WIDERSTAND, FÜR ANFÄNGER

[Anselmo]

Dies soll als Tutorial für Anfänger und Laien im Lautsprecherbau eine Hilfe werden, um die üblichen FAQ von vornherein sinnvoll und richtig zu beantworten. Ich bin selber noch nicht lange Boxenbauer, aber habe mir ein paar Basics zusammen gesucht, die ich hier erklären möchte. So haben auch andere Anfänger in Zukunft schnell die nötigen Grundlagen, um nervige Fehler beim Boxenbau zu vermeiden.

Apropos Fehler:
Ein zu hochohmiger, leistungsschwacher Widerstand an falscher Stelle kann sich unter ungünstigen Voraussetzungen sehr stark erhitzen.
Darum sollte man als Anfänger erst mal auf brenzlige Selbstversuche verzichten.
Denn es gibt Bilder von Boxen-Eigenkonstruktionen, die wirklich vorzüglich klingen, aber der Verbrennungsgeruch aus dem Bassreflextunnel dazu führte, das verschmorte Dämpfungsmaterial nahe einem Widerstand in einer Box als Beinahe-Katastrophe auszumachen.

Solange man also nicht sicher weiß, wie viel Wärme so ein Widerstand abführt, sollte man sich besser an einen der vielen Visaton Bauvorschläge halten.

Bei der Montage ist Heißleim übrigens keine gute Wahl, der könnte nämlich mit der Zeit von den warmen Widerständen anschmelzen.

Visaton beliefert den Selbstbauer mit zwei Sorten hochwertiger Widerstände.
Zum einen gibt es keramische, sogenannte zementierte Widerstände:
http://www.visaton.de/de/chassis_zub..._10/index.html

Außerdem werden noch eigenartige MOX Widerstände angeboten:
http://www.visaton.de/de/chassis_zub..._10/index.html

In den folgenden Abschnitten will ich erst mal den unterschiedlichen Aufbau dieser Teile zeigen.

[Anselmo]

Keramikwiderstand Aufbau

So ein Keramikteil zwischen die Zange genommen und kräftig gedrückt. Es ist leider kein original Visaton Keramikwiderstand, aber der Aufbau wird nicht wesentlich anders sein als bei dem Teil hier.
Man sollte das nicht nachmachen, denn das Gehäuse splittert.
Es ist alles feuerfest ausgerüstet, krass.
Es ist eine Art Quarzsand innen eingefüllt. An den Seiten ist der Sand verklebt. Darin lagert ein Stab mit einem Drahtwickel. Der Draht ist nicht Lage an Lage gewickelt, sondern immer mit einem gleichmäßigen Zwischenraum. Das wird sicherlich eine unerwünschte Induktivität unterdrücken, denn ein Widerstnd darf auf keinen Fall wie eine Spule wirken ! Die Untersuchung dazu findet man im Spulen Tutorial.
An beiden Enden sind Metallkappen, die den speziellen Widerstandsdraht mit den normalen Anschlussdrähten verbindet.
Der Draht dieses 2,7 Ohm Widerstands ist ungefähr 60 cm lang !!!
Ich hatte im Innenraum der Wicklung einen Glasstab erwartet.
Da lag ich falsch.
Innen ist eine verwobene Keramikschnur. Um diese Schnur ist der Draht fest angelegt.
Hier also die Fotos vom inneren Aufbau eines Keramikwiderstands.

[Anselmo]

Visaton MOX Widerstand

Die Visaton MOX Widerstände haben allerlei technische Vorzüge gegenüber den keramischen Widerständen.
Klar, die kosten mehr, aber nachdem man das Innenleben verglichen hat, wird man für hochwertige Schaltungen lieber MOX benutzen wollen.
Hier wurde ein original Visaton MOX Widerstand mit 10 Ohm zerlegt.
Die grüne Lackierung dient als Schutz für eine darunter liegende Metallschicht. Der grüne Lack ist ziemlich dick und geht nur schwer runter.
Die Endkappen sind auf die Metallschicht aufgesteckt und verbinden den Anschlussdraht des Widerstandes mit seiner inneren, metallischen Widerstandsschicht. Drahtwendel gibt es nicht, so kann auch keine Induktion entstehen. Das bedeutet, dass die Metallschicht speziell behandelt wird, um die verschiedenen Widerstandswerte präzise einzustellen. Dadurch ist auch die Toleranz / Bauteilabweichung geringer.
Die Metallschicht ist auf einem Keramikstab aufgebracht.
Hier die Fotos, auf dem letzten Bild seht ihr eine Widerstandsmessung direkt an der abgebrochenen Metallschicht, es war ursprünglich ein 10 Ohm Widerstand, je weiter vorne man misst, umso niedriger der Wert. Die Kleps haben gerade so drüber gepasst:

[Anselmo]

Basics und Spannungsteiler

Nachdem die beiden Widerstände zerstört wurden, um das Innenleben zu vergleichen, wird es Zeit, den Zweck zu beleuchten.

Ein Widerstand ist ein passives Bauteil.
Er bildet einen gewünschten Engpass im Stromkreis.
Dabei entsteht als Abfallprodukt eine Menge Wärme, die der Widerstand an seine Umgebung abgibt.
Die Menge an Wärme hängt ab von der Größe des Widerstands und dem Strom, den er reduzieren soll. Seine elektrische Leistung P berechnet sich aus Spannung mal Strom - P = U * I.
Die wichtige Abwärmeleistung P errechnet sich aus Spannung² geteilt durch seinen Widerstand.
Wenn man eine eigene Weiche entwickeln will, sollte man sich erst mal in die ganzen Formeln einlernen, bevor man drauf los bastelt. Basics finden sich genügend, z.B. in Wikipedia.

Die häufigste Anwendung von Widerständen in Audio-Frequenzweichen findet sich zum Zwecke der Pegelabsenkung.
Eine Pegelabsenkung wird an den Hochtönern und Mitteltönern benötigt, wenn diese im Verhältnis zum Basslautsprecher viel zu laut sind.

Einfach einen einzelnen Widerstand einzusetzen, geht leider nicht immer, denn das verändert die Abschlussimpedanz der Weiche.
Eine Ausnahme ist manchmal der Hochtonzweig, wenn der Widerstand in Reihe zum Kondensator liegt.

Besser und unkritisch ist ein Spannungsteiler.
Solch ein Spannungsteiler besteht aus ZWEI Widerständen. Der eine liegt in Reihe und der andere liegt parallel zum vorlauten Lautsprecher. Auf diese Weise kann man die Spannung absenken, ohne die Weichenimpedanz stark zu verändern.
Es gibt solche Spannungsteiler auch als variable Drehknöpfe, die als L-Regler bezeichneten Module können bei der Entwicklung eine gute Hilfe sein, aber auch in einer fertigen Box eine leichte Anpassung an den persönlichen Geschmack der Abstimmung erlauben. Der kleine LC 57 hat auch ein Schaltbild:
http://www.visaton.de/de/chassis_zub...hoer/lc57.html
Genauso wie sein größerer Bruder, der ein Metallgehäuse als Kühlkörper mit bringt:
http://www.visaton.de/de/chassis_zub...hoer/lc95.html

Visaton hat zu diesem Thema bereits ein gut verständliches Regelwerk geschrieben, was meine Erzählung als Summe zusammenfasst:
http://www.visaton.de/de/techn_grundlagen/ohm.html

Wer selber Widerstände wickeln möchte, findet allerhand Widerstandsdrähte unter den Namen Konstantan oder Manganin.
Auch die Schneidedrähte für Styroporschneider sind eine Art Widerstandslegierung.
http://de.wikipedia.org/wiki/Konstantan
http://de.wikipedia.org/wiki/Manganin
https://www.google.de/#q=styropor+schneidedraht

[derjan]

Jetzt wo man sieht, dass andeutungsweise eine Spule im Keramikwiderstand steckt, wäre es ja mal spannend die Induktivität zu messen.

Links, Dos und Donuts sind willkommen.

Auf das alte Betriebssystem verzichte ich, aber was zu essen ist immer gut. :-)

[walwal]

[quote="Mwf (Beitrag #11)"]

Hallo Michael,
wenn Du die Möglichkeit hast, dann mess mal bitte nach. Würde mich sehr interessieren.

Meine Erinnerung war richtig:

MOX -- praktisch nicht messbar, auch mit 10 kHz nicht, also nur wenige nH (nanoHenry), z.B. 0.005 µH

normale Draht-R´s ("Keramik") --
a) schlechtere, typisch: 0.2 µH + 0.1 µH pro Ohm; Beispiel: 3.3 Ohm ca. 0.5 µH; 22 Ohm ca. 2 µH
b) es gibt auch zufällig (?) bessere, v.a. bei den kleinen 5 Watt-Ausführungen z.B. 22 Ohm noch unter 1 µH, und kleinere Werte kaum meßbar.

Fazit:
Für Passiv-Filter Anwendungen im Audiobereich sind selbst einfache Draht-Widerstände schon jenseits von gut und böse (-3 dB >100 kHz).
Und Metalloxid der pure Luxus.
Die Eigeninduktivität der LS-Kabelverbindung sowie der Endstufe selbst werden in der Praxis auch gegenüber Draht-Rs dominieren.

Quelle Hifi-Forum

Und auch hier:

http://www.visaton.de/vb/showpost.ph...35&postcount=6

Fazit: kann man vergessen.

[Anselmo]

RDC und Impedanz

Das Wort Impedanz ist auf jeder Lautsprecherbox zu finden und wird dauernd im Zusammenhang mit Widerstand benutzt.
Um die Impedanz zu erklären, fängt man ein kleines Stück davor an: mit dem Gleichstromwiderstand RDC.
Visaton beschreibt die Impedanz in drei Sätzen:

Die Impedanz, in Ohm, ist der frequenzabhängige Widerstand eines Bauteils oder Systems. Besitzt ein System komplexe Elemente, z.B. Spulen, Kondensatoren oder deren Äquivalente aus Mechanik oder Akustik, ist der resultierende Widerstand frequenzabhängig. Der Gleichstromwiderstand ist dabei stets Bestandteil der Impedanz.

Visaton gibt bei allen Selbstbauchassis den RDC an.
Die Impedanz findet man meistens weiter unten in einem Diagramm zum Chassis, welcher auch aussagekräftig beschriftet ist.
Auch in den Diagrammen zu den Projekten und auch in Boxsim wird die Impedanz immer sauber skaliert angezeigt.

Manche andere Hersteller benutzen ungültige, veraltete Normen oder lassen eine Skala einfach komplett weg, was falsche Eindrücke vermittelt. Da heißt es aufpassen.


Bei einer Schwingspule wird der Widerstand R als RDC genannt, weil nur im unbewegten Zustand der Widerstand sich "ruhig" verhält.
DC, das Kürzel für directive current, in deutsch Gleichstrom, besagt, dass der Widerstand R einer Schwingspule nur an einem Ohmmeter im UNBEWEGTEN Zustand angezeigt werden kann.
Daher heißt RDC auch Gleichstromwiderstand.
Für den Widerstand in der Schwingspule herrscht zunächst ein gleicher Zustand wie in einer Frequenzweichen-Spule.
Doch nun kommt Bewegung in die Sache:
Sobald eine Schwingspule im Magnetfeld bewegt wird, also sobald Musik über die Boxen läuft, fließt ein Wechselstrom AC (alternating current) durch die Schwingspule und so ändert sich der Widerstandswert beachtlich.
Durch das Schwingen im Magnetfeld herrschen neuartige Bedingungen und Kräfte, die überaus schwierig zu erklären sind.
Das sollte doch besser einem Ingenieur überlassen werden.
Es gibt viel weiterführende Information hier im Forum.
So gelangt man allerdings zur Impedanz:
Denn einer dieser verrückten Effekte ist der schwingungsabhängige Widerstand mit dem Namen Impedanz.
Die Impedanz, gemessen in Ohm, hat aber das Kürzel Z und findet sich immer als Angabe bei den technische Daten aller Lautsprecherboxen.
Die Impedanz ist in Ihrer Eigenschaft als Wechselstromwiderstand abhängig von der zugeführten Frequenz:
Das heißt, sie ändert sich andauernd.
Hauptsächlich werden Lautsprecher mit den Normen 4 Ohm und 8 Ohm angeboten, es gibt aber inzwischen allerlei Wildwüchse mit anderen Werten auf dem Markt. Vor allem im Car-HiFi-Bereich sind Lautsprecher mit 3 Ohm oder nur 2 Ohm nicht mehr selten.

Die Impedanz ist normalerweise der Widerstands-Wert, der mit einer Toleranz von 20 % nicht unterschritten werden darf. Das heißt, diese Angabe ist der MINDESTWERT der Impedanz, minus 20 % Toleranz, also 3,6 Ohm oder 6,4 Ohm bei 4 und 8 Ohm Boxen.

Hier wird es langsam schwierig, weiter zu erklären, denn nun kommen neuartige Parameter hinzu, deren Erörterung eine Doktorarbeit nötig macht.

Wenn man sich an einen Bauvorschlag hält, gibt es diese Probleme nicht, denn der Ingenieur von Visaton hat auf all diese Werte aufgepasst. Wer sich traut, dahingehend selber was zu entwickeln, wird mit weiterführender Lektüre im Forum reichlich fündig.

Als einzige theoretische, letzte Überlegung ist noch die Impedanzüberhöhung bei höheren Frequenzen zu erwähnen, denn wenn diese ausartet, kann die Frequenzweiche nicht mehr richtig funktionieren. Da gilt es ebenfalls noch vieles zu lernen. Glücklicherweise hat Visaton auch dieses Problem längst erkannt und gelöst: Man hat einen Kupferring konstruiert, welcher in der Schwingspule auf dem Magnetpol sitzt und den Impedanzanstieg bei problematischen Lautsprechern reduziert.
Dazu steht im Visaton-Lexikon:

"Die Induktivität der Schwingspule verursacht einen Impedanzanstieg mit steigender Frequenz. Der Impedanzkontrollring verhindert diesen Effekt. Er besteht aus einem geschlossenen Kupferring, der auf den Polkern geschoben wird. Bei hohen Frequenzen transformiert die Schwingspule einen Teil des Wechselstroms auf den Ring, der als Sekundärwicklung mit nur einer Windung wirkt. Dieser herübertransformierte Strom geht zwar als Wärme verloren, die Impedanz wird aber auf dem Nennwert gehalten."

[albondiga]

RMS heißt einfach quadratischer Mittelwert - hier halt für die Leistung (über den gewünschten Frequenzbereich via rosa Rauschen).
http://de.wikipedia.org/wiki/Quadratisches_Mittel

[Anselmo]

Danke albondinga, dann kann man sich über die Formel zu RMS informieren.

[krabat]

... im Car-HiFi-Bereich sind Lautsprecher mit 3 Ohm oder nur 2 Ohm nicht mehr selten. Je geringer dieser Mindestwert, umso mehr Strom kommt vom Verstärker; man könnte meinen das ist gut so. Aber mit mehr Strom werden Schwingspule und Verstärker im wahrsten Sinn des Wortes verheizt, wenn diese Teile nicht speziell dafür konstruiert wurden.

Anselmo, die teile sind immer, weil automatisch speziell konstruiert. auch wenn die teile aus china kommen, wenn der schwingspulenwiderstand gering ist, verheizt der strom entsprechend weniger energie, und alles ist im lack:

heizenergie ~ 1/wirkungsgrad * strom^2 * widerstand

ein "anfänger" könnte verwirrt werden, deshalb dieser kleine hinweis.

die erwärmung von widerständen hängt vom wärmefluss nach aussen ab, mithin zuerst einmal von der oberfläche des widerstandselements, dann vom material der passivierung, und sogar von der farbe - kein ulk! die wärmekapazität wiederum ist entscheidend für die reaktion auf sehr kurzfristigen energieumsatz.

aber auch das material des widerstandselements selbst ist von entscheidender bedeutung. der verlauf des spezifischen widerstandes über temperatur ist mal mehr mal weniger steil, manchmal sogar ziemlich krumm, oder sprunghaft. es gibt stoffe und aggregatzustände mit negativem temperaturkoeffizienten! halbleiter, plasma (verdampfende schwingspulen) zum beispiel ...

auch zu diesen themen gab es hier - also genau hier!, schon andere aussagen. die linie zwischen aufklärung und einer neigung zur verwirrung ist schmal. ich finde es weniger lustig, wenn nicht "diskutiert" werden soll. denn jenseits von "wissenschaft" etc ist einiges doch - zumindest verwirrend formuliert.

vieleicht wäre nützlich, zunächst einmal zu ende zu experimentieren, und dann die ergebnisse zusammenzufassen. wenn noch ein kollege die sachen durchsieht, wirds noch besser, versprochen. immerhin wird das zu einer angelegenheit, die sich VISATON (der neue moderator?!) mit auf die fahnen schreibt, weil das thema angepint ist ...

... ich hoffe das war jetzt nicht zu sehr "durch die blume", o/k?

[Anselmo]

Danke krabat,
ein guter Hinweis. ich habe die Mutmassungen enntfernt und die Beitäge etwas gekürzt. Ist jetzt etwas besser hoffe ich.

[krabat]

... und die verstärker ja passend konstruiert sind.
...
noch ist das thema in der bearbeitung, wenn es dann geschlossen wird, macht visaton sicherlich eine durchsicht ...

nicht (nur) die verstärker sind korrekt konstruiert, sondern auch die lautsprecher, ob 16..8..4..2ohm. auch 0,1 ohm lassen sich vernünftig treiben. die ingeneure wissen schon, was sie tun. kurz, knapp und trotzdem nicht übellaunig glaube ich nicht, dass nach der durchsicht viel übrig bleibt, es sei denn, man macht sich eine arbeit damit, die über das eben mal selber schreiben weit hinausgeht.

gerade "für anfänger" sollte eine straffe, richtige, und auf dauer verlässliche darstellung gewählt werden, die nur mit einer gehörigen übersicht und erfahrung (in eigener arbeit und in der lehre) zu schaffen ist. meinst du, du bist der richtige dafür? aber davon mal ab, was hindert dich daran, die sachen erstmal im hintergrund zusammenzutragen, durchzusehen, mit vertrauten zu besprechen, statt das alles ins unreine gleich im internetz zu publizieren - noch dazu mit "keine diskussion" und "angepint"? ich verstehe deine begeisterung, kann sie aber leider nicht teilen. als anfänger bin ich doch eher üppig verwirrt!!!

[Anselmo]

Krabat, ich beherzige Deinen Ratschlag.
ich habe meine Beiträge überarbeitet. Danke.

[krabat]

Ein Tutorial für absolute Beginner zu den LCR hat hier die ganze Zeit gefehlt.

das tutorial ist kurz: "bau' ein was du geliefert bekommst!"

das richtig zu tun ist bekanntlich für anfänger schon schwierig genug.

will dann noch jemand eine "zweite meinung", etwa zu wunder-(spulen/widerständen/kondensatoren) kann er/sie/es ja gezielt nachfragen. üblicherweise wird man zurückfragen: wozu?! wenn dann die antwort lautet, dass es zb ein riesiges problem ist, wenn der draht nicht aus einer goldsilberlegierung besteht, weiss man schon, wer dem armen tropf die schwere neurose - eingeredet hat. entweder es gelingt, die genussfähigkeit wiederherzustellen, oder nicht ... dabei ist meiner ansicht nach das mittel der wahl nicht der - notwendigerweise, laienhafte versuch, die technische funktion im einzelnen zu erklären. er würde wegen beiderseitiger unsicherheiten die unsicherheiten nur vergrößern. vielmehr muss dem verstörten menschen ein eher psychologischer weg aus der krise angeboten werden, und das meine ich bei aller plattheit doch ernst.

nicht zuletzt ist die produktion von neuen problemen und den kommerziell darauf abgestimmten warenangeboten derartig kreativ, weil relativ viel geld drinsteckt, dass eine vorwegnahme der rationalen therapie durch aufklärung nicht gelingt. es heisst ja: "ein system kann nicht idiotensicher gemacht werden, weil idioten sind so schlau!" (aus der software branche).

wenn die absicht aber ist, einfach nur verständnis aus spass an der freude zu fördern, dann sollte man sich meiner meinung nach an den kanon der elektrotechnik halten. man fängt mit I=U/R an ... und kommt erst viel später zu ingenieurstechnischen spezialitäten wie mox versuus draht. ohne I=U/R geht nichts, wie das beispiel mit den kfz-hifi-dingen gezeigt hat.

so, das war's

[Anselmo]

Einbau von Widerständen

Ein Widerstand, der sich nicht deutlich erhitzt, wird einfach mit einem Kabelbinder auf dem Weichenbrettchen befestigt.
Dazu wird am gewünschten Befestigungsort rechts und links, mit etwas Abstand, je ein Loch gebohrt, wo einfach ein Kabelbinder hindurch passt.
Meistens spart man sich aber diese Arbeit, weil der Widerstand leicht genug ist, um nur durch seine Anschlussdrähte gehalten zu werden.
Auf vielen Fotos ist zu sehen, dass den Widerständen kein weiterer Halt zugestanden wird. Besonders bei Solchen, die unter hoher Wärmeabgabe stehen, sollte auf den Kabelbinder verzichtet werden, weil er verschmoren könnte.

Heißleim ist hier keine gute Befestigungs-Idee, weil der Leim durch die Wärmeabgabe am Widerstand abschmelzen wird.
Die Industrie benutzt daher hitzefeste PUR-Leime.

Dämpfungsmaterial hat in der Nähe von erhitzten Widerständen ebenfalls nichts zu suchen.
Nach kurzer Suche fand ich diese Fotos in einem anderen Forum:
http://www.google.de/imgres?biw=883&...,r:7,s:0,i:105

Vor der Befestigung müssen oftmals die Anschlussdrähte abgebogen werden.
Dabei muss man aufpassen, dass der Draht nicht zu dicht am Widerstandsgehäuse abgewinkelt wird, denn die Keramik könnte brechen oder der Lack könnte splittern.
Deshalb wird mit einer Spitzzange der Draht nahe am Gehäuse unterstützt und erst dann abgebogen.
Weil das Maß der Abstände der Bohrungen für die Drähte länger wird, muss man von vorne herein mit diesen größeren Abständen rechnen.

Wenn nach erfolgreicher Eigenkonstruktion ein Widerstand an seine Grenze der Wärmeabgabe - durch vorheriges Berechnen - reicht, sollte man den Widerstand besser höher legen. Dazu wird der Draht mit der Spitzzange nochmals abgewinkelt, wie auf dem letzten Foto zu sehen.
Nun liegt der Widerstand nicht mehr auf dem Brettchen auf; dann kann auch nichts schmoren und der Widerstand kann an allen Seiten Wärme abstrahlen. Eine Befestigung mit einem Binder ist so aber nicht mehr möglich, weshalb die Anschlussdrähte ausreichend fixiert werden müssen. Solch kritische Anordnung sollte man aber besser vermeiden, indem man das Projekt ändert.

Am besten lassen sich solche Probleme vermeiden, wenn man sich an die Vorgaben eines Visaton Bauvorschlags hält. Wer sich nicht der Frustration durch einen missglückten Weichenbau opfern will, findet fertige, hochklassige Weichen zu offiziellen Bauvorschlägen: http://www.visaton.de/de/chassis_zub...ege/index.html