Boxen, Widerstand und Endstufen

[Martin Hofmann]

hier habe ich mal ein Frage eines österreichischen Kunden gepostet. Vielleicht findet sich ja jemand, der grad Zeit hat die Fragen zu beantworten, ich bin z.Zt. im Stress... wäre nett von Euch

Hallo!

Wie hängt der widerstand zwischen box und endstufe zusammen?
was darf höher sein, wie hoch ist die gefahr, dass die geräte schaden nehmen??
wenn insgesamt 4*300 W bei 8 Ohm beschallung auf 2*500 W bei 8 Ohm der Endstufe zusammentreffen, wie wären die umstände, die qualität und die sicherheit für die geräte???

Es sind ausführliche fragen, ich hoffe, sie können mir helfen!

Mfg L.

 

[EDE-WOLF]

1. Wie hängt der widerstand zwischen box und endstufe zusammen?
Je geringer der frequenzabhängige widerstand einer box (genannt: impendanz), desto mehr leistung gibt die endstufe ab! Nun ist es so, dass alle endstufen eine gewisse mindestimpendanz benötigen (je nach endstufe normalerweise 2 oder 4 ohm, im Brückenmodus 4 oder 8Ohm)
verdoppelt man die impendanz, so halbiert sich ca die leistung (manchmal verliert man auch nur ca. 30% der abgegebenen leistung! wird die impendanz zu gering, so führt dies zur beschädigung der endstufe oder diese hat einen entsprechenden schutzmechanismus und schlatet sich ab! Mit geringerer impendanz erhöht sich zudem die hitzentwicklung, was dazu führen kann die die endstufe nach einigen stunden theromisch überlastet ist und auch hier schaden nimmt oder abschaltet!

2. was darf höher sein, wie hoch ist die gefahr, dass die geräte schaden nehmen??
man kann davon ausgehen, dass die endstufe ca. 50% mehr leistung haben kann, ohne dass die lautsprecher schaden nehmen! dies hängt mit dem so ganannten "crest-faktor" zusammen, dies zu erklären ist etwas zu komplex, kurz gesagt: crestfaktor ist die differenz der lautstärkemaxima und der lautstärkeminima in einem audiosignal! da nun einige musikstücke bspw. 3db (bei komprimierter CD-musik) crest-faktor haben, liegen im mittel bei einer 500watt endstufe eben nicht 500 watt an sondern nur noch ca. 250 (eine verdoppelung der leistung bedeutetn 3db mehr schalldruck)! um zu verhindern, dass endstufen bei zu hohem crest-faktor übersteuern, nimmt man größere endstufen, die die pegelspitzen noch sauber verarbeiten können!
kann sie dies nämlich nicht, übersteuert sie, diesen effekt nennt man "clipping"! in dem fall wird den lautsprechern gleichstrom zugeführt, der sie beschädigt! der lautsprecher schwingt in diesemfall nicht (wie bei wechselstrom=verstärktes audiosignal), sondern wird mit hoher kraft nachg vorne oder hinten gezogen, was zu mechanischer beschädigung/zerstörung führt!

3.wenn insgesamt 4*300 W bei 8 Ohm beschallung auf 2*500 W bei 8 Ohm der Endstufe zusammentreffen, wie wären die umstände, die qualität und die sicherheit für die geräte???
wenn es sich bei allen angaben um die s.g. "RMS-werte" handelt, dann ist die kombination unbedenklich! clipping der endstufe muss halt eben verhindert werden (meist rote LEDs an der endstufe, blinken diese auf, so sollte die endstufe "runtergedreht" werden!
handelt es sich bei den leistungsangaben nicht um "RMS" sondern um andere angaben, so muss man wie folgt rechnen:
angabe PMPO: ca. faktor 100! also: 1000 watt sind echte 10 watt!
angabe Programm/musikleistung: ca. Faktor 2: 1000watt sind echte 500
angabe Maximal/impuls: ca. faktor 4: 1000watt sind echte 250!
zudem sollten sich eine box nicht unnötig mit bass versorgen, da auch dieses schnell bei falschem einsatz zur zerstörung der teile führen kann!

insgesamt kann man sagen:
endstufe um ca. 50% größer dimensionieren als die boxen!
clipping verhindern (immer mal wieder die endstufe im auge halten)
gegebenenfalls "Limiter" einsetzen (verhindern bei richtiger einstellung das clipping)


Ich hoffe das hilft dir martin!!
Gruß
ALex

 

[Norbert]

Hallo Ede-Wolf,


ich habe Deine Ausführungen mit Interesse gelesen.

Alles soweit o.k. und gut und wirklich verständlich geschrieben. Allerdings habe ich zu 2. "Clipping" doch mal 'ne Frage, weil das hier immer wieder durchs Forum geistert.
Ich möchte Dich nicht pers. angreifen oder Lehrer spielen, nur hatte ich leider früher nie Zeit darauf mal was zu schreiben oder nachzuhaken (einen muß es ja treffen).

Beim Clippping ist mir nicht klar, warum der Speaker Gleichspannung abbekommen sollte.

MEINE Begründung: beim Clipping "steht" der Amp mit dem Signal an en Railspannungen "an", d.h. ein Sinus am Eingang kommt nicht merh als Sinus raus sondern hat mehr oder weniger die Spitze abgeschnitten, im Extremfall wirds ein Trapez oder Rechteck.

Folge:
a) Hochtöner stirbt, weil indirekt die Leistung im Hochtonbereich durch die Verzerrungsprodukte und zusätzlichen Oberwellen enorm steigt (auch bekannt, hat nie jemand in Abrede gestellt)
b) es hört sich grausam an
c) Baßspeaker stirbt nicht, (behaupte ich hier mal) weil außer einer evtl. höheren Leistung im Grundtonbereich die verzerrte Leistung im Hochtonbereich sowieso durch die Spule in der Frequ.-weiche abgefangen wird.

Aber: es betrifft ja die positive und die negative Halbwelle; beide werden gekappt. Die Leistung steigt, weil ja das Signal nicht mehr sinusförmig ist und im Extremfall ein Rechteck ist (mit einem Oszilloskop sieht man es sehr deutlich. Das Ganze muß man ja nicht mit seinem feinen Hifi- oder PA-Amp und guten Speakern ausprobieren, eine kleine Endstufe an einem Lastwiderstand verhält sich im Prinzip genauso).
NUR: woher soll Gleichspannung kommen, wenn das an der pos. und neg. Halbwelle geschieht?????
(Ich gehe davon aus, daß der Amp in Ordnung ist, die Spitzen + und - gleichmäßig gekappt werden).
Theorie und Praxis laufen hier parallel, ich habe es auch reproduzierbar mit versch. Amps und Meßgeräten (Fluke, Hameg, Tektronix usw.) ausprobiert - keine Gleichspannung zu finden.

Das was Du beschrieben hast, daß die Speaker mit großer Kraft nach vorne und hinten gezogen werden (besonders bei Röhrenamps zu bebachten) rührt imho daher, daß billige Schaltungen im derart übersteuerten Betrieb nicht mehr stabil sind oder sich wegen Unsymmetrien in der ganzen Schaltung die Arbeitspunkte verschieben und der Amp im Infraschallbereich anfängt zu pumpen. Man hörts nicht, aber wundert sich über defekte Membranaufhängungen, klemmende VC's etc.
(Diese Infraschallfrequenzen, die dadaurch im Amp entstehen und den Speaker "morden" werden i.d.Regel von den Protections nicht abgefangen. Infraschall von außen fängt ja hoffentlich der low-cut ab).

DAS ist MEINE Erklärung, wie man durch übersteuerte Amps Speaker schrotten kann ("

Einen Hochtöner kannst mit Gleichspannung nicht "schießen", weil im Prinzip immer ein C davorhängt (außer in aktiven systemen mit eigenem Amp für den Hochtöner; der Amp ist aber dann hoffentlich limitiert und hat normalerweise DC-Protection, falls Endtransistoren defekt werden).


So das ist meine Erklärung. Ist zwar fast ein wissenschaftlicher Aufsatz geworden. Wenn ich Käse geschrieben habe laßt es mich wissen oder zerreißt mich in der Luft....

Viele Grüße


Norbert

 

[EDE-WOLF]

du hast vollkommen recht!
das geschriebene stimmt nicht ganz!
ja díe oberwellen nehmen zu und das befördert die HTs ins jenseits! echte gleichspannung ist es wahrscheinlich wirklich nicht! (bin kein elektroniker, du wirst mehr ahnung haben als ich)
aber man merkt auch dass bässe bei clippenden amps mehr huben! (was ja auch sehr niedrige frequenzen (gleichspannung?) schließen lässt!
also wie gesagt! du hast recht, ich hab etwas daneben gelegen nur ändert das nix am ergebnis!

 

[Clyde]

Hmmm,

dann wil ich mal versuchen zu erklären, warum das Gleichspannung genannt wird obwohl es keine ist...

Bin ja kein Elekroniker o.ä. sondern gehe jetzt mal von einfachen Schulphysikalischem Verständnis meinerseits aus...

Normalerweise bei einem normalen Musiksignal sind die Spitzen der Sinuskurve ja sehr kurz(gehen wir mal von 1uS aus) und diese Spitzen sind nur am rand der maximalen Railspannung und wechselt halt sehr schnell(wechselspannung wörtlich gesehen)

Beim Clipping ist es aber so, dass das Musiksignal(Sinuskurve) über die Maximale Railspannung hinaus will. Das geht aber nicht, da nunmal nicht mehr Spannung zur verfügung steht und dadurch die Spitzen so abgeschnitten sind das ein Rechtecksignal entsteht.

Bei einem Rechtecksignal ist der zeitliche Abstand zwischen Steigender und fallender Flanke wesentlich grösser als bei einem Sinussignal(sagen wir hier mal 1mS).
für diese 1mS liegt(meiner Auffassung nach) Gleichspannung am Speaker an da das Signal in der Zeit unverändert bleibt wie bei Gleichspannung...

Es ist zwar nicht 100% richtig, aber so in etwa stelle ich mir den zusamenhang vor obwohl es eigentlich Wechselspannung ist.

Man könnte es auch "pulsierende +/- Gleichspannung" nennen..

Ich hoffe ihr wisst was ich sagen wollte...

 

[.Jens]

Das ist auch labdläufig wohl gemeint ("pulsierende Gleichspannung"), auch wenn es nicht ganz stimmt - denn auch "längere" DC-Phasen (einige 10ms) an der oberen oder unteren Spannunsgrenze werden durch die Weiche gekillt.

Im Gesamtsignal können aber trotzdem DC-Anteile entstehen, weil wir es nicht mit Dauersinustönen zu tun haben. Ein typisches Bassdrum-Signal ist z.B. "asymmetrisch": Die erste Halbwelle macht einen enormen Hub, die zweite ist schon deutlich kleiner usw.
Durch die Spannungsbegrenzung wird also von der ersten Halbwelle viel mehr abgeschnitten als von der zweiten (wenn diese überhaupt noch clippt) - und schon ist der DC-Offset da. Der klingt zwar je nach Ampdesign mehr oder weniger schnell ab, verkleinert aber kurzfristig Speakerseitig den verfügbaren Hub in die betreffende Richtung. Da nun aber BD oder auch E-Bass-Signale mit der ersten Transiente jeweils immer in die gleiche Richtung "zeigen", kann da schon was akkumulieren...

Jens

 

[EDE-WOLF]

ich muss noch viel lernen!!
aber ich hoffe meine ausführungen waren so weit korrekt!