Sättigungsströme bei Visatonspulen - wie definiert?

[pluto]

Hallo,

wie sind die für Visaton-Kernspulen angegebenen Sättigungsströme zu verstehen?

Ich habe weder im Visaton-Lexikon noch im Internet eine Definition gefunden. Bezieht man sich auf einen bestimmten Klirrwert oder auf den Strom, bei dem die Induktivität um X Prozent gesunken ist, oder auf etwas ganz anderes?

Außerdem: Ist bekannt, wie hoch die Sättigungsströme der KN-Spulen liegen? Eine Angabe fehlt (, genauso wie für die Wechselspannungsfestigkeit der rauen Elkos).

Mit freundlichem Gruß

Peter

[Farad]

Auch SusieQ hatte es letztens schon vom Sättigungsstrom und dem Klirr.

Pluto, wie würdest du denn eine sinnvolle Grenze definieren?

Den Klirrfaktor kann man ja relativ leicht messen. Mit Hochlastwiderstand in Reihe, an dem man dann auch die Spannung abgreift und dann eben den Strom steigern. Und das für jede Frequenz, geht ja mit STEPS gut.

Wenn du jetzt aber sagst, dass auch die Induktivität wieder abnimmt.. das wird schon verzwickter. Man müßte also bei Vollgas eine Impedanzmessung durchführen. Wenn wir mal von 4 Ohm Reihenshuntwiderstand (braucht auch der Verstärker) und einem Sättigungsstrom von 10A ausgehen dann werden immerhin 400W Wirkleistung verbraten. Das muß schon ein ordentlicher Brummer sein, und dann bei der Leistung die Impedanz messen...

Hast du sowas schonmal gemacht?

Im Zuge der Hochlastwiderstände habe ich heute 400m Stahldraht gekauft. Den ersten Versuch habe ich problemlos über mehrere Minuten mit 25W geheizt (ca.30(?)m, 1mm Draht). Wird etwa 40°C warm, funktioniert prima. Kurzzeitig sind die 400W sicher drin.

farad

[pluto]

Hallo Farad,

Messungen in diesem Leistungsbereich habe ich noch nicht gemacht. Ich würde einen Cluster aus Widerständen verwenden (z.B. 25 Stück 20-W-100-Ohm-Widerstände parallel, nicht zu dicht gepackt). Mögliches Messproblem, auch bei Deinem Stahlseil: Wenn sich der Lastwiderstand zu stark erwärmt, ändert er sich merklich.


Eine saubere Definition des Sättigungsstroms müsste sich auf die Permeabilität des Kerns beziehen. Der Kern hat schließlich nicht in jeder Spule die gleiche Auswirkung auf die Induktivität, so dass sich seine Sättigung in unterschiedlichem Maße im Verlauf der Induktivität über dem Strom widerspiegelt. Aus gleichem Grund ist eine "saubere Definition" aber auch nicht praxisgerecht.

Als sinnvolle Definition eines Sättigungsstroms erscheint mir etwas wie "Strom, bei dem die Induktivität auf X% des ungesättigten Wertes abgefallen ist". Der genaue Wert für X muss sich dabei an dem orientieren, was bei Musik klar hörbar ist. Einen glatten großen Wert wie 50% zu verwenden, kann problematisch sein, wenn das Eintreten der Sättigung für ein bestimmtes Kernmaterial eher weich verläuft (dann stört Sättigung viel früher) oder wenn der Kern die Induktivität relativ wenig beeinflusst (unter 50%; dann wird X nie erreicht). Ich vermute, dass eine Definition bezogen auf den Wert der Induktivität innerhalb des Audiobereiches unabhängig von der Frequenz sein darf; eine Messung kann mich aber auch widerlegen.

Bei einer Definition an Hand des Klirrs gehört auf jeden Fall eine Frequenz dazu, nur welche? Misst man den Klirr an einem Lastwiderstand über der Frequenz nicht mit konstanter Spannung, sondern mit konstantem Strom, ergibt sich ein monoton wachsender Klirr zu höheren Frequenzen hin (sofern die Induktivität nicht frequenzabhängig ist). Daher erscheint mir sinnvoll als Bezugsfrequenz 20 kHz zu wählen, weil hier in etwa die Obergrenze des CD-Übertragungsbereichs liegt. Das Argument, dass hier in der Praxis kein Strom mehr fließt, kann ich nicht gelten lassen, weil das nur gilt, wenn gleichzeitig keine tiefe Frequenz mit hohem Pegel übertragen wird (Stichwort "Intermodulation", meine Anmerkung vom 14.09. hier ).

Alternativ könnte man auch die IM-Verzerrungen eines 20 kHz-Tons messen, in Abhängigkeit von der Stärke eine gleichzeitig anliegenden 20 Hz-Tons.

Interessant wäre auch die Messung der Sättigung der Kapazität für einen Elko (unter Beachtung der Explosionsgefahr).

Mit freundlichem Gruß auch an Galileo

Peter

[Farad]

Hallo pluto,

Die Temperaturabhängigkeit der Widerstände ist bekannt. Ich sehe das aber als weniger kritisch an, da er auf die Induktivität ja keinen Einfluß hat. Wenn man in Ahängigkeit vom Strom misst, kann man diesen ja ohne weiteres ein wenig steigern. Leider habe ich keine Stromzange hier und beim über-den-Widerstand die Spannung messen beißt sich die Katze in den Schwanz. Lösung: Ganz kleinen Konstantanwiderstand mit etwa 0,1 Ohm in Reihe. Ändert den Ohm'schen Anteil kaum, wird wegen geringem Spannungsabfall nicht heiß und ändert ohnehin seinen Widerstand nicht. Jetzt kann man an ihm die Spannung abgreifen, den Strom berechnen und den Klirr messen.
Vorteil des Drahtes: 400m kosten 6,50€. Hochlastchopper sind richtig teuer.

Strom, bei dem die Induktivität auf X% des ungesättigten Wertes abgefallen ist"

Das ist doch schon mal was. Der konkrete Wert ist ja nicht so wichtig, man kann eine Kennlinie erstellen. Den Strom in 1A Schritten erhöhen und dann die Induktivität über den Strom auftragen.

Welche Frequenz ist aber sinnvoll? Um im praxisgerechten Audiobereich zu bleiben: Die theoretische Trennfrequenz an 8 Ohm der jeweiligen Induktiviät im Kleinsignalbereich?

Klirrmessungen bei 20kHz sind mit Hausmitteln nicht zu machen. Um K2 zu erfassen, braucht man eine obere Grenzfrequenz der Messeinrichtung von wengigstens 40kHz, das macht 96kHz Samplingfrequenz, K3 ist nur noch mit HF-Technik zu messen.

Die Messungen an einem Elko würden dann ja gleich verlaufen. Glücklicherweise sind sie nicht sehr teuer.

Ich bin ab kommender Woche wieder in Berlin. An eine Hochleistungsendstufe komme ich problemlos ran, Elkos und Spulen hab ich zu Hause. Sollen wir so ne Messung einfach mal zusammen machen?

gruß, farad

[VISATON]

Wir haben uns vor langer Zeit (vor bald 20 Jahren?) entschlossen, den Sättigungsstrom anzugeben. Der Grund dafür war, dass wir selbst auf billiges Ferritmaterial reingefallen waren. Das hat im Betrieb bei hohem Strom furchtbar störende Knackgeräusche verursacht. Die kommen dann interessanterweise nicht aus dem Tieftöner, vor dem die Spule meistens sitzt, sondern aus dem Mitteltöner. Das hört sich so an, als würde die Schwingspule laut knallend anschlagen. Die durch die Sättigung entstandenen Oberwellen werden über die Frequenzweiche an den Mitteltöner geleitet.

Die Sättigungsgrenze wurde von uns ganz praxisorientiert definiert: Bei welchem Strom produziert die Spule an einem Widerstand (z.B. 4 Ohm) bei 50 Hz einen Klirrfaktor von 2 %. Dieser Strom ist nicht stark frequenzabhängig. Wir messen bei tiefen Frequenzen, weil die großem Ferritspulen dort wirken.

[UweG]

Diese Messmethode hätte ich nicht vermutet. Ich möchte eigentlich auch vorschlagen, dafür nicht den Begriff "Sättigungsstrom" zu verwenden, denn damit macht ihr eure Angaben unnötig schlecht. Unter "Sättingungsstrom" hätte ich den Strom verstanden der nötig ist um die Spule vollständig (oder zu 90+x%) zu sättigen. Dieser Strom müsste doch um Faktoren höher liegen.

[pluto]

Hallo,

@UweG: Was hieße denn 90+x%?

@Visaton:

Das hat im Betrieb bei hohem Strom furchtbar störende Knackgeräusche verursacht. Die kommen dann interessanterweise nicht aus dem Tieftöner, vor dem die Spule meistens sitzt, sondern aus dem Mitteltöner. Das hört sich so an, als würde die Schwingspule laut knallend anschlagen. Die durch die Sättigung entstandenen Oberwellen werden über die Frequenzweiche an den Mitteltöner geleitet.

Bei einer Parallelweiche sollte das eigentlich nicht der Fall sein, oder? Unter meiner oben verlinkten Anmerkung habe ich eine andere Hypothese beschrieben. Zur Veranschaulichung eine Boxsim-Simulation der Classic-Weiche:



Angenommen wurde, dass die Kernspule sehr stark gesättigt ist, so dass die Induktivität auf den Wert der Spule zurückgeht, den sie ohne Kern besitzt, geschätzt mit 0,6 mH (statt 4,7 mH). Dies ist im Laufe eines zur Sättigung führenden sehr starken, tiefen Sinustons im Bereich der Spitzenwerte der Fall und natürlich nicht im Nulldurchgang. Zusätzlich wurde auch noch ein Widerstand von 0,2 Ohm in Reihe zum Verstärker eingefügt, der für den Verstärker-Ausgangswiderstand, Kabelverluste und Übergangswiderstände steht.

Die verringerte Induktivität hat nicht nur für den Sinuston selbst Folgen - die Spitzen werden in stärkerem Maße durchgelassen, d.h. Klirr entsteht -, sondern auch für gleichzeitig wiedergegebene andere Frequenzen. Dies sieht man in der Grafik am Buckel um 800 Hz. Zum Vergleich sieht man gestrichelt den Pegelverlauf bei ungesättigter Spule. Dieser Buckel tritt immer nur in der Spitze des Sinus auf, d.h. ein Ton bei 800 Hz wird kräftig moduliert.

Für den Mitteltöner gibt es auch eine Abweichung des Pegels, d.h. hier tritt ebenfalls Intermodulation auf. Dies ist die Folge der 0,2 Ohm in Serie zum Verstärker. Gravierender aber ist der Impedanzverlauf. Er sackt auf 1 Ohm bei 800 Hz ab, bei stark kapazitivem Charakter der Last. Wie wird der Verstärker darauf reagieren? Hier vermute ich die Ursache für die "knallenden" Geräusche.

Die Sättigungsgrenze wurde von uns ganz praxisorientiert definiert: Bei welchem Strom produziert die Spule an einem Widerstand (z.B. 4 Ohm) bei 50 Hz einen Klirrfaktor von 2 %. Dieser Strom ist nicht stark frequenzabhängig. Wir messen bei tiefen Frequenzen, weil die großem Ferritspulen dort wirken.

Die großen Ferritkernspulen fangen in der Gegend von 50 Hz an nennenswert zu wirken, wie in obiger Grafik für den Fall einer 4,7 mH-Spule zu erkennen ist. Dies heißt, Verringerung der Induktivität verändert den Schallpegel. Man erkennt jedoch, dass die Wirkung bei höheren Frequenzen viel stärker ist, was niemand überrascht (ist ja eine Spule): Bei 50 Hz beträgt der induktive Widerstand etwa 1,5 Ohm, bei 800 Hz etwa 24 Ohm. Das Unangenehme ist, dass
a) der Klirr für einen gegebenen, konstanten Strom mit der Frequenz ansteigt, eben weil die Spule immer stärker wirkt,
b) und vor allem, dass bei Musik neben Klirr Intermodulationsverzerrungen (hier besonders bei 800 Hz) entstehen, deren Bedeutung für die höheren Frequenzen die des Klirrs weit übersteigt.

Im Folgenden eine Abbildung aus einem Artikel von Heinz Schmitt in Elrad (auch vor bald 20 Jahren?), die den Klirrverlauf über der Frequenz für drei verschiedene Induktivitätswerte einer Glockenkernspule zeigt.



Allerdings wurde nicht mit konstantem Strom, sondern mit konstanter Spannung an 8 Ohm Last gemessen (Strom = Wurzel(200W/8Ohm) = 5 A bei 0 Hz, darüber immer geringer werdend; Spannung konstant bei 40 V). Das Klirrmaximum liegt für die 4,7 mH-Spule am niedrigsten, bei 130 Hz. Für einen 4Ohm-Lastwiderstand werden alle Klirrmaxima zu niedrigeren Frequenzen rutschen. Hielte man den Strom konstant, wüchse der Klirr zu höheren Frequenzen hin monoton. Bei kleinen Induktivitäten macht man durch eine Messung bei 50 Hz und Definition eines Sättigungsstroms als 2%-Klirr-Grenze einen Fehler, weil man das Klirrmaximum nicht erwischt.

Das Problem in einer Messung mit konstantem Strom liegt in der dafür erforderlichen Verstärkerausgangsspannung; viel mehr als 40 V sind auch bei kräftigen Verstärkern nicht drin. Deswegen wird Visaton ebenfalls mit konstanter Spannung gemessen haben.


Mein Fazit: Eine Definition der Sättigung an Hand der Änderung der Induktivität in Abhängigkeit vom Strom wäre besser.
Die Bestimmung des Sättigungsstroms kann (im Rahmen der Verstärkerfähigkeiten und einer ausreichenden Messgenauigkeit) bei einer beliebigen Frequenz erfolgen, wenn die Permeabilität nicht explizit frequenzabhängig ist.



@Farad: 20 kHz können wir natürlich vergessen; dein Vorschlag bei der theoretischen Trennfrequenz zu messen, ist ein praktikabler Ansatz. Zusammen messen: Gerne; pinne mich mal an wegen Details. Hast Du auch eine KN-Spule in Deinem Fundus?

Mit freundlichem Gruß

Peter

[Frank S]

Jeder leistungsstärkere Amp liefert leicht über 100V.

Bessere Meßmethode: klemmt die Drossel an eine FET-Halbbrücke an (Tiefsetzsteller). Pulsweise der Ansteuerung hochfahren, bis Strom nicht mehr linear steigt. Funktioniert tadellos.

Sätztigungsstrom angeben mit 10% Induktivitätsverlust. Läßt sich bekanntermaßen auch für andere Drosseln des selben Kerns umrechnen.

[pluto]

Hallo Frank,

100 V - das ist auch nicht viel mehr als 40 V (keine Größenordnung mehr). Den Sättigungsstrom einer 4,7 mH-Spule kann man damit bei 1000 Hz auch nicht erreichen.

Ich mach mich schlau wegen Tiefsetzsteller. Gibt´s sowas bei Conrad? Kosten?

10%-Induktivitätsverlust - kann man so die Sättigungsstrom-Werte bei Intertechnik verstehen bzw. wo ist das eine übliche Definition?

Mit freundlichem Gruß

Peter

[SvenT]

einen tiefsetzsteller gibt's natürlich bei conrad
is ja nur ein transistor und eine diode ( + elektronik zur ansteuerung natürlich)

ich finde die mess-methode von visaton eigentlich sehr fair
und der admin hat ja auch an anderer stelle mehrfach geschrieben, dass die spulen-kerne sehr großzügig bemessen sind

p.s. unter dem sättigungs-strom versteh ich eigentlich auch was anderes als das, was auf der visaton homepage angegeben ist

[VISATON]

@ pluto: Deine Erklärung für die Knackgeräusche erscheint mir plausibler als die, dass bei einer Parallelweiche der Tieftonzweig den Mitteltöner beeinflusst. Der sehr niederohmige Verstärkerausgang müsste ja die Oberwellen kurzschließen.

Ich fände sehr gut, wenn wir uns über eine sinnvollere Messmethode zur Bestimmung des Sättigungsstroms im Klaren werden könnten. Was ist den eigentlich ein "Tiefsetzsteller"? nie gehört

[Susie Q]

Das Problem in einer Messung mit konstantem Strom liegt in der dafür erforderlichen Verstärkerausgangsspannung; viel mehr als 40 V sind auch bei kräftigen Verstärkern nicht drin.

... und wenn ein gebräuchlicher HiFi-AMP diese Spannung niemals liefert, ist der damit einhergehende Strom auch völlig irrelevant - logisch, oder?

Eine Stromquelle ist so oder so ungeeignet, sowohl zur Impedanzmessung (=> fehlende elektrische Dämpfung des Antriebs durch den Generator), als auch zur Untersuchung von Weichenbauteilen, da immer der Praxisbezug fehlt, nämlich die Spannungsquelle Verstärker mit
1. Kurzschlusseigenschaften (RG~0), 2. deren maximaler Spannungspegel, 3. aus 2.) plus dem Impedanzverlauf der Last folgend der Stromparameter, 4. aus 3.) bei Spulen folgend der Klirrfaktor.

Der Sättigungsstrom selbst interessiert mich überhaupt nicht.

Mich interessiert praxisrelevant zuerst einmal eine Rahmenbedingung, nämlich eine untere Impedanz des die Spule belastenden Chassis einschließlich ev. weiterer Leistungsverbraucher (wie Spannungsteiler) als worst case Fall für den Strom - z.B. als Folge von Z,min bei fb BR oder Z,min bei der Serienresonanz eines Chassis in einer CB (frequenzmäßig rechts neben fc). Diesen Widerstand definiere ich rein ohmsch z.B. mit 4Ω oder 8Ω.
Aus dieser vordefinierten Last folgt in einem Diagramm die Y-Achse: Watt@4(8)Ω.
Die X-Achse variiert die Frequenz.
Die Messung erfasst den Klirrfaktor über der Frequenz mit schrittweise steigender Wattleistung am Realwiderstand (die Spule erzeugt unter Vernachlässigung von RDC,L) im interessierenden Bereich nur einen Blindwiderstand), Messanordnung also Amp, Spule und R in Serie.

Das Ergebnis gleicht einem Wasserfalldiagramm der Sättigungsverzerrungen.

Letztlich: Sättigungseigenschaften sind nichtlineare Parameter und verursachen ... Verzerrungen. Wie/wo/wann/bei was die welchen Wert haben, möchte ich schon genau wissen, um sagen zu können: bis hierhin und nicht weiter. Genau so wie der Chassisklirr bei verschiedenen Watt/m oder, noch aussagekräftiger: über der sogenannt linearen Auslenkung eines Chassis. Und da so etwas natürlich wieder mit vielen Einzelmessungen verbunden ist und in einer Kurvenschar mündet statt einer simplen Zahl, sehe ich erneut ... keine Chance. (alles imo natürlich)

[maha]

Hallo!

SusieQ wagt eine interessante Behauptung:

Eine Stromquelle ist so oder so ungeeignet, sowohl zur Impedanzmessung (=> fehlende elektrische Dämpfung des Antriebs durch den Generator), als auch zur Untersuchung von Weichenbauteilen, da immer der Praxisbezug fehlt, nämlich die Spannungsquelle Verstärker mit ........

maha

[SvenT]

ja und????

ein lautsprecher hängt nun mal im normalbetrieb an einer SPANNUNGSQUELLE
und eine stromquelle hat nun wirklich nix mit einem audio-verstärker zu tun......

[maha]

TSP-Messung:
KonstantSTROM- und KonstantSPANNUNGS-Methode liefern ähnliche Ergebnisse. Komisch.

maha
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denken schadet nie