Endstufen

QUAD 405 ca. 1979

Verkauft 2015 für 948€

Revision:

  • kompletter Modultausch gegen neueste Schaltungs-Version von Keith Snooks
  • neue BC Ladeelkos
  • Trafo- und Lautsprecher-Verkablung Update oder
  • Original-Verkablung, wahlweise geänderte Varianten, z.B runder Netzschalter an Stelle des Spannungswählers, siehe Text

    Seit Sommer 2016 ist die Komplett-Revision und auch die Umrüstung zum Monoblock mit Hilfe von selbst entwickelten Modulen möglich, siehe Quad405-Fixpreis-Revision.

Eigenschaften:

  • ca. 2x100W@8Ω
  • patentierte "current dumping"- (Stromablade-) Schaltung

Das Gerät, das Konzept

Die Quad 405 ist eine der faszinierensten Entwicklungen im Bereich der analogen Verstärkertechnik, man setzt auf weitgehende Vorwärts-Korrektur nicht linearer Verzerrungen auf ein Maß, für das andere Hersteller gewöhnlich extrem starke Gegenkopplung (also Rückwärts-Korrektur) nicht vermeiden können. Einige Pferdefüße der extremen Klirr-Dämpfung bei anderen Konstruktionen hat das "current dumping", zu deutsch "Stromablade"-Verfahren also von vornherein nicht. Es zählt aber in Sachen THD (Klirrfaktor) trotzdem zu den verzerrungsärmsten analogen Audio-Konzepten und das bei weitgehendem Verzicht auf Maßnahmen, die z.B. dynamische Verzerrungen (TIM) ansteigen lassen. Diese Entwicklung wurde in den 70er Jahren patentiert, leider war  dieses bahnbrechende Modell aber kommerziell nicht ganz so erfolgreich, wie man sich das wohl gewünscht hätte, insbesondere wurde das Patent kaum je in Lizenz verwendet, was wohl den Siegeszug dieser Schaltungsweise bedeutet hätte. Von der Quad 405 wurden immerhin in zwei Varianten mehrere zehntausend Stück gebaut, wie vorher die 303 war dieses Modell auch wieder ein hoch gelobtes Stück Industrie-Design.

Diesen Verstärker habe ich erst bei ebay angekauft, nachdem ich die Seite von Keith Snook gelesen hatte. Ich wollte unbedingt nachprüfen, was sich da so vielversprechend las. Welcher Zeitaufwand allerdings für die Überarbeitung der Verstärker-Module nötig ist, war erst hinterher klar. In einem vorhandenen Layout mit Bauteilen, deren Beine vor dem Verlöten stets flach auf die Platine gebogen worden waren, kommt man mit derart massiven Schaltungsänderungen zumindest beim ersten Exemplar recht langsam voran, zumal man ja auch keinerlei Fehler einbauen möchte.

Ich hatte mich vorher schon grob mit der völlig ungewöhnlichen Architektur der Quad 405-Endstufen und ihrer Nachfolger auseinandergesetzt, das Prinzip verspricht wie gesagt einige ganz konkrete Vorteile gegenüber anderen Konzepten, sowohl was statische Verzerrungen angeht, wie auch bei dynamischen Verstärkungs-Fehlern. Was da bei Snook stand, war bei mir schon lange Verdacht, aber so genau bin ich natürlich nicht in die Details gegangen. Mir war nur nach jedem 405er Reparaturgerät, dass so eine Endstufe irgendwie doch nur "ganz normal" klang und keineswegs die völlig andere Theorie dahinter rechtfertigte. Um sowas zu erreichen, schien es mir immer, musste man auch in den 70er Jahren nicht völlig neue Wege gehen. Snook schreibt nun, dass es ihm schon immer genauso gegangen war, dass er (er scheint ein gut ausgestatteter Ingeneur zu sein) sich also die Patentschrift, die veröffentlichten Schaltungsbeschreibungen und Kritiken vorgenommen und alles mal nachgerechnet und überprüft hat. Auch die Nachfolger-Modelle hätte er analysiert. Und er hat die 405er Schaltung ausführlich gemessen und mit der Theorie verglichen. Zur Kauf-Version der 405 scheint es schon bei Erscheinen des Modells einige Anmerkungen von Experten gegeben zu haben. Was Snook nun feststellt, ist dass man sich vermutlich aus Machbarkeits- und Fertigungs-Gründen beim "echten" Verstärker relativ weit von den thoretischen Grundlagen entfernt hat. Man hatte in den 70ern einfach vor allem ein Gewinn bringendes und zuverlässiges Gerät vor Augen. Er schreibt, dass die hier verwirklichte Brückenschaltung daher überhaupt nicht in der optimalen Balance sei.
Das, so Snook weiter, äußert sich in deutlichen Übernahme-Verzerrungen, die aus dem ohnehin zu hohen Rauschteppich deutlich herausragen (Bilder dazu auf seiner Seite).
Beides hat er in seinen Änderungsvorschlägen mit Akribie beseitigt, in diesen Änderungen scheinen einige Jahre schrittweises Nachdenken, Nachrechnen und etliche Test-Aufbauten zu stecken.

Zunächst hat er die Schaltung hin zu einem leicht erhöhten Ruhestrom in der (AB-)Strom-Abladestufe modifiziert, das verringert die Überbnahme-"Spikes", lässt sie aber noch erkennen. Diese Änderung ist auch Teil der QUAD-Evolution, sie ist der QUAD 405 II entlehnt.
Dann wurde der Class-A-Verstärkerteil wesentlich verbessert und schließlich die Brückenschaltung richtig ausbalanciert. Parallel hatte er auch das Eingangs-Rauschen mit einer geänderten Schaltung des Operations-Verstärker-Teils in einem gewaltigen Maß verringert. Abweichend von der Quad-Philosophie, nach der Vor- und Endstufe jeweils invertierend beschaltet sind und somit nur miteinander eine phasenrichtige Wiedergabe gewährleisten, hat er den Eingang zu einer nicht-invertierenden Stufe umgebaut. Der dabei verwendete Operationsverstärker ist um Welten besser als das Ursprungs-Modell, in allen mess- und hörbaren Parametern.
Das erlaubt jetzt auch zu hören und zu messen, dass die Übernahmeverzerrungen der Endstufe einfach verschwunden sind. Nun, das ist jetzt nicht ganz richtig ausgedrückt, weg können sie theoretisch nicht sein, die Ablade-Stufe bleibt eine AB-Stufe. Die "Spikes" (=Nadelimpulse, gemessen im Differenzverfahren Ein-Ausgang) sind aber im verbleibenden, viel geringeren  Rauschteppich nicht mehr auszumachen, die kleine Class-A-Stufe hat nun vollends das Sagen. Was hier absolut nicht mehr messbar wird, dringt auch nicht mehr zur Wahrnehmung, bei mir jedenfalls nicht. Wenn Sie im neuen Klangbild der modifizierten 405 nach Fehlern suchen - Sie haben keine Chance "cross over distortion" auszumachen.

Das Konzept habe ich ohne Änderungen an der Peripherie zuerst mal nur an den Platinen durchgeführt - mit zwei weiteren kleinen Modifikationen meinerseits:
Zum ersten habe ich die Zener-Stabilisierung der Eingangsstufe mit Serien-Widerständen ergänzt, denn durch diese "Verschlechterung" des Zener-Innenwiderstands haben die parallelen Kondensatoren (Rückseite) überhaupt erst eine Chance, das Zener-Rauschen wirkungsvoll zu dämpfen. Außerdem erhöht diese Maßnahme ein klein wenig die Betriebsspannung des Operationsverstärkers und bringt ihn so weiter aus dem Gefahrenbereich der Übersteuerung.

Weiterhin habe ich den "ring of two", die Konstantstomquelle in der Spannungsverstärkerstufe wieder etwas in Richtung "normaler" Stromquelle zurück verändert, indem ich einen  kleinen Folienkondensator anstelle des entfernten Elkos gesetzt habe (im Foto blau, im Kreis oben rechts). Dabei sinkt theoretisch die Spannungsverstärkung, damit die gesamte open-loop-Verstärkung der Endstufe und die Schaltung wird stabiler und zahmer. Mir erschien die Variante einfach klanglich etwas lockerer.

die neuen BHC-Lade-Elkos haben exakt den gleichen Durchmesser wie die ITTs vorher, aber weit bessere Werte in Sachen Ersatzwiderstand und Haltbarkeit - und sowieso die Hälfte mehr Kapazität.

noch original

Wo ich nicht mitgezogen habe, ist bei der kompletten Neuverdrahtung des Geräts. Die vorgefundene Anordnung ist sehr sorgfältig handgearbeitet, aus dünnen, massearmen Drähten, mir erschien es etwas frevelhaft, das komplett zu zerlegen, zumal dabei auch noch ein paar neue Probleme entstehen, die wiederum gelöst sein wollen.
Zunächst hat die Stufe an ihren zugegeben nicht ganz zeitgemäßen Lautsprecher-Klemmen direkt die "crowbar"-Schaltung montiert. Das passt mechanisch dort hervorragend. Die Schaltung dient dazu, im Defektfall dauerhafte Gleichspannung am Lautsprecher zu unterdrücken - und zwar, wie der Name schon sagt: mit der Brechstange. Stehen an den Ausgangsbuchsen für längere Zeit, als die untere Grenzfrequenz des Verstärkers eigentlich zulassen würde, mehr als 8Volt Gleichspannung, dann wird ein Triac gezündet und schließt den Ausgang kurz. Im Falle einer nicht entfernten Strombegrenzung würde bei einer Fehlzündung hier vermutlich nur eine Sicherung des entsprechenden Kanals fliegen, die Endstufen-Transistoren könnten das dann durchaus überleben. Geht man davon aus, dass die Schutzschaltung selber keinen Fehlarlarm gibt, dann wäre bei einer berechtigten Zündung gar nichts mehr zu zerstören. Denn wenn der Fall eintritt, kann man bereits von einem defekten, kurzgeschlossenen Transistor als Ursache ausgehen. Der Lautsprecher wäre so direkt am Netzteil angeschlossen und in höchster Gefahr. Die "Brechstange" sorgt dann nur dafür, dass die Sicherung auslöst, ohne dass der Lautsprecher den Strom hierfür aushalten muss. Diese Schaltung habe ich also einfach unberührt drinnen gelassen, im Falle eines Falles wechselt man dann doch lieber Endtransistor und Sicherung, als sich auf die Suche nach einem neuen Bass-Chasssis-zu machen. Die Transistoren sind nämlich gut erhältlich und kostengünstig, vom Lautsprecher kann man das nicht immer sagen.
Auch beim Einbau von Cinch-Buchsen oder eines Netzschalters habe ich gezuckt, danach sieht die Stufe von hinten völlig anders aus - und was ist wirklich besser? Englische Konzepte sind nun mal gerne konsequent mit massearmen Verbindungen und nicht ganz so dicken Kabeln versehen, das hat durchaus einige Vorteile. DIN-Stecker zählen in so einem Gesamtkonzept nicht zu den schlechtesten Verbindern. Also habe ich mir ein ganz passables leichtes Anschlusskabel von 2x Cinch auf den Quad-DIN-Stecker gemacht.
Von außen sieht man insofern keine Veränderung.
Was allerdings schon vom Augenschein her erneuert werden musste, waren die Lade-Elkos, die eingebauten ITTs sahen oben sehr aufgedunsen aus, die Stufe klang schon an ihnen beeindruckend - aber irgendwie im Bass unkontrolliert. Hier kam ein Pärchen BCs mit 15.000µF rein damit war schlagartig klar, wie viel mehr an Kontrolle die Boards ausüben können, wenn nur die Versorgung stimmt.
Was aber sehr unangenehm war: der Trafo brummte mechanisch, nach Erwärmung noch mehr, und so stark, dass man es auch vom Hörplatz nach einer Weile nicht ignorieren konnte. Der Trafo ist ein vergossener Schnittband-Kern, offensichtlich aus Platzgründen ohne Spannband. Es handelt sich um eine exterm leistungsstarke, platzsparende Konstruktion, ganz speziell für die 405 entworfen, ein Hauptbestandteil der Qualität und des räumlich so kompakten Designs. Und man kann bei Herrn Snook und auf einigen anderen Seiten nachlesen: es gab schlechte Chargen. Ein ähnliches Problem gibt es übrigens auch bei Micromega CD-Spielern.
Letztendlich habe ich in den saueren Apfel gebissen und mir aus England beim Hersteller gleich zwei einwandfreie Trafos bestellt.
Der Einbau ist harmlos, danach war Ruhe im Karton.

Überraschender Weise war nach den ganzen, fast nicht sichtbaren Kleinarbeiten ein kompletter Arbeitstag ins Land gegangen. Von außen - nichts zu sehen. Von innen stechen die zwei glänzend neuen Elkos ins Auge, ansonsten ist nur bei genauem Hinsehen klar, wie viel eigentlich geändert wurde.

Ja und dann...

...die Hörprobe

Was soll ich sagen, der Herr Snook hat einfach recht. Das Gerät war auch ohne neue Elkos schon nicht mehr wieder zu erkennen. Mit dem komplett neuen Netzteil war ich nur noch maßlos erstaunt. In was für einer Preisklasse war ich denn da gelandet? Nun, wenn ich zusammen rechne, was das Gerät, der Trafo, die Elkos, die Kleinteile und ein Tag Arbeit gekostet haben, komme ich auf den o.g. Preis. Würde ich den Preis nach dem Klang bestimmen, müsste ich mindestens verdoppeln:

Das ist nicht mehr der bekannte englische Rauschgenerator, der mit vielen guten Briten einfach nur gut mit halten kann. Am Bluesline Stage Vorstufen-Ausgang spielte er derart bravourös auf, dass ich erst mal Mühe hatte, mir das zu erklären. Die Standard-Schaltung ist nicht schlecht gemacht, aber was (mit oder ohne Netzteil-Umbau) nur durch die Schaltungsmodifikation passierte, war für mich gerade theoretisch extrem schwer nachvollziehbar. Die Wirkung war zu verblüffend und das gerade da, wo ich für gewöhnlich ganz andere Ursachen verantwortlich machen würde. Normalerweise gewinnt fast jede vernünftige Schaltung durch bessere Bauteileauswahl und Versorgung, meist sogar fast nur dadurch. Die Schaltungs-Topologie ist oft recht zweitrangig, vorausgesetzt, das Konzept wurde gut durchgeführt. Man kann ein Gerät nachträglich "sauberer" selektieren, indem man z.B. Transistoren paart, man kann damit durch geringere Verzerrungen regelrecht einen Schleier abziehen. Aber hier hat sich ohne großartige Versorgungsmaßnahmen und spezielle Bauteile-Auswahl vor allem jegliche Form von Dynamik  bestens entwickelt. Was in der veränderten Schaltung an feinsten Nuancen und brachialer Gewalt steckt, lässt sich beim Grundmodell bestenfalls erahnen. Das Resultat ist eine frappierende Räumlichkeit.
Was ich dagegen eigentlich erwartet hatte:
alles blitzblank sauber und ohne Signal totenstill, schöne Stimmwiedergabe, richtige Tonalität. All das, worauf ich gefasst war....  war jetzt auch da!

Diese Stufe macht ganz deutlich, dass sie aus der Zeit stammt, in der Trickschaltungen zur Erreichung niedrigster Verzerrungswerte von allen Herstellern gesucht und erfunden wurden, es wimmelt ja im Produktionszeitraum der 405 nur so von Aufdrucken mit dem berühmeten "class A" in der einen oder anderen Abwandlung. Den wenigsten ist der "Trick" aber je so gut gelungen. Jenseits des großen Teichs hat man es mit der Stromaufnahme ja noch nie so eng gesehen, da hat man das dann auch der Leistungsklasse einer Quad einfach angewendet - den reinen Class-A-Betrieb. Dazu muss einem klar sein, dass in einem eisenlosen PP-Konzept der Wirkunsgrad eines Class-A-Verstärkers 25% theoretisch nicht überschreiten kann. De facto braucht man also für eine geforderte maximae Ausgangsleistung von 2x100W reinem Class-A schon zur Versorgung eines reellen Lastwiderstands wenigstens 800W permanente Leistungsaufnahme. Leise wie laut. Wird im Endeffekt alles zu Wärme, Energieerhaltungssatz.
Machen Sie gleich Ihre Fenster auf, sonst wird es Ihnen zu warm. Will man dann auch noch Impedanzschwankungen mit berücksichtigen, müsste man noch weitaus mehr verbraten, damit nie ein Transistor abschaltet (ein ganz wichtiges Ziel!). Bodenlos verschwenderisch, aber gibt's. Gibt ja auch Autos mit 7 Litern Hubraum, wenn man dann das Standgas auch noch auf 6000U/min einstellt...
lassen wir das.

Die Quad 405 ist eins der Beispiele, dass sich mindestens so guter Klang auch intelligenter verwirklichen lässt.
Sie ist allerdings auch ein echter Class-A-Verstärker, einer, dem eine (A-)B-Stufe "zur Hilfe kommt", sowie zu viel Strom von ihm gefordert wird. Er übergibt bei möglicher Überforderung an die langsamere Hochleistungs-Endstufe. Damit das alles reibungslos klappt, sind die beiden über eine genau justierte Brückenschaltung verbunden, die A-Stufe ist schnell und auch für jede kleine, eilige Korrektur zuständig, die (A-)B-Stufe kann nur weit langsamere Signale verarbeiten, verträgt aber dafür jede vorstellbare Last. Zusammengeschaltet wie in diesem sparsamen engischen Konzept bleibt aber nur der A-Verstärker hörbar - oder besser unhörbar.
Dieses schöne Ergebnis wiederum hatte man sich mit der Anpassung an die Machbarkeit der 70er Jahre ein wenig versalzen, ja weit hinab an das allgemeine Niveau hinunter gezogen, vielleicht hätte das Konzept bei besserer Implementierung mehr eingeschlagen, vielleicht aber auch QUAD direkt in den Ruin getrieben, sind ja schon etliche Firmen in Schönheit gestorben.
Fegt allerdings heutzutage jemand wie  Keith Snook mal den Staub von den Akten und aus dem Konzept, dann wird die unglaubliche Qualität des Entwurfes hörbar. Ich hoffe, die heutige Zeit weiß das inzwischen auch besser zu würdigen, selbst wenn analoge Verstärker in Stereo-Technik heute eher in Richtung Nischenprodukt tendieren.

Machbare Varianten

da geht natürlich fast alles.

Die 405 lässt sich ohne Bohr-Arbeiten auf 4mm Lautsprecher-Terminals umrüsten, leider kommt man dann nicht mehr so leicht per langem Schraubendreher an die Kühlkörper-Schrauben der Endstufen Module, diese Löcher nutzt man dann nämlich. Dafür ist am Gehäuse hinterher noch alles wie es war.
Dabei muss man die Crowbar-Schaltung allerdings entweder weg lassen oder mechanisch anders unterbringen. Sinnvoll ist es dabei weiterhin, die Innenverdrahtung auf komplett neue Füße zu stellen und den Netzspannungswähler zu umgehen, passend zu den Lautsprecherbuchsen lassen sich in die ehemaligen Lautsprecher-Klemmen-Löcher dann auch Cinch(RCA)-Buchsen einsetzen.

Man kann zwei Gleichrichter und getrennte Lade-Elkos für jeden Kanal einbauen. Als Stereo-Enstufe wäre das eine sicher interessante Weiterentwicklung.

Laut Quad lässt sich die 405 allerdings auch zum Monoblock parallel schalten, hierzu müssen die beiden Kanäle auf exakt gleiche Verstärkung getrimmt werden und, damit sie sich bei kleinen Differenzen nicht zu sehr gegenseitig belasten und zur gerechten Stromverteilung, per niederohmigen Widerstand gegenseitig entkoppelt werden. Hierzu bekommt jeder Ausgang einen 0,33Ohm-Widersatnd in Reihe geschaltet, hinter dem die beiden Module auf ein Terminal laufen, der Eingang wird ebenfalls parallel geschaltet.
Nun hat man die gesamte Netzteil-Leistung für einen Mono-Kanal zur Verfügung, bei doppelter Strombelastbarkeit, allerdings verringert sich der Dämpungsfaktor minimal (die zusätzlichen 0,17Ohm entsprechen an einer 8 Ohm Last  einer Verringerung auf maximal etwa 48). Wenn Sie auf meinen Seiten schon etwas gestöbert haben, wissen Sie, dass das durchaus auch von Vorteil sein kann, besonders an antriebstarken, mit einfachen, niederohmigen Weichen versehenen Lautsprechern - sprich Engländern...
Ich verweise nochmals auf den sogenannten "Kriechfall" in der Wikipedia, bzw. auf das Kapitel "Schwingung".

Sie können also durchaus noch Wünsche in die Stufe einfließen lassen. Was Sie auf jeden Fall noch abweichend von den Bildern bekommen würden: die Sicherungshalter möchte ich - obwohl das bei Quad ja lange Produktionsjahre anscheinend kein Thema war - gegen isolierte, mit Deckel versehene Exemplare austauschen. Zwischen den beiden Halten liegt nämlich die doppelte Betriebsspannung, über 100V, verbiegt sich hier was am Zuleitungsende, dann rumpelt es gewaltig, der Abstand ist gewagt gering.
Ich werde auch den Rest der Kohleschicht-Widerstände noch gegen Metallschicht oder MOX-Typen austauschen und danach die Platinen waschen. Das ist alles im Preis inclusive, auch entweder der Satz Buchsen oder das Adapter-Anschlußkabel Ihrer Wahl. Ich hätte auch ein zweites Exemplar da, kann Ihnen natürlich auch z.B. aus einer vorhandnen 405 und dieser hier ein Paar Mono-Blöcke bauen. Verstehen Sie aber, dass ich das Gerät ohne die Kenntnis Ihrer genauen Wünsche noch unverändert lasse, bis nach einer Vorbesprecheung der konkrete Auftrag eingeht.

Update 2016

im Sommer 2016, nach langem "vor-mir-herschieben" habe ich das Snook-Konzept in eine eigene Quad-405-Platine umgesetzt und biete diese als Upgrade an. Genaues lesen Sie auf der Seite zu Quad405-Fixpreis-Revision.