Die RIAA-Entzerrung
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Die "Neumann-Konstante"
Wahrheit oder Märchen?
.
Eigentlich ist dieses Thema für uns völlig ohne Bedeutung, da es keinen Einfluss auf die festgelegte Funktion der RIAA-Kurve unserer oder anderer Phonovorstufen hat.
Da es aber einige wenige gibt, die behaupten, die 1954 festgelegte RIAA-Kurve sei ohne die sogenannte "Neumann-Konstante" falsch und benötige daher zu den drei vorhandenen Zeitkonstanten unbedingt noch eine vierte, müssen wir uns mal kurz diesem Thema widmen.

Die Bezeichnung "Neumann-Konstante", oder "Neumann-Pole" entstand erst Mitte der 90er Jahre. Dieser Begriff, der den Audiophilen dieser Welt als urbaner Mythos beigebracht wurde, war den Konstrukteuren der Schneidemaschinen bis dahin unbekannt!
Deshalb findet man bei Recherchen nach Dokumentationen zu diesem Thema auch fast gar nichts, jedoch viele Berichte, die oft Wort für Wort kopiert und wahrscheinlich von ganz wenigen - oder nur von einem?- in die Welt gesetzt wurden.

Einfach mal den frei definierten Begriff "Neumann-Konstante" in eine Suchmaschine eingeben, oder "neumann konstante" +neumann.com.
Äußerst hilfreich ist auch der Suchbegriff "Neumann pole", oder "Neumann 4th pole" Da wird so einiges entlarvt.
(Bei englischen Seiten kann der jeweilige Link: "Diese Seite übersetzen" verwendet werden).
 

Was behaupten die Befürworter dieser sogenannten "Neumann-Konstante"?
1. Behauptung: Bei der Aufnahme werde bei den hauptsächlich eingesetzten Neumann Schneidemaschinen der standardisierten 3-poligen RIAA-Kurve (75µs, 318µs, 3180µs) noch ein weiterer Pol mit 3,18µs (50kHz) hinzugefügt, der die Höhenanhebung bei 50kHz stoppt und somit ebenfalls im Widergabefilter als Spiegelbild eingefügt werden müsse, damit dort durch das Stoppen der Höhenabsenkung bei 50kHz der Klang wieder stimme.
2. Behauptung: Das ursprüngliche RIAA-Filter sei de facto falsch, wenn dieses Filter nicht mit einbezogen würde. Nur die zusätzliche Konstante von 3,18µs (50kHz) ergäbe wieder ein korrektes RIAA-Filter.
3. Behauptung: Gegenargumente, die darauf hinweisen, dass durch die 50kHz-Begrenzug der Hörbereich bis 20kHz gar nicht oder nur um zehntel dB beeinflusst werde, werden mit der Behauptung zurück gewiesen, dass die Phase schon weit früher so verschoben werde, dass ohne die Neumann-Konstante der Klang verfälscht würde.
4. Behauptung: Sogar Schallplatten, die nicht mit der korrekten Zeitkonstante von 3,18µs (50kHz) aufgenommen wurden, würden mit dieser zusätzlichen "Neumann-Konstante" auf jeden Fall auch besser klingen.

Die folgende Skizze zeigt die aufgestellte Theorie der sogenannten Neumann-Konstante

Kurve 1 zeigt nur das 75µs-Filter (2122Hz, +3dB) für die Höhenanhebung der Aufnahmeelektronik. Bei 20kHz sind +20dB erreicht. Wie zu sehen ist, würde die Anhebung tatsächlich mit 6dB/Okt immer weiter ansteigen. Das hätte zur Folge, dass der zuständige Operationsverstärker irgendwann anfangen würde zu schwingen, bzw. das HF-Rauschen so hoch verstärken würde, dass der Pegel allein deswegen schon in die Begrenzung gehen würde. Außerdem wäre der Schneidstichel überlastet und könnte Schaden nehmen, oder hätte zumindest Fehlfunktionen.
Folglich sind in den Aufnahme-Equalisern Begrenzungsfilter eingebaut, die die Höhenanhebung stoppen sollen.
Und darum geht es bei der sogenannten "Neumann-Konstante".
Die Begrenzungsfilter stoppen in der Regel mit einem Eckpunkt von 50kHz die Höhenanhebung. Wenn die Kurve der Begrenzungsfilter allerdings so aussehen würde wie die mit 1a gezeigte (6dB/Oct;  -3dB/50kHz) , dann müsste man bei der Wiedergabe ein spiegelbildliches Filter - wie Kurve 2a zeigt - einfügen, indem man die Höhenabsenkung spiegelbildlich bei 50kHz stoppt. Denn die Kurve Nr 1a beginnt schon im Hörbereich bei einigen zehntel dB knapp unter 10kHz abzusenken. Es ist durchaus vorstellbar, dass man das hören könnte. So, oder ähnlich, erklären es auch die Befürworter der "Neumann-Konstante".


Es entstehen jetzt unweigerlich Fragen:
1. Hatten die Personen bei der Festlegung der RIAA-Kurve etwa keine Ahnung davon, dass alle Schneidemaschinen, allein schon zum Schutz der Schneidstichel, schon immer ein Begrenzungsfilter der Höhen hatten?
2. Haben die meisten Hersteller von Phonoentzerrern jahrzehntelang falsche RIAA-Filter gefertigt, weil sie nichts von der Neumann-Konstante wussten?

Das ist zum Glück nicht so, denn die oben gezeigte Aufnahme-Kurve (1a) entspricht nicht der Wirklichkeit!
Wie man sehen kann, beginnt das 50kHz Filter bereits im Hörbereich. Das ist aber nur bei flachen Filtern mit einer abfallenden Flanke von 6dB/Okt möglich. Die Tatsachen zeigen etwas ganz anderes:

Die Fakten
Tatsache ist, dass es in den Aufnahme-Equalisern ein Begrenzugsfilter geben muss. Die Fakten liegen aber anders, als wie die oben beschriebenen Behauptungen.
Wir sind im Besitz einiger Equaliser-Schaltungen der bekanntesten Neumann Schneidemaschinen, auch aus verschiedenen Jahren. In keiner dieser Schaltungen ist eine sogenannte Neumann-Konstante mit einer definierten vierten Zeitkonstante zu erkennen. Eine weit verbreitete Schaltung zeigt die nächste Skizze.
< Korrekturfilter eines bekannten Neumann Recording-Equalisers
Im Eingang befinden sich die Zeitglieder für die Tiefenabsenkung unterhalb 500Hz, die bei 50Hz gestoppt wird. Die beiden Widerstände um den Kondensator 100n bestimmen die Anhebung ab 2.122 Hz. Der 22 Ohm Widerstand sorgt dafür, dass der Operationsverstärker nicht bis zur theoretischen Unendlichkeit anhebt. Der Wert bewirkt ein Stoppen der Anhebung mit einem Eckpunkt bei 72kHz, also keine Auswirkung auf den Hörbereich. Dieses Filter dient dem alleinigen Schutz und der Stabilität des OP-Amps.
Im Ausgang folgt ein weiteres Filter, dass dem Schneidstichelschutz gewidmet ist. Es genügt nämlich nicht, die Höhenanhebung nur zu stoppen, sondern die hohen Frequenzen müssen auch wieder deutlich abgesenkt werden, denn das mitverstärkte HF-Rauschen auf so hohem Pegel könnte mindestens zu Fehlfunktionen oder Verschlechterung der Aufnahmequalität führen.
Als Schneidstichelschutz wurde hauptsächlich ein LPF mit einer Zeitkonstante von 3,18µs (50kHz) eingesetzt. Jedoch mit einem effektiveren Filter als die "Phantasie-Neumann-Konstante" von 6dB/Okt. Dazu befindet sich am Ausgang des Recording-Equalisers ein zusätzliches Butterworth Filter 2.Ordnung (12dB/Okt) mit einer Güte von 0,7. Das ergibt bei einer Eckfrequenz von 50KHz eine Absenkung von 0,1dB! bei 20kHz. Man halte hier mal inne: 0,1dB Pegelabfall bei 20kHz. Die Frequenzgangfehler eines RIAA-Filters von 0,5dB Abweichung gilt als noch nicht wahrnehmbar.
Die nächste Grafik weiter unten scheint auf den ersten Blick etwas unüberschaubar. Bei einzelner Betrachtung der Kurven wird aber vieles klar.

Kurve 1. Das ist der Verlauf der 75µs Zeitkonstante. Eine Höhenanhebung ab 2.122Hz (+3dB-Punkt) die bei 20kHz +20dB erreicht.
Kurve 2. Das ist der theoretische Verlauf, wenn die Anhebung unbegrenzt weiterlaufen würde.
Kurve 3. Das ist der rein elektrische Verlauf des oben erwähnten 72kHz-Filters zum Schutz de OPs.
Kurve 5. Sieht etwas merkwürdig aus. Das ist der Verlauf des Frequenzganges des eingesetzten OPs, ohne Filter. Sie ergibt sich aus seiner eigenen Bandbreitenbegrenzug, die damals  bei den OPs nicht sehr hoch war, und dessen Frequenzkompensation.
Kurve 6. Zeigt die resultierende Summe des Butterworthfilters 2. Ordnung (Kurve nicht eingezeichnet) und der Filter 3 und 5.
Kurve 4. So, oder so ähnlich verläuft angeblich die Kurve der Befürworter der Neumann-Konstante, die gemäß deren Behauptungen korrigiert werden müsse, da sie in den Hörbereich greift.

Ein definitives Kurrekturfilter müsste jedoch das Spiegelbild von Kurve 6 sein. Die sogenannte "Nemann-Konstante" (Kurve 4) hat überhaupt keine Ähnlichkeit damit und würde sogar die Höhen unzulässig anheben, weshalb einige verständlicherweise eine Klangveränderung wahrnehmen.

Aber alles, was jenseits der 20kHz-Zone geschieht, gelangt nicht den Hörbereich und muss daher weder beachtet noch korrigiert werden. Filter anderer Schneidemaschinenhersteller sehen ähnlich aus. Aber die Konstrukteure der Elektronik haben in der Regel peinlich genau darauf geachtet, dass alle erforderlichen Korrekturen außerhalb bleiben, obwohl sie sich manchmal sehr nah an die Grenze gewagt haben, denn manche Butterworthfilter 2.Ordnung wurden auf 33kHz ausgelegt (-0,3dB bei 20kHz). Somit können diese Kurven aussehen wie sie wollen, man muss ihne keine Beachtung schenken. Das Argument der Phasenverschiebung kommt weiter unten.

 

Fazit
Eine nachträglich implementierte "Neumann-Konstante" mit den in die Welt gesetzten Phantasiewerten hebt auf jeden Fall die Höhen ab 10Khz ein ganz klein wenig unzulässig an, da es in der Regel nur als 6dB/Okt ausgelegt wird (Spiegelbild von Kurve 4), was natürlich die Wahrnehmung verändern kann. Befürworter behaupten sogar gleichzeitig, dass dieses 50kHz Wiedergabe-Filter sogar positiv auf Platten wirken soll, die gar nicht mit exakt diesem 50kHz Filter aufgenommen wurden. Diese Behauptung soll wohl das Argument entkräftigen, dass die 50kHz Filter der Schneidemaschinen ohnehin verschiedene und keine genau definierten Zeitkonstanten aufweisen.

Die "Neumann-Konstante" (oder vierter Neumann-Pol) bewirkt also keine komplementäre Null, da dieser Pol nicht als saubere Zeitkonstante definiert wird, sondern auch durch den dominanten Pol der Operationsverstärkerkompensation (µA-709, später LF356) bestimmt wird (Siehe Vergleich Kurve 4 mit Kurve 6). Somit ist der Begriff "Konstante" sehr gewagt.
Daher kann jede Einbeziehung einer weiteren Null in die RIAA Wiedergabekurve die Gesamtfrequenzantwort nur verschlechtern !!

Es war einmal die "böse Phase"
Das Argument des Phasenfehlers ist oft der letzte Ausweg, wenn alle anderen Argumente für die Neumann-Konstante scheitern. Er soll unsägliche Verwüstung anrichten. So wird in Bezug auf die sogenannte "Neumann-Konstante" gern argumentiert, weil die 50kHz (6dB/Okt) Aufnahme-Filter phasenmäßig bereits im Hörbereich einsetzen und deshalb den Klang beeinflussen.
Der Phasengang der Neumann-Maschinen wurde ebenfalls dokumentiert und ist auch anhand der alten Schaltpläne zu simulieren.  Die Gruppenlaufzeit (aussagekräftiger als der Phasenwinkel) des Filters beträgt bei 20kHz  700ns!! Das entspricht einer Verzögerung des Schalls in der Luft von 0,2mm - was etwa 3000-mal kleiner ist als die von Blauert und Laws (1978) festgelegte Ansprechschwelle für Gruppenverzögerung bei hohen Frequenzen.
Angesichts der Tatsachen klingt es schon absurd, die Theorie dieser "Neumann-Konstante" ungeprüft zu übernehmen, so als ob dem Verstand etwas nicht zugänglich ist.
Somit betrachten wir den angeblich Nutzen des zusätzlichen Neumann-Poles in der RIAA-Entzerrung einer Vorstufe als reinen Mythos.

Man könnte glauben, dass einige Befürworter damit sagen möchten: "Wir kennen was, was andere nicht kennen".

Wir sind der Meinung, dass die Fa. Neumann sowie auch andere immer in der Lage waren, durch ihre Konstruktionen den Hörbereich bewusst nicht zu beeinflussen, um bestehende RIAA-Richtlinien nicht zu verändern.

Daher halten wir diese speziell für die Aufnahme eingeführte Maßnahme bei Wiedergabe nicht nur für absolut überflüssig - ja sogar für verfälschend - und wenden sie deshalb auch nicht an, obwohl dieses Filter nur sehr wenige zusätzliche Bauteile erfordern würde und es sogar zuschaltbar gemacht werden könnte.

Übrigens:
Wer mit Hilfe der o.g. Vorschläge recherchiert, findet vielleicht den Urheber heraus, der den bekannten Namen "Neumann" benutzt, um diese Glaubenslehre als seriös erscheinen zu lassen.
Auch kann man selbst herausfinden, weshalb einige Hersteller von Phonovorstufen (die übrigens schon wieder weniger geworden sind) diese Lehren anscheinend ungeprüft und kritiklos übernommen haben.
Unsere Quellen:
Schaltpläne und Diagramme: Neumann Recording Equaliser SE66, Schneidemaschine SAB74B, uvm.
Siehe auch weitere wissenschaftlich gut fundierte Beweise von z.B. Douglas Self (Small Signal Audio-Design) ua.
 
 
 

Somit ist die 1954 festgelegte 3-polige RIAA-Kurve bis heute die gültige Richtlinie

Sie besteht aus 3 Zeitkonstanten - eine vierte gibt es de facto nicht !!

Daher ist es nicht richtig, die "Neumann-Konstante"
als technisch erforderlich zu bezeichnen

Klanglichen Wahrnehmungen darf man selbstverständlich nicht widersprechen,
da die Wahrnehmung auch vom Bewustsein verändert werden kann.
Das weiß die audiophile Welt nur zu gut.
 

Einen Physiker kann man betrügen, aber nicht die Physik


 

Wer mag, kann es sich mal antun, einen vorhandenen RIAA-Entzerrer um eine sogenannte "Neumann-Konstante" zu erweitern.

Hier ein Schaltungsvorschlag