http://www.sammlung-design.de/index.php?article_id=11
http://www.designwissen.net/seiten/dieter-rams-braun-design
http://dieterrams.tumblr.com

b. Vacheron Constantin Kaliber 1003

http://journal.hautehorlogerie.org/en/article/extra-thin-watches-a-calling-card-for-manufactures/
Vacheron Constantins Uhrwerk 1003 im Modell 33093 um die Jahrtausendwende


Schönheit hat ihren Preis. Außerdem führt übertriebener finanzieller Aufwand gerade bei Schmuckgegenständen gerne zu Kitsch und Protz. Anders sieht es bei der 1955 von Vacheron Constantin geschaffenen flachen Armbanduhr mit manuell aufzuziehendem Uhrwerk 1003 aus. Hier ist zu einem markentypisch sehr hohen Preis die seinerzeit flachste mechanische Uhr der Welt (ca. 5 mm) mit dem weiterhin flachsten mechanischen Uhrwerk (1,64 mm) entstanden, die zugleich die eleganteste und schnörkelloseste mir bekannte Uhr darstellt. Freilich handelt es sich hierbei eher um Schmuck bzw. "Manufakturware" als um Industriedesign und sind ähnlich vollkommene Formen am finanziell erreichbaren Massenmarkt leider noch nicht erschienen. Nach etwa einem halben Jahrhundert optischen Feinschliffes wurden auch bei Vacheron Constantin die Nachfolgemodelle ab etwa 2010 tendenziell weniger schlank und vor allem weniger elegant und fein gezeichnet.

c. Olympus XA

http://www.olympus-global.com/en/corc/history/camera/capsule/
Olympus XA (1979)
hier mit dem kleineren aufsteckbaren Blitz

1978 hat Olympus seinen XA-Fotoapparat vorgestellt. Eine
(zumindest ohne Blitz) unerreicht kompakte und harmonische Form, die spiegelreflexnahe Bilder im Hosentaschenformat und zu einem vertretbaren Preis ermöglicht hat.
Detaillierte Informationen gibt es hier:
http://www.diaxa.com
Nach einer Pause in der zweiten Hälfte der 80er Jahre wurde von Olympus Anfang der 90er die vollautomatische µ[mju:]-Kamera vorgestellt. Hier waren zwar kaum "kreative" manuelle Einstellungen möglich, dafür konnte man mit dieser preiswerten und aus mehr Kunststoff gefertigten Kamera Alltagsbilder umso erfolgreicher in hoher Qualität "schießen".  Ihr spritzwassergeschützter Nachfolger, die µ[mju:]-II, musste sich erst im neuen Jahrtausend der Digitaltechnik geschlagen geben.
Die aktuelle Digitaltechnik hat derart gute Designs mit ordentlicher Bildqualität noch nicht hervorgebracht. Der beste digitale Kompromiss und noch dazu einer, wo "Retro" eine Funktion erfüllt, scheint mir noch mit Fuji's X100 gelungen zu sein, wobei hier trotz relativer "Kompaktheit" nicht mehr von Taschenformat gesprochen werden kann. Technisch beeindruckender ist bei der Digitaltechnik eher, wie klein und billig mittlerweile Sensoren hergestellt werden können, die auf allgegenwärtigen Telefonen teils durchaus brauchbare Bilder aufnehmen können.

d. Apple Macintosh

http://lactutechno.com/wp-content/uploads/2014/01/mac-128k.jpg
Der Apple Macintosh 128k (1984) hat den "Personal Computer" revolutioniert


1984 hat Apple mit dem Macintosh den ersten ansehnlichen und leicht zu benützenden, kommerziell vertriebenen
wenn auch entsprechend teuren – "personal" Computer geschaffen (freilich war vieles von den Forschungen der Firma Xerox inspiriert). Kurz vor der Jahrtausendwende wurde das bis dahin von Jerry Manock und Terry Oyama geprägte, schlichte Design von Johnathan Ive radikal umgestaltet und hat zu dem ebenfalls originellen iMac und Cube geführt.
 
http://lactutechno.com/wp-content/uploads/2014/01/iMac_3q.jpg
Apple iMac (1998) als Zeichen eines Neustarts

Einfacher als das klassische Macintosh-Betriebssystem wurde die Bedienung mit der kurz darauf eingeführten, moderneren Linux-Basis (MacOS X) nicht unbedingt (im Nachhinein ist besonders beachtlich, wie viel anfangs mit wenigen hundert Kilobyte Speicher und 8 MHz Prozessortakt erreicht werden konnte). Auch designmäßig tut sich in den letzten Jahren wenig außer immer kompakteren, reparaturunfreundlicheren Gehäusen bei gewohnt hoher Verarbeitungsqualität. Am Markt kommen die aktuellen Produkte hingegen deutlich besser als früher an, als der Vorsprung zur Konkurrenz in meinen Augen größer war. Umgekehrt ist es erstaunlich, dass Apple in seinen Bereichen kaum nachhaltig innovative Konkurrenz durch Firmen hat, die nicht nur moderne, sondern auch gut nützbare Technik konstruieren.




3. HiFi

a. Einleitung

Im Bereich der Unterhaltungselektronik werden zunehmend mäßig klingende, kompakte Geräte mit immer mehr computernahen Funktionen verkauft. Edle HiFi-Geräte entschwinden hingegen vielfach in immer unrealistischere Preisbereiche, und vieles davon ist auch nicht allzu sinnvoll.

JVC Micro HiFi System
Anfang der 90er Jahre führte JVC wohlklingende Mini-Stereoanlagen zu vernünftigen Preisen ein (UX-1)


Im gesamten Preisband von 150 bis 25.000 Euro lassen sich grundsätzlich mehr oder weniger "sinnvolle" Angebote für realistische Ansprüche finden. Entsprechend lassen sich zwischen 1.000 und 5.000 Euro Neupreis gehobene Ansprüche an eine Stereoanlage zufriedenstellen. Dennoch sollten funktionsreduzierte Mini-Stereoanlagen um grob 200 Euro nicht außer Acht gelassen werden, da das positive Gefühl guter Musik oft auch ohne technische Perfektion übermittelt werden kann (hier sind meiner Erfahrung nach hinsichtlich natürlicher Musikwiedergabe oft weniger, aber höherwertige Lautsprecherchassis in einer Box unter Verzicht auf die tieferen Tonfrequenzen von Vorteil). Momentan kommen im Bereich von 200 bis 400 Euro beispielsweise Onkyo, Denon und Yamaha in Frage, während man sich darüber bei vorhandenem Platz besser nach einem größeren System umschauen sollte.

JVC Micro HiFi System
Bis vor einigen Jahren ermöglichte JVC regelmäßig guten Klang auch bei knappem Budget (hier UX-T55)

b. Lautsprecher als zentrales Kriterium

Solange ich keine eigenen detaillierten Beiträge verfasse, möchte ich diejenigen, die eine "vollwertige" Stereoanlage interessiert, auf die folgende Seite verweisen, deren allgemeine Ratschläge weitgehend mit meinen Erfahrungen übereinstimmen:
http://www.hifiaktiv.at

Quintessenz:
Der Lautsprecher samt richtiger Aufstellung macht die Musik. Bei ihm kann aus physikalischen Gründen nicht beliebig bei der Größe gespart werden und bringt auch mehr Geld regelmäßig mehr musikalischen Gegenwert. Entsprechend sollte der klar überwiegende Teil des Stereoanlagen-Budgets den Lautsprechern gewidmet werden (dass zusätzliche Elektronik auch bei Lautsprechern gewisse Grenzen weiter ausloten kann, zeigt sich aktuell am besten an dem immer lauter und auf den ersten Blick
– vor allem in Hinblick auf fehlende Größe und Resonanzräume gar nicht so schlecht spielenden Miniaturlautsprechern aktueller Smartphones).
Meiner Erfahrung nach kann man mit einem 2-Wege-Regallautsprechersystem mit etwa 14 bis 16 cm Durchmesser für den Tief- und Mitteltonbereich in normalen Räumen gut  Musik genießen (bei 12 cm fehlt meist spürbar der Bass, während 18 cm dem Stimmenbereich abträglich sein können); hier gibt es zwischen wenigen hundert und gut tausend Euro pro Paar eine breite Auswahl.
Will man hingegen jenseits musikalischer Ausgewogenheit auch auf tiefe Bässe und gehobene Lautstärken nicht verzichten, kommt man an wesentlich teureren Standlautsprechern kaum vorbei, die regelmäßig klar vierstellige Preisschilder haben. Vielfach ist ein am Boden stehender Lautsprecher auch optisch besser mit dem Wohnraum vereinbar, wobei eine hochwertige Echtholz- oder Klavierlackverarbeitung trotz vielfacher Auslagerung der Produktion nach Fernost meist schon eher vierstellige Beträge pro Stück anstatt pro Paar erfordert.

Bowers & Wilkins
Ab und zu lassen sich technisch plausible Lösungen mit harmonischen Formen verbinden


Ein einigermaßen solider Verstärker kann in meinen Augen durchaus Sinn machen, wenn auch mehr Aufwand und Geld nicht so eindeutig wie bei den Lautsprechern zu besserem Klang führen (hinsichtlich innovativer Konstruktionen jenseits des allgemeinen
grundsätzlich völlig ausreichenden – technischen Standards, die nicht nur teuer verkauft werden, sondern grundsätzlich auch mit der Allgemeinheit geteilt werden, ist Nelson Pass hervorzuheben; seine kommerziellen Schienen sind hier und hier; anderen Tendenzen zu kostensparenden Digitalverstärkern stehe ich hingegen eher skeptisch gegenüber).
Im Übrigen ist die Technik so weit ausgereift, dass auch Billiggeräte abgesehen von der haptischen Anmutung Musik recht ordentlich darbringen können (und meist vorwiegend von den in der Herstellung im Vergleich zur Elektronik offenbar eher aufwändigen Lautsprechern limitiert werden; insoweit macht Probehören jedenfalls Sinn). Unabhängig vom eingesetzten Kapital wird die Reproduktion nie genauso gut wie "live" im Konzertsaal gelingen.

c. Testberichte

Ist man sich bewusst, dass klangliche Unterschiede zwischen elektronischen Komponenten weit geringer als zwischen Lautsprechern ausfallen (dem sollten auch die meisten "Audiophilen" zustimmen können, die in gleichem Ausmaß um "Verluste an der Quelle" besorgt sein werden), können hier durchaus sinnvolle englischsprachige Tests sämtlicher Preisklassen gelesen werden:
http://www.whathifi.com
Schön geschriebene Berichte tendenziell höherpreisiger Geräte kann man hier finden:
http://www.stereophile.com
Da jeder andere Vorlieben und Ansprüche hat, kann schlussendlich nur das eigene Ohr entscheiden, was am besten ist und wo der Gegenwert zum Preis passt (im Vergleich zu HiFi-Tests sind Autotests vielfach geradezu objektiv).





4. Wiederbelebung stromsparender, aber kurzlebiger Elektronikprodukte

Der Fortschritt der Mikroelektronik und insbesondere die Vorgaben der europäischen Ökodesign-Richtlinie (2009/125/EU), die den Standby-Stromverbrauch von Elektrogeräten reduzieren will, haben dazu geführt, dass elektronische Geräte im Bereich der "Konsumelektronik" statt eines herkömmlichen Transformators regelmäßig ein Schaltnetzteil besitzen, um die Netzspannung in die geeignete, niedrige Gleichspannung zum Betrieb der elektronischen Schaltungen umzuwandeln.
Früher lief die Umwandlung von 230 V Wechselspannung aus der Steckdose auf je nach Anwendung meist 5 bis 12 Volt Gleichspannung über einen herkömmlichen Transformator (zwei über einen Metallkern induktiv verbundene Spulen mit unterschiedlichen Windungen). Dessen Ausgangsspannung wurde dann über Dioden gleichgerichtet und über einen Kondensator und allfällige Spulen oder Spannungsregulatoren verfeinert. Zwar wurde damit nie eine nur in der Theorie denkbare verlustlose Umwandlung erreicht (das Netzteil hat regelmäßig Abwärme abgestrahlt), dafür war das Konzept sehr einfach und selbst eine langsame Alterung des Kondensators hat regelmäßig nicht unmittelbar zu Fehlfunktionen geführt. Entsprechend sind jahrzehntealte Geräte vielfach noch immer einsetzbar oder zumindest grundsätzlich
reparabel (betriebswirtschaftlich ist das in Zeiten hoher lokaler Abgaben auf Arbeit und günstiger Massenproduktion am anderen Ende der Welt jedoch nicht).
Da die von der Ökodesign-Richtlinie vorgeschriebenen Standby-Stromverbräuche von rund 0,5 Watt mit herkömmlichen Transformatoren praktisch nicht erreichbar sind, sind entsprechende neue Elektrogeräte regelmäßig mit Schaltnetzteilen ausgestattet. Man erkennt das an tendenziell kleinen und leichten Stromversorgungen. Hintergrund ist, dass die induktive Stromübertragung bei hohen Frequenzen deutlich verlustärmer funktioniert. Entsprechend wird hier die Netzspannung mit 50 Hz in eine hohe Gleichspannung umgewandelt, die in weiterer Folge um ein Vielfaches schneller (grob 100 kHz) "getaktet" bzw. "zerhackt" (ähnlich wie Wechselstrom) an einen entsprechend viel kleiner dimensionierbaren Transformator weitergeleitet wird. Danach wird auch die transformierte Spannung erneut gleichgerichtet, sodass schlussendlich eine ähnliche, aber mitunter hinsichtlich der Hochfrequenzanteile eher "restwellige" Gleichspannung wie bei einem herkömmlichen Netzteil herauskommt. Dadurch, dass die Halbleiterelektronik die Schaltsignale an den Transformator nur in dem Ausmaß weiterleitet, wie Strom benötigt wird, können in Kombination mit der höheren induktiven Effizienz der Hochfrequenztransformation die aktuellen Effizienzanforderungen an den Standby-Stromverbrauch eingehalten werden. Freilich gibt es auch innerhalb von Schaltnetzteilen Effizienzunterschiede und schwinden die Stromeffizienzvorteile elektronischer Schaltnetzteile gegenüber herkömmlichen Transformatoren bei entsprechender Belastung im Betrieb.
Es wäre jedoch keine Ökologiemaßnahme der EU, wenn nicht auch betriebswirtschaftliche Interessen der Produzenten berücksichtigt wären: Aufgrund sinkender Preise für elektronische Bauteile ist ein Schaltnetzteil nicht nur merkbar kleiner und leichter, sondern zwischenzeitig regelmäßig auch günstiger herzustellen als ein Netzteil auf Basis eines herkömmlichen Transformators.
Auch wird bei staatlichen Öko-Projekten oft nur kurzfristig gedacht und vielfach auf die Möglichkeit von Konsumverzicht oder nachhaltigen Produkten vergessen: Ein mechanischer Ein-/Ausschalter, der aus Kostengründen zunehmend eingespart wird, würde regelmäßig zu null Standby-Stromverbrauch führen, nur muss man sich dann zum Gerät hinbewegen, um es auszuschalten (neue Geräte lässt man aufgrund der Komplexität samt entsprechenden "Hochfahr"-Zeiten, des fehlenden Schalters und der angeblich ohnehin niedrigen Standby-Werte hingegen gerne am Stromnetz hängen; die wachsende Zahl der Gerätschaften stellt auch sicher, dass der Gesamtstromverbrauch auf absehbare Zeit kaum sinken wird). Auch ist ein Schaltnetzteil wesentlich komplexer, sodass Fehler eher vorkommen können.
Vor allem scheint es, dass im Zusammenspiel von Produktionseinsparungen und in Kauf genommener bzw. geplanter Obsoleszenz die entscheidenden Kondensatoren des Schaltnetzteils vielfach unterdimensioniert sind (z.B. 10 Volt-Variante, obwohl die Spannungsspitzen auf Basis von 9 Volt Wechselstrom vor Gleichrichtung regelmäßig darüber liegen, sodass eine 16 Volt-Variante zu nehmen wäre) oder unzureichend belüftet werden daher über erhöhte Temperaturen vorzeitig altern. Somit sind viele der neuen Geräte regelmäßig nach wenigen Jahren (der Produzent hat ein Interesse, die Garantiezeit ohne Fehler zu überbrücken) "kaputt" und landen damit vielfach am Mistplatz (die Entsorgung wird in den Ökobilanzen noch nicht immer hinreichend berücksichtigt). So wird das vermeintliche Umweltziel der Nachhaltigkeit jedoch unterlaufen und stattdessen der immer kurzfristigere Konsumzyklus am Laufen gehalten.
Die Sache hat aber auch einen kleinen Vorteil für den Endkunden: Der immer mehr über Mikrochips konstruierte Kernbereich elektronischer Geräte ist - bis auf Schlampigkeiten bei der "Firmware"-Programmierung (und solange darin keine Obsoleszenz-Codes integriert sind) - ziemlich robust. Regelmäßig sind nach meinen Erfahrungen (Total-) Ausfälle von neuen Geräten lediglich auf ein Versagen des Kondensators unmittelbar vor oder nach der Trafospule zurückzuführen, ohne großartige Schäden an umliegenden Dioden oder sonstigen Bauteilen des Schaltnetzteils oder gar der Kernelektronik zu verursachen. Somit kann über Austausch des entsprechenden (aufgrund möglicher Hochspannung jedefalls vorher zu entladenden) Kondensators durch ein hinreichend dimensioniertes Modell das zweite Leben des Geräts länger als das Leben bis zu dieser Reparatur währen (bei computernahen Geräten wird jedoch auch über immer aufwändigere "Updates" dafür gesorgt, dass man sich bald auf ein neues Gerät freut, das auch die vielfach ungefragt aufgespielte Software hinreichend flott verarbeiten kann).
Freilich sind neben grundlegenden Elektronikkenntnissen und entsprechendem Zeitaufwand auch die immer komplexeren Hindernisse zu überwinden, das Gehäuse überhaupt ohne Schaden aufzubekommen (vieles ist - auf Einweg ausgelegt - gesteckt oder mit Schrauben versehen, die mit üblichem Werkzeug schwer zu lösen sind). Hoffnung auf eine Bereitstellung von Schaltplänen durch den Produzenten, die im Zeitalter des Internet günstig bewerkstelligbar wäre und die Fehlersuche markant vereinfachen würde, braucht man sich insoweit schon gar nicht zu machen. Obwohl die Ökodesign-Richtlinie jede Menge Details einschließlich Informationsverpflichtungen regelt, hat man auf naheliegende Bestimmungen in diesen Bereichen ebenfalls "vergessen", obwohl sie klar zur Eindämmung von Energie- und Ressourcenverschwendung im Sinne eines etwas nachhaltigeren Lebensstils beitragen könnten.





Philipp Lust, 2016                         www.lust.wien