Technik
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
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
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
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
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.
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.
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.
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.
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
