Wirkungsgrad bei Reihen/Parallelschaltung?

[St. Jimmy]

Also ich hätte da mal ein Problem.
Vorneweg, ich weiß nicht, ob ich hier damit richtig bei, es scheint mir aber so.
Im Musikerboard gibt es zur Zeit eine Diskussion, ob Gitarrenboxen mit mehr Lautsprecher drin lauter sind(=höherer Wirkungsgrad) als welche mit nur einem, gleiche Chassis vorrausgesetzt.
Aus meine Erfahrungen mit Boxsim und meinen Physikkenntnissen habe ich mal folgendes geschlossen:

Soweit ich weiß, liefert der Verstärker erst mal keine definierte Leistung in Watt, sondern eine Spanung U. Durch die Impedanz wird die Leistung dann bestimmt und auch die Stromstärke I.Wenn ich also einen LS habe, der mit 90dB/1W/1m 8Ohm angegeben ist, bedeutet das eigentlich 90dB/2,83V/1m 8Ohm.
Ich lege also 2,83V an und nicht 1W. Wenn ich nämlich einen LS mit 4Ohm hätte, wären das schon 2W.
1.Frage: Da der Wirkungsgrad meistens mit db/w/m angegeben wird, werden 4Ohm LS dann mit 1,41V gemessen?
Ich lege 2,83V an den 8Ohm LS an, die Stromstärke ist daher 0,35A

Was passiert jetzt aber bei mehreren LS, z.B. 2?

1. Schaltung parallel:
Wir gehen wieder von dem oben beschreibenen 8Ohm-LS aus, davon 2.
Beide bekommen 2,83V.
Die Gesamtimpedanz halbiert sich auf 4Ohm.
Igesamt ist daher 0,7A.
Das teilt sich auf beide LS auf, beide bekommen also 0,35A.
Die Schwingspule wird von der Lorentkraft angetreiben, also ist nur I interessant.
2.Frage: Wie verändert sich dadurch der Wirkungsgrad und warum?
Meine Erfahrung mit Simulationen sagt mir, dass er um 6dB steigt.

2.Schaltung seriell:

Wir gehen wieder von dem oben beschreibenen 8Ohm-LS aus, davon 2.
Beide bekommen 1,41V.
Die Gesamtimpedanz verdoppelt sich auf 16Ohm.
Igesamt ist daher 0,088A.
Diese bekommen beide LS.
3.Frage: Wie verändert sich dadurch der Wirkungsgrad und warum?
Meine Erfahrung sagt mir, dass der Wirkungsgrad unverändert bleibt.

Kann mir jemand diese Fragen beantworten?

Die Antwort war dort, dass der Wirkungsgrad immer mit 1W gemessen werde und dass er sich durch die Verschaltung nicht ändere.
Nur kann ich das mit mit meinen Beobachtungen in Boxsim nicht vereinbaren außer wenn der Wirkungsgrad wirklich immer mit 1W gemessen wird, d.h. mit der dafür passenden Spannung. Boxsaim simuliert aber doch immer mit 2,83V, was ja 1W bei 8Ohm entspricht.

Nun simuliere ich eine Box mit 8Ohm-Chassis und erhalte ein Impedanzminimum von 4 Ohm. Kann ich dann den Wirkungsgrad nicht aus Boxsim ablesen, da ja bei 2,83V und 8Ohm 2W anliegen?

Ich würde mich wirklich über eine ausführlich Erklärung freuen, gerne auch über Links zu erklärenden Seiten, um dieses Verständnisproblem zu lösen, man will ja nicht dumm sterben.

[UweG]

Erstmal zu deiner Bestätigung:
1. Parallel- oder Reihenschaltung ändert nichts am Wirkungsgrad, nur am Schalldruck pro Spannung.
2. Boxsim simuliert immer mit 2,83V (außer man verdreht die Verstärkung im aktiven Filter).


Nun zu deinen Fragen:

zu 1) Nein, bei 2V, denn 2V lassen 0,5A fließen und das gibt ein Watt. Hier muss aber erwähnt werden, dass die Messungen der Chassis für Boxsim immer bei 2,83V durchgeführt werden, deshalb sind die 4-Ohm-Chassis lauter.

zu 2) und 3) Der Wirkungsgrad steigt um 3dB, wenn zwei identische Chassis eingesetzt werden. Voraussetzung hierfür ist allerdings, dass erstens die Gehäusegröße mit der Chassisanzahl entsprechend mitwächst und zweitens der Schall beim Hörer mit gleicher Phase ankommt. Im Bass ist das in jeder Richtung so, zu höheren Frequenzen hin wird der Bereich, für den das zutrifft, immer kleiner. Genau genommen darf sich auch die Schallwandgröße nicht ändern.
Der Grund für die Wirkunsgradsteigerung ist der verdoppelte Strahlungswiderstand. Veranschaulichen kann man das z. B. so, dass man sich eine (geschlossene) Box vorstellt, die mit einer bestimmten Spannung betrieben einen bestimmten Schalldruck bringt und dazu z. B. 1mm Hub macht. Für den doppelten Hub muss man den doppelten Strom verursachen, also auch die Spannung verdoppeln, was der 4-fachen Leistung entspricht. Hierbei wird auch tatsächlich der doppelte Schalldruck erzeugt, also die 4-fache Schallleistung abgestrahlt.
Verwendet man stattdessen eine zweite Box in unmittelbarer Nähe der ersten (Phasengleichheit, s. o.), so genügen 2 Watt für 2mal 1mm Hub, was den selben Schalldruck und die selbe Schallleistung erzeugt wie 1x2mm Hub.

[St. Jimmy]

1. Parallel- oder Reihenschaltung ändert nichts am Wirkungsgrad, nur am Schalldruck pro Spannung.

Der Wirkungsgrad steigt um 3dB

Meinst du jetzt beim 2. den Schalldruck pro Spannung oder den Wirkungsgrad pro Watt?
Boxsim zeigt also keinen Wirkungsgrad an, sondern nur den Schalldruck bei 2,83V, 8 Ohm LS ausgenommen?

Für den doppelten Hub muss man den doppelten Strom verursachen, also auch die Spannung verdoppeln, was der 4-fachen Leistung entspricht. Hierbei wird auch tatsächlich der doppelte Schalldruck erzeugt,

Heißt doppelter Schalldruck +6dB?
Mir war bisher die Faustformel bekannt +6dB=10fache Leistung oder verwechsle ich da etwas?
Oder gilt dei Fuastformel nur, weil die idealen Bedingungen in der Praxis nie auftreten?


Ansonsten habe ich es jetzt glaube ich verstanden, vielen Dank.

[UweG]

Wirkungsgrad bezieht sich für mich auf Schallabgabe pro Watt. Boxsim zeigt keinen Wirkungsgrad an, sondern Schalldruckpegel pro 2,83V, egal an welcher Impedanz. Bei 8 Ohm sind das halt zufällig 1 Watt.

Der Wirkungsgrad steigt um 3 dB, wenn zwei gleiche Chassis statt einem verwendet werden. Diese Aussage ist unabhängig von Parallel- oder Reihenschaltung. Bei der Parallelschaltung steigt der Schalldruck an gleicher Spannung um 6 dB (= 4fache Schallleistung) und die Stromaufnahme steigt auf das Doppelte. Bei der Reihenschaltung halbiert sich die Stromaufnahme und der Schalldruck pro Spannung bleibt trotzdem gleich, also auch hier 3 dB Wirkungsgradsteigerung.

Doppelter Schalldruck heißt + 6dB oder auch Leistungsvervierfachung. Das ist bis auf ein paar Rundungen Physik. Manchmal wird im Zusammenhang mit doppelter gefühlter Lautstärke von 10-facher Leistung gesprochen. Damit kann ich allerdings nichts anfangen. Für mich gibt es ein doppelt so laut ebenso wenig wie doppelt so schön oder doppelt so dunkel.

[St. Jimmy]

Ok, wunderbar, mit so einer Erklärung kann ich gut leben.
Physik ist schön, vor allem, wenn sie einem solche Probleme lösen kann.

Für mich gibt es ein doppelt so laut ebenso wenig wie doppelt so schön oder doppelt so dunkel.

Schöner Satz, ich glaube, den werde ich noch öfters zitieren.
Vielen Dank!

[maha]

Frage:
Gilt das mit der Wirkungsgradverdoppelung immer?

maha

[UweG]

maha hat mal wieder einen wunden Punkt entdeckt . Natürlich gilt das nicht immer, ich habe da etwas vereinfacht. Es gilt nur so lange, wie der Strahlungswiderstand noch keine nennenswerten Rückwirkungen auf das Chassis verursacht, der Gesamtwirkungsgrad also noch relativ klein ist. Ich habe dazu keine exakten Zahlen parat, aus einem früheren Thread meine ich aber mich zu erinnern, dass ab knapp 100 dB/W/m mit einer gewissen Ungenauigkeit zu rechnen ist und um 110 dB/W/m wird die Rechnung schlicht falsch.
Außerdem muss, wie oben schon erwähnt, vorausgesetzt werden, dass das Signal beider Strahler beim Hörer gleichphasig ankommt.

[Onetime]

…interessant ist hier noch das Dokument unter „Forum -> Lautsprecher mit Doppelschwingspulen“. Hier hat Visaton Messungen an einem Doppelschwingspulen Bass, mit gleicher Eingangsspannung (2,83V) gemacht.

Parallele Spulen: Wie erwartet +6dB (im Vergleich zu einer Spule)
Reihe + Einzelspule: Gleicher Schalldruck!!!

(im unteren u. oberen Bereich Abweichungen durch geänderten Qts und Induktivität).
Dies erklärt sich gut, wenn man bedenkt, das in Ersatzschaltbildern der Schalldruck aus B*L*I hergeleitet wird. Man sieht(TSP), das bei einer Reihenschaltung sich der B*L Wert verdoppelt ( B bleibt im Luftspalt gleich, L verdoppelt sich durch die Reihenschaltung). Dies gleicht den Pegel trotz halbem Stromfluss aus. Da ja die Membranfläche gleich geblieben ist, sollte ein geänderter Strahlungswiderstand hier nicht mitspielen. Welchen Effekt die Membranverdopplelung durch die Verwendung von 2 gleichen Chassis hat wäre interessant zu messen. Ich befürchte aber, das hier vom Pegel her nichts hinzu kommt.
Das mit der Strahlungskoppelung mehrerer Membranen bleibt mir weiterhin nebulös…

Gruss
Onetime

[UweG]

@Onetime: Das Dokument ist zwar interessant, beschreibt aber einen anderen Fall. Im Falle der Doppelschwingspule ändert sich am Strahlungswiderstand absolut nichts. Die Wirkungsgradreduzierung im 4-Ohm-Betrieb beruht hier darauf, dass sich die T/S-Parameter ändern, was sich ja auch im geänderten Frequenzgang wiederspiegelt.
Hätte man zwei Einzelchassis mit je 4 Ohm würde man zwar auch am Einzelchassis einen 3 dB niedrigeren Wirkungsgrad als bei Reihen- oder Parallelschlatung der beiden messen, aber bei gleichem Frequenzgang (bis auf den Pegel) und mit nur halb so großem Gehäuse (weil's ja nur ein Chassis ist).

[Onetime]

... so weit OK. Was ich herausstellen wollte ist, dass der Pegel bei dem Fall 1 Spule 4Ohm und der Reihenschaltung (2*4Ohm= 8 Ohm) gleich bleibt (trotz reduziertem i) (bis auf den Bereich um Fs durch geändertes Qts). Mir ging’s mehr um die Betrachtung welcher Pegel bei konstanter Spannung. Watt mäßig besteht natürlich der Unterschied.
Oft wird der gleiche Effekt bei Reihenschaltung 2er Chassis diskutiert (wie ändert sich der Pegel wenn ich 2 in Reihe schalte?). Hier wird oft angemerkt, das der reduzierte Stromfluss durch eine "Strahlungskopplung" der Membranflächen kompensiert wird. Mir scheint das B*L hier der entscheidende Faktor zu sein. Wenn man 2 Einzelchassis in Reihe TSP vermisst (als einen neuen Lautsprecher behandelt), sollte B*L auch doppelt so groß sein (gleicher Effekt wie bei der Doppelschwingspule). Der Antrieb des „Doppellautsprecher“ wird stärker. Der Strom sinkt um die Hälfte, B*L verdoppelt sich = gleicht sich aus. Mir ist nicht klar, was eine Strahlungskopplung zusätzlich beiträgt.
Wenn das so ist, heißt das: Durch Reihenschaltung bleibt der Pegel gleich, bei reduzierter Leistung. Würde man nun etliche Chassis in Reihe schalten, würde sich der Leistungsbedarf immer weiter reduzieren. Wäre doch interessant, die Messungen wie mit dem Doppelschwingspulen Bass durchgeführt, mit 2 oder 4 gleichen verschalteten Chassis zu machen.

Onetime

[maha]

Onetime.

Der Antrieb des „Doppellautsprecher“ wird stärker. Der Strom sinkt um die Hälfte, B*L verdoppelt sich = gleicht sich aus. Mir ist nicht klar, was eine Strahlungskopplung zusätzlich beiträgt.

Welcher Zaubertrick steckt hinter der Bl-Verdopplung? Fürchtet sich das Chassis vor seinem Partner, dass es den Spaltfluß verdoppelt? Oder ist das Bl-Verdoppeln eine vom Ersatzschaltbild aufgezwungene Krücke?
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2 Chassis in Serie: Halber Strom --> halbe Ampleistung
2 Chassis in Serie: gleichlaut wie das Einzelchassis an gleicher Spannung.
--> identer Output bei halbem Input
--> doppelter WG.

Gruß, maha

[SvenT]

bei einem doppelschwingspulen-bass muss BxL natürlich doppelt so groß werden, wenn man statt einer schwingspule alle beide verwendet

wo ist das das logische problem???

BxL heißt eben: Magnetische Flussdichte mal länge des sich im magnetspalt befindlichen Schwingspulendrahtes

[Onetime]

@ maha
Wie Diabolo angemerkt hat. Der Strom muss sich durch die doppelte Länge der Schwingspule quälen. B bleibt natürlich gleich.

Gruss

[maha]

Das sind doch Haarspaltereien. Aber das EB will es so.

maha

[geist4711]

hallo leute,
eine sache möchte ich bei dem ganzen rechnerei um wirkungsgrade etc., nicht unerwähnt lassen.
sollte man nämlich eine röhrenendstufe vor sich haben, wo die LS dran spielen, sieht die sache schon etwas anders aus.
bei röhren-endstufen, hat der übertrager(falls es kein OT-konstruktion ist) mehrere abgriffe mit verschiedenen ausgangs-impedanzen, was bedeutet, das die ausgangsleistung, angepasst an den jeweiligen ausgangs-widerstand, immer gleich ist .
das nunwieder hat zur folge, das zum einen an einem röhren-amp 4ohmLS nicht lauter sind als 8-öhmer, und zum anderen bei reihen bzw parallel-schaltung, der wirkungsgrad 'nur' um 3 db anstiegt(2 chassis eben), unabhängig von der verschaltung.
mfg
robert