Berechnung von Spannungen zwischen Mikro und Preamp

[Rubbl]

Ich hab mir paar Gedanken gemacht und wollte mal wissen, ob es nicht möglich sein muss, anhand des maximalen Ausgangs eines Mikrofons einen geeigneten Preamp zu finden, dessen maximaler Eingangspegel dann nicht überfordert werden kann.

Sagen wir mal wir haben ein Mikrofon (zb AT3035), dessen Empfindlichkeit mit 25,1 mV / Pa angegeben ist dazu einen Impedanz von 250 Ohm.
Dazu wissen wir noch dass es einen maximalen Input von 148 dB SPL (1 KHz) vertragen soll.

Gehen wir mal davon aus, wir reizen den Input aus, welchen Pegel muss der Preamp dann "fressen" können?
Sagen wir mal, er hätte eine Eingangsimpedanz von 1k Ohm (ist doch nix ungewöhnliches?), wie viel dBu müssten dann in den Specs auftauchen, dass man ihn nicht überfährt?

Gibt es eine Formel dazu?

Ich hab zumindest noch als Daten: 1 Pa wären 94 dB SPL,
also muss ich doch davon ausgehen, das Mikrofon haut 25,1 mV raus bei einem Schalldruck von 94 db. Wie viel sind es dann bei 148 db?

Am Preamp könnte dann zb stehen max Input +20 dBu.
Ich weiß nur 0 dBu sind 0,775 V
+4 dBu 1,228 V
+6 dBu 1,55 V
Doppelte Spannung für +6dB ?

(Quelle Wikipedia)
Wieviel Volt "sind" dann 20 dBu?

Was für eine genaue Rolle spielen Ein- und Ausgangsimpedanz?

Ich bin mir fast sicher, dass ich was übersehen oder einen fiesen Denkfehler drin hab.
Mir geht es aber heute um Theorie, etwas Physik und nicht um eine Kaufberatung, für die diese Aufstellung vermutlich nicht notwendig wäre.
Ich würde das ganze aber gern besser verstehen.

Vielen Dank!

 

[Jakob]

Hi Rubbl!

Ich glaube nicht, dass du was übersehen hast.
Dir muss einfach nur wieder einfallen wie man mit dB rechnet
.. oder du musst es erst lernen..?

Egal
Neben den typischen Faustformeln:
* Feldgröße (= Spannung/Strom/Schallwechseldruck) x 2 = +6dB
* Feldgröße x 0,5 = -6dB
* Feldgröße (= Spannung/Strom/Schallwechseldruck) x 10 = +20dB
* Feldgröße x 0,1 = -20dB
* Leistung/Energie x 2 = +3dB
* Leistung/Energie x 0,5 = -3dB
* Leistung/Energie x 10 = +10dB
* Leistung/Energie x 0,1 = -10dB

Gibts natürlich auch eine richtige Formel:
* Pegel [dB] = 20*log(Feldgröße1 / Feldgröße2)
* Pegel [dB] = 10*log(Energie1 / Energie2)

ch hab zumindest noch als Daten: 1 Pa wären 94 dB SPL,
also muss ich doch davon ausgehen, das Mikrofon haut 25,1 mV raus bei einem Schalldruck von 94 db. Wie viel sind es dann bei 148 db?

Dafür müssen dir wie Gleichung umdrehen:
Feldgröße1 = 10^(Pegeldifferenz/20) x Feldgröße2 = 10^(54)*1
-> Bei 148dB Schalldruckpegel ergeben sich dann ca. 500mV.
(Pad usw. hast du nicht berücksichtig oder?)

Am Preamp könnte dann zb stehen max Input +20 dBu.
[...]
Wieviel Volt "sind" dann 20 dBu?

Wenn 0dBu -> 0,775V entspricht, dann wieder die Formel von gerade eben:
(oder die Faustformel Nr.3 retour)
Feldgröße1 = 10^(Pegeldifferenz/20) x Feldgröße2 = 10^(20/20) x 0,775
-> Maximal verträgt der Input dann 7,75V.

Das ganze natürlich rein theoretisch.
Immerhin sind die angegebenen Werte nie so exakt und auch ist der Übergang über weite Pegelbereiche fließend!!
.. das bitte nicht vergessen!

LG Jakob

 

[Rubbl]

Danke für die ausführliche Antwort!

Das Rechnen mit dB ist mir zwar im Prinzip geläufig, auch wenn ich das nicht so schön aufschlüsseln hätte können.

Einige Dinge sind mir auf jeden Fall klarer, was es genau mit den Impedanzen auf sich hat, verstehe ich noch nicht so ganz.

Ich will mal ein Beispiel vorrechnen, das ich in der Praxis erlebt habe und sehen, ob es mit der Theorie zumindest erklärbar ist. Dass sich die theoretischen Werte nicht so einfach in die Praxis übertragen lassen, ist mir klar, ich ignoriere das einfach mal.

Ich hatte im Herbst eine Reamping Session mit einem 50 Watt Röhrenamp und einer 4x12" Box.
Ich setzte mal einen Wirkungsgrad eines Speakers so bei 96 dB / w / m an.
Der Amp war zumindest so weit aufgedreht, dass man davon ausgehen kann, dass er seine 50 Watt auch auf die Speaker verteilt. Oder sagen wir mal es wären 40, das ist leichter zu rechnen.

Ergibt bei einem Speaker:
1 Watt 1 Meter 96 db
10 Watt 1 Meter 106 db
10 Watt 0,5 Meter 112 db
10 Watt 0,25 Meter 118 db
10 Watt 0,125 Meter 124 db
10 Watt 0,0625 Meter 130 db

6,25 cm von der Dustcab entfernt ein Mikrofon aufzubauen ist wohl nicht unrealistisch. Dass man hier 130 db "vorfindet" wohl auch nicht.
Das verwendete Mikrofon war ein MXL V76t: 138 db max, 200 Ohm, 38 mV / Pa.

Sind nach meiner Rechnung dann:

38 mV bei 94 db
76 mV bei 100 db
152 mV bei 106 db
304 mV bei 112 db
608 mV bei 118 db
1216 mV bei 124 db
2432 mV bei 130 db

Ich hoffe ich hab hier nicht schon einen Fehler.

Der Preamp war ein TL Audio PA1 mit einer Eingangsimpedanz von 1.5 kOhm und einem maximal verträglichen Eingangspegel von +6dBu,
das wären 1,55 V.

Mein Problem war: Direkt vor dem Speaker war das Signal zu laut, es hat geclippt.
Ich musste gut 5 cm weg von der Bespannung, dann war es grad so ok, sprich ohne zusätzliche Eingangsverstärkung Clipping frei.

Das entspricht jetzt tatsächlich den Daten meiner Rechnung= Zufall?

Und ich weiß immer noch nicht, was es mit den Impedanzen auf sich hat.

 

[Jakob]

Hallöchen!

Oh das mit den Impedanzen hab ich ja tatsächlich komplett vergessen. sorry.
Darauf gehe ich nun als erstes ein:
Man stellt sich Spannungquellen in erster Linie immer ideal vor (d.h. egal was man anschließt die Spannung bleibt bestehen).
Um das ganze realistischer zu machen, verpasst man diesen idealen Spannungquellen dann etwas, das sich Innenwiderstand nennt.
Damit kann man das Verhalten von realen Spannungsquellen sehr gut modellieren.
Kannst du mit Schaltbildern was anfangen? Dann schau mal das Bild im ersten Beitrag hier an.
Dieser ist besonders dann wichtig, wenn der angeschlossene Widerstand sehr klein wird.
Weil dann liefert die Quelle - von außen betrachtet - weniger Spannung, da die meiste schon über dem Innenwiderstand abfällt.

Soviel als Crashkurs in Spannungsquellen. Was bedeutet dies praktisch für deine Frage?
Beispiel: Bei einem Eingangswiderstand des Preamps (= der Widerstand den die Spannungsquelle Mikrophon sieht),
gleicher Größe des Ausgangswiderstandes des Miks (= Innenwiderstand der Spannungsquelle),
würde sich eine halb so große Spannung am Ausgang einstellen, da die andere Hälfte bereits im Innenwiderstand verbraten wird.
Bei deinen Werten (200Ohm und 1,5kOhm) ergibt sich eine Spannung von 88% der Nennspannung.
Dies ist ca. 1dB Pegelverlust. -> Vernachlässigbar.

Zu deiner Pegelrechnung:
Ich konnte jetzt auf die Schnelle keine Fehler erkennen.
Jedoch glaube ich nicht, dass du wirklich 40W in die Speaker pumpst.
Auch der Wirkungsgrad der Chassis ist ja alles andere als über die Frequenz konstant.
Damit fängt man sich sehr schnell Abweichungen >10dB in eine derartige Rechnung ein.

LG Jakob

 

[sir stony]

Die Impedanzen kann man vereinfacht wie Widerstände betrachten. Wenn das Mikro eine Ausgangsimpedanz von 250 Ohm hat, heißt dass, dass der Ausgangsverstärker bei 250mV in der Lage ist, 1mA zu liefern. Die Eingangsimpedanz deines Preamps sei nun 1,5 kOhm, bei einem eingehenden Signal von 250mV würde er also nur ein Sechstel des Stroms benötigen, den deine Quelle liefern kann, also rund 0,167mA.

edit. Ich bin zu langsam für diese Welt. Ich geh pennen.

 

[Rubbl]

Vielen Dank für die Antworten, je mehr ich verstehe, desto besser gefällt mir das Thema!

Jedoch glaube ich nicht, dass du wirklich 40W in die Speaker pumpst.

Da das hier nicht so viel zur Sache tut, will ich dagegen mal nix sagen, ich denke aber schon, dass es nicht so unrealistisch ist. Ich kenn da wenig Gnade, wenn ich den Sound so haben will... alle Regler nach rechts.

Auch der Wirkungsgrad der Chassis ist ja alles andere als über die Frequenz konstant.

Stimmt! Deswegen bleibt das Ganze halt theoretisch. Dafür bezieht sich der Wirkungsgrad normal auf den Frequenzbereich, der am lautesten ist, was zur Abschätzung etwaiger Spitzenpegel und von denen verursachten Spannungen ganz ok ist.
Wie könnte man besser vorgehen?

bei einem eingehenden Signal von 250mV würde er also nur ein Sechstel des Stroms benötigen, den deine Quelle liefern kann, also rund 0,167mA.

Kannst du das genauer ausführen, das hab ich jetzt noch nicht kapiert.

Danke!