Anfängerfrage Verstärkerleistung

[BN]

@olli_werner

Du machst es Dir viel zu kompliziert: für jedes Chassis wird ein (mittlerer) Wirkungsgrad angegeben und wir als Selbstbauer setzen ja nur hochwertige Chassis ein und damit gilt der mittlere Wirkungsgrad bei den meisten Chassis (Ausnahmen bestätigen die Regel) näherungsweise für den gesamten Übertragungsbereich des Chassis. Damit kannst Du jederzeit berechnen, wieviel Leistung das Chassis benötigt, wenn es einen bestimmten Schalldruck erzeugen soll. Den Unterschied zwischen dem "stationären" Betrieb und einem wie auch immer gearteten "dynamischen" Betrieb kannst Du vernachlässigen. Der Unterschied zwischen dem ohmschen Spulenwiderstand und dem Scheinwiderstand ist (außer bei der Resonanzfrequenz) nicht allzu groß. Der Spulenwiderstand stellt eine "natürliche" Grenze für die Leistungaufnahme eines Chassis dar.

Eine Mini-Endstufe stellt 1KW nicht mal für eine Mikrosekunde bereit, wenn sie für diesen Betriebsfall nicht extra konstruiert ist. Man braucht bei einer Aktivbox größenordnungsmäßig gleichstarke Endstufen für alle Kanäle. Der Unterschied zwischen der Endstufe für den Hochtonbereich und einer für den Tieftonbereich besteht darin daß die Hochtonendstufe weniger Wärme abführt und im Durchschnitt weniger Strom braucht. Ansonsten muß sie annähernd gleichstark sein: sie muß die erforderliche Spannung liefern können und auch den entsprechenden Strom bereitstellen können, in vergleichbarer Größe wie die Endstufe für den Baß.

Grüße
Bernhard

[tiki]

Hallo,

bei mir ist erst elektrisch und dann laut.
Soll heißen, nicht der Lautsprecher fordert Leistung ab, sondern hat das umzusetzen, was der Verstärker und damit ursprünglich die Tonkonserve ihm anbietet. Ursache-->Wirkung.

Der Verstärker liefert zunächst eine Spannung, bei gleicher Abschlußimpedanz und gleicher Frequenz ist auch die resultierende Leistung gleich, okay.

In der Chassisempfindlichkeit sind all die genannten Parameter enthalten, deshalb ja auch Schalldruckpegel pro Watt und Meter, bis auf die übliche Messung bei Konstantspannung statt Konstantleistung. Allerdings kommt dies auch der Wirklichkeit näher, siehe Absatz 2.

Welche Mini stellt 1kW an der Chassisimpedanz auch nur kurzzeitig zur Verfügung? Werden wohl alle mit > +/-100V Rails betrieben?

Gruß, Timo

P.S. Ich bleibe bei meinem 4Kanal-classD mit 4 mal gleicher möglicher(!) Ausgangsleistung.

edit:
Verzeiht bitte die Dopplung, BN ist mir zuvorgekommen.

[Frank S]

Für einen Sinus 100Hz oder 10kHz gleichen Schalldruckt benötigt man logischerweise gleiche Leistungen. Jedoch ist zu bedenken, daß eben diese Pegelverteilung in Musik nicht vorkommt. Wioe so oft ist niemand bereit, das zu messen (=Erinnerung an den verketterten Verstärkertest), auch wenn nur 2 einfache Bauteile nötig sind.

[BN]

Original geschrieben von Frank_S
Jedoch ist zu bedenken, daß eben diese Pegelverteilung in Musik nicht vorkommt.

Das ist eben genau die Frage. Laut pico gibt es diese Verteilung --- wenigstens bei ausgewählten CDs. Und die Anlage soll ja nicht nur Musik wiedergeben, sondern eventuell auch Filmton. Und die Zeiten und der Sound verändern sich eben. Zu Klingers Zeiten (der Vergleich ist zu schön ) spielte Sean Connery den James Bond und der Filmton war mehr als harmlos. Heute rettet Pierce Brosnan die Welt und man fragt sich bisweilen, ob das noch Pistolenkugeln sind, die durch das Zimmer pfeifen oder bereits die Hochtonkalotten

Grüße
Bernhard

[Mwf]

Crestfaktor frequenzabhängig?

Hallo,

interessanter Thread,
der einen ins Grübeln ob lang gehegter Vorstellungen bringen kann...

Pico´s Untersuchungen legen nahe:
Es gibt viele CD-Produktionen wo der Crestfaktor,
d.h. Spitzenwert zu Effektivwert --,
im Hochtonbereich höher als im Gesamtsignal ist.
Oder: Der Signal-Spitzenwert ist (fast) unabhängig von einer Hochpassfilterung.
Oder: Die Spitzen sind hochfrequent .

So anschaulich dies z.B. bei einem Rechteck- oder Nadelimpuls sein mag,
die haben aber weder das Spektrum noch die Zeitstruktur von Musik oder Sprache.
Nimmt man das Chaos schlechthin (Rauschen) müsste doch eigentlich der Crestfaktor in allen Teilbereichen gleich sein. (*)

Wie ist eigentlich die Peak/RMS-Verteilung in Rosa oder weißem Rauschen ?
Gauss-Kurve ?
Auch wenn man filtert ? (HP/TP/BP)

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Es könnte auch an heutigem Soundshaping liegen, z.B. Bässe und Grundton grundsätzlich stärker komprimiert (Multiband),
dazu Exciter in den Höhen.
Aber Pico hat ja extra High-Fidele Aufnahmen rausgesucht


....wie dem auch sei,
(@Pico):
Die RMS-Summe der Teilbereiche kann nicht größer sein als RMS des Gesamtsignals !
Zumindest wenn sinnvollerweise Konstant-Leistungsfilter = Butterworth genommen werden.
Da müssen DSP-Artefakte vorliegen.
Ansonsten:
Signaltheoretisches Perpetuum mobile anmelden

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Mein Dimensionierungstip für Aktiv-LS:
Alle Amps aus einem Netzteil speisen (**),
das nicht größer sein muss als das eines Verstärkers für die (gleichen) Passiv-LS.

Gruss,
Michael

(*) Rosa-Rauschen für log. Analysator (relativ konstante Bandbreite = z.B. Terz-Filter),
Weißes Rauschen für lin. Analyse (absolut konstante Bandbreite = FFT)

(**) = gleiche Versorgungsspannung = (nahezu) gleicher Spitzenpegel für jede Endstufe .
Abweichungen nur dann sinnvoll, wenn Einzelchassis unterschiedlich Spannungs-empfindlich sind (Schalldruck pro Volt).

Stromlieferfähigkeit (Kühlkörper, Leistunghalbleiter) dann entsprechend der Leistungsverteilung und Impedanz anpassen.

[Lonzo]

Nehmen wir mal einen Basstreiber in einem völlig luftdichten Gehäuse als Grundmass.
Schon alleine die höhere zu bewegende Membranmasse des Tieftöners erfordert anteilig wesentlich mehr Leistung! Von der um ein Vielfaches steiferen Mechanik wie Randaufhängung und Zentrierspinne mal ganz zu schweigen. Dann wäre da noch die Federsteife des Luftvolumens in der Box selbst, die ja von einer wesentlich größeren Luftpumpe (Membran) komprimiert und dekomprimiert werden muss.
Auch die naturgemäß zu tiefen Frequenzen hin ansteigende Membranauslenkung und die damit verbundene höhere Luftlast, zieht anteilig ein Vielfaches an Strom. Ein Hochtöner kann auch niemals einer Endstufe gefährlich werden. Denn er hat einer Endstufe weder elektrisch noch mechanisch etwas entgegen zu setzen.


Strom Vs Spannung: Nach der Annahme Einiger, müsste man mit einer VW-Polo Batterie auch einen V10 Diesel starten können! Das scheint vielen auch logisch zu sein, haben doch alle PKW Batterien die gleiche Spannung von 12V. Sicher wird die Batterie des Polos den Anlasser des V10 Diesel selbst locker drehen können. Kommt dann aber noch die mechanische Last des V10 Motors hinzu, wird die Stromlieferfähigkeit der Polo Batterie bei weitem nicht ausreichen! Umgekehrt ist es so, das eine Batterie, die für einen V10 Motor ausreicht, für einen Polo völlig überdimensioniert ist!

Oder, nehmt doch mal eure Bohrmaschine zu Hand und schaltet ein Amperemeter davor. Nun last die Bohrmaschine im Lehrlauf drehen, Ihr werdet sehen, das das Amperemeter kaum ausschlägt. Wenn Ihr jetzt aber versucht das Bohrfutter mit der Hand festzuhalten, wird die Last für den Motor größer und das Amperemeter wird wesentlich stärker ausschlagen. Da die Bohrmaschine jetzt mehr Strom (A) zieht. Die Spannung (V) bleibt dabei nahezu unverändert.

Was hat das aber jetzt mit einer Aktivbox zu tun? Nun, wie in meinem Beitrag von gestern schon beschrieben, seht oben, ist die zu treibende Last eines Tieftöners nun mal wesentlich höher als die eines Hochtöners!
Ein Hochtöner wird immer, bei gleicher Spannung (V), deutlich weniger Strom (A) aus der Endstufe ziehen als ein Tieftöner. Das liegt an der leicht zu bewegenden Mechanik des Hochtöners und an der Tatsache, das zu hohen Frequenzen hin, immer weniger Membranhub erforderlich wird.

Bei meiner Jeani (Aktivbox aus Hobby Hifi 6/05) sind drei gleich starke Endstufen, die von nur einem Netzteil versorgt werden, verbaut. Aber auch nur, weil Thel keine kleineren Endstufen im Programm hat und kein sehr großer Sparefekt zu erwarten war. Da ja nur ein Netzteil verwendet wird.
Würde man das Aktiv Modul jetzt aber mit eigenen Netzteilen für jede Endstufe aufbauen und hätte Thel kleinere Endstufen, dann könnte man, bei sachgerechter Dimensionierung, so einiges Sparen.

Baut man eine Endstufe für ein Dreiwege-Aktivsystem mit jeweils eigenen Netzteilen für die Endstufen, dann können bei gleicher Spannung (V) die Trafos für Mittel und Hochton kleiner gewählt werden. Z.B. HT=50 VA, MT=100VA, TT=200VA. Das Gleiche gilt auch für die Anzahl der Endtransistoren auf den Endstufen. Dementsprechend können auch die Kühlkörper und die Siebungen für Mittel u. Hochton kleiner ausfallen.


Gruß, Lonzo

Nachtrag: Ein 8-Ohm-Hochtöner mit 90 dB mittleren Schalldruckpegel bei 1W/1m (2,83Vrms), würde bei einer Eingangsleistung von 10W (8,95Vrms) schon 100 dB Schalldruck erzeugen. Bei 50W (20Vrms) sind es schon beachtliche 107 dB und da ist bei fast allen 25-mm-Hochtonkalotten, auf Grund der zunehmenden Verzehrungen, Schluss! Bei sehr vielen auch schon deutlich früher.

[pico]

@Lonzo:

bei einem Bass treten zwar für einen gegebene Schalldruck höhere KRÄFTE auf, dafür hat er aber einen stärken Antrieb (BL-Faktor) der das kompensiert. Im Endeffekt ist nur der Spannungswirkungsgrad relevant.

Den letzten Absatz kann ich unterstreichen: eine gleiche Spitzenspannungslieferfähigkeit vorausgesetzt kann die Dauerleistung kleiner ausfallen. Das hatte ich ja auch schon gesagt.

@all:
Ansonsten verblüfft mich die Entwicklung des Threads:
# jede hat eine Meinung, aber kein Zweifler guckt sich mal ein gefiltertes Zeitsignal an (Anleitung s.o.)

Übrigens: selbst wenn man weißes oder rosa Rauschen z.B. bei 1 kHz filtert steigen die Amplituden der TP- bzw HP- gefilterten Signale im Zeitbereich an! Einfach mal mit GoldWave ausprobieren!

Bei dem Vergleich der RMS-Werte hatte ich - wie üblich - gleiche F3-Frequenzen genommen. Eine solche Weiche hat keinen konstanten Leistungsfrequenzgang, wodurch sich erklärt dass die RMS-Summe der Teilbereiche größer als die RMS-Summe des Eingangssignals ist.

Auch die Erhöhung des gefilterten Zeitsignals lässt sich einfach erklären aber es muss ja noch was für den Workshp und das Magazin übrig bleiben . . .

[AH]

Hallo Michael,

Pico´s Untersuchungen legen nahe:
Es gibt viele CD-Produktionen wo der Crestfaktor,
d.h. Spitzenwert zu Effektivwert --,
im Hochtonbereich höher als im Gesamtsignal ist.

Das entspricht auch meinen Messungen, trifft v.a. auf Musik mit realer und v.a. elektronischer Percussion zu (zisch - Pause - zisch - Pause - zisch).
Im Mitteltonbereich wird stärker komprimiert, bzw. die dort benutzten Instrumente erzeugen oft von Natur aus dauerhaftere Töne.
Bei Pop-Musik ist der Peak-Level als Funktion der Frequenz oft überraschend stetig, im zeitlichen Mittel sieht es anders aus. Als "Klassik"hörer habe ichs bei der Dimensionierung des Maximalpegels im Hochton dagegen besonders leicht

Die Eigenschaften von Verstärkern mit "weichem" Netzteil kommen der Dynamik von Musik entgegen. Auf die Bedeutung eines hohen Verhältnisses zwischen Peak- und Dauerleistung wird ja seit langem hingewiesen.

Gruß

Andreas

[Lonzo]

Ich schrieb:

.....Ein Hochtöner wird immer, bei gleicher Spannung (V), deutlich weniger Strom (A) aus der Endstufe ziehen als ein Tieftöner. Das liegt an der leicht zu bewegenden Mechanik des Hochtöners.....

Farad machte mich darauf aufmerksam, danke! Zugegeben, es ist etwas Einfach u. unglücklich formuliert. Mir ist aber, auf die schnelle, nichts „dümmeres“ eingefallen!

Aus meiner Sicht anders formuliert: Ein stärkerer Magnet (BL u. Co.) führt in der Regel zu einer höheren elektrischen Bedämpfung (QES klein). Mit steigender Frequenz und Wiederstand (Induktivität nicht berücksichtigt) nimmt aber der Gütefaktor QES zu. Demzufolge verringert sich der Stromfluß in der Schwingspule, deshalb wird die erzeugte Gegenkraft (Gegenspannung) ebenfalls verringert.
Auch läßt eine zunehmende bewegte Masse QES ansteigen, bekanntermaßen ist eine größere bewegte Masse schwieriger zu bedämpfen! Das läßt den Umkehrschluß zu, dass mit steigender Nachgiebigkeit (geringere Federsteife) der Membranaufhängung auch QES verringert wird. Deshalb benötigt eine geringere Federsteife weniger Kraft zur Bedämpfung.

Gruß, Lonzo

[Gonzales]

Hallo!

Dazu kann ich tiki nur zustimmen...

Soll heißen, nicht der Lautsprecher fordert Leistung ab, sondern hat das umzusetzen, was der Verstärker und damit ursprünglich die Tonkonserve ihm anbietet. Ursache-->Wirkung.

Wenn man von Crest-Faktoren von 5 ausgeht kann man die Kette ja mal mittels weissen Rauschen unter die Lupe nehmen...
Wenn dann was nicht stimmt wird es zumeist die Qualität des Chassis oder die übertriebene Weiche in ihrer Eigenschaft als elektrischer Sumpf sein...

Das dass rosa Rauschen durch veränderte Ramenbedingungen in der Produktion seine Gültigkeit nicht mehr in Anspruch nehmen kann halte ich für Nonsens und evolutionsmässig treten so auf die schnelle keine so gravierenden Veränderungen auf das die Hörkurve neu definiert werden müsste.

Ist meine Meinung...

[pico]

Hi Gonzales,

meine Äußerungen bezogen sich auf digital gefilterte Signale, eine Aktivweiche sozusagen - da hat das Chassis oder die Auslegung der passiven Weiche keinen Einfluss.

Deinen Einwand zum Thema rosa Rauschen (mein Lieblingssignal) verstehe ich nicht ganz . . . Bezog sich das auf die vor mir angesprochenen Stufen? Das war der Mittelwert der 1/6-Oktavanalyse von vielen real existierenden Musikstücken . . .

[albondiga]

Original geschrieben von Lonzo
.....Ein Hochtöner wird immer, bei gleicher Spannung (V), deutlich weniger Strom (A) aus der Endstufe ziehen als ein Tieftöner. Das liegt an der leicht zu bewegenden Mechanik des Hochtöners.....

das hieße aber, das die Impedanz des Hochtöners höher sein müsste als die des Tieftöners.

[Gonzales]

Geht es denn nicht darum eine bestmögliche Wiedergabe zu erziehlen,bzw. durch eine bessere Impulsverarbeitung die Interpretation des zu Hörenden Schallereignisses zu verbessern/erleichtern?
Da spielen Chassis und Weiche schon eine Rolle wenn man bedenkt das jeder halbwegs ordentlich konstruierte und vom Anwender dimensionierte Amp Dynamiksprünge auszugeben vermag.
Das ganze messtechnisch darzustellen ist natürlich begrüssenswert,die Problematik am Ende der Kette bleibt aber.

Den Einwand zum rosa Rauschen habe ich mir über das lesen der Seiten zusammengereimt.Sry...

[BN]

Original geschrieben von albondiga
das hieße aber, das die Impedanz des Hochtöners höher sein müsste als die des Tieftöners.

Müßte sie eigentlich, ist sie aber nicht. Daraus folgt im Umkehrschluß, daß der Hochtöner eben nicht zwangsläufig weniger Strom aus einem Verstärker zieht als der Tieftöner, wie in einigen Postings propagiert.

Auch der Kraftfaktor (B*L) eines Hochtöners ist normalerweise nicht sehr viel kleiner als beim Tieftöner. D.h. im Hochtöner können durchaus ähnliche Kräfte wirken wie bei einem Tieftöner. Wohin mit der Kraft, wenn doch die Membran eines Hochtöner vielleicht ein halbes Gramm auf die Waage bringt und die Tieftonmembran so viel schwerer ist? Man darf bei der Geschichte nicht die Beschleunigung einer Lautsprechermembran vergessen. Die Beschleunigungskraft die auf die Membran wirkt und die durch den elektrodynamischen Antrieb erzeugte Kraft stehen im Gleichgewicht. Die Antriebskraft berechnet sich zu F = B * l * I.

Oberhalb der Resonanzfrequenz gilt näherungsweise: die Beschleunigungskraft ist F = m * a = m * x * (2 *Pi * f)²

mit m = Membranmasse, f = Frequenz, x = Auslenkung

Beachtenswert ist hier quadratische Abhängigkeit der Beschleunigung von der Frequenz.

Nehmen wir mal an wir hätten einen Tieftöner mit einer 100g schweren Membran und einen Hochtöner mit einer 1g schweren Membran. Der Tieftöner soll 100Hz abstrahlen und der Hochtöner 1000Hz. Dann benötigen beide Lautsprecher exakt die gleiche Kraft um den gleichen Hub, z.B. 1mm, auszuführen und natürlich nehmen die Lautsprecher auch die gleiche Leistung auf, sofern Impedanz und Kraftfaktor gleich sind. Die 100fach höhere Beschleunigung, die die Hochtönermembran bei 1000Hz erfährt, wird dadurch wettgemacht, daß sie nur 1/100 wiegt.

Daß der Hochtöner (im Normalbetrieb) trotzdem nicht durchbrennt, liegt daran, daß die hohen Pegel im Hochtonbereich seltener sind als im Baßbereich und kürzer andauern. Außerdem werden viele Hochtöner durch Ferrofluid zusätzlich gekühlt.

Grüße
Bernhard

EDIT: in die obige Formel noch ein x eingefügt für die Auslenkung. Hatte ich gestern vergessen.

[Frank S]

Und daß die SPITZEN-Pegel beim HT kleiner sind!

Testet es aus: Ihr werdet am HT keine Spannung von 30V messen.