Warum clippen Endstufen?

[D4RKSUN]

Hey,

ich habe mal eine allgemeine Verständnisfrage. Elektrotechnik war noch nie so recht meins

Eine Endstufe Clippt, wenn sie zu schwach für die angeklemmten Boxen ist. Aber warum?
Die Boxen ziehen ja keine Leistung, sondern die Endstufe schickt die Leistung?! Also sollte der Amp doch, wenn er nicht mehr schicken kann, auch einfach nicht mehr schicken und der Sound damit einfach leiser bleiben?

Hab bestimmt nen Denkfehler, aber wo? Bitte um Erklärung.

Hab zwar was gelesen, dass es mit dem Eingangssignal zu tun hat, aber es nicht nicht so ganz begriffen.

 

[B_West]

lies mal hier den Absatz Fakten

sollte anhand der Abb. klar werden oder ?

Gruß aus Bremen

 

[HenrySalayne]

Du kannst auch Lautsprecher mit hohen Leistungsangaben an schwachen Endstufen betreiben und schwache Lautsprecher an starken Endstufen.

Die Leistung P, die vom Lautsprecher umgesetzt wird ist vereinfacht ausgedrückt P = U²/R , mit der Spannung U und dem Widerstand des Lautsprechers R. Der Widerstand des Lautsprechers R ist fest vorgegeben und kann von dir nicht verändert werden (er ändert sich aber mit der Frequenz und ist deswegen eine Impedanz); die Spannung U kannst du einstellen wie du willst, zumindest in gewissen Grenzen - und genau da liegt auch das Problem: Um das Signal für den Lautsprecher zu formen, moduliert man eine feste Spannung. In einer Endstufe sitzt ein Netzteil, das genau wie ein Batterie eine feste Spannung liefert, die mithilfe von steuerbaren Widerständen (Transistoren) moduliert wird. Natürlich kann die modulierte Spannung nur kleiner sein, als die feste Spannung. In einer Endstufe die clippt passiert folgendes: Sie müsste ein Signal erzeugen, was eine höhere Spannung hat, als die Versorgungsspannung. Kann sie aber nicht. Deswegen werden die Spitzen abgeschnitten und das Signal wird verfälscht.

Wenn man sich also zurück hält und aufpasst, dass man nicht zu viel vom Verstärker fordert, wird kein Verstärker clippen. Mit dem schwächeren Verstärker ist dann auch einfach die Box leiser.

 

[D4RKSUN]

Verstehe ich es also richtig, dass es nichts mit den Lautsprechern zu tun hat, sonder einzig und allein mit der Spannung die in den Amp gebracht wird?
Ist der Amp mit 0,775V Eingangsempfindlichkeit angegeben, fängt er an zu clippen, sobald ich ihm mehr aufzwingen will?

Sprich: Maximale Ausgangsspannung Mischpult = Eingangsempfindlichkeit Amp --> niemals clippende Endstufen?

 

[HenrySalayne]

Ja, genau so kann man das sehen.

Allerdings lässt sich das nicht 1 zu 1 auf moderne Endstufen übertragen. Diese arbeiten meistens mit einer variablen Versorgungsspannung und können bei kurzzeitigen Signalspitzen (Peaks) teilweise mehr Leistung liefern, als die Dauerleistung. Sie Clippen also bei Peaks nicht. Dann gibt es auch noch Endstufen, die mit insgesamt mehr Leistung angegeben sind, als das Stromnetz hergibt, z. B. die Labgruppen FP10000Q; bei dieser Endstufe wird der Pegel bei bei den Kanälen reduziert, wenn die Gesamtleistung zu hoch wird (aus einer normalen Steckdose kann man maximal 16 A bei 230 Volt ziehen, die maximale Leistung liegt also bei 3680 Watt; die Endstufe selbst liefert bis zu 2500 Watt pro Kanal kontinuierlich (an 2 Ohm) und kann theoretisch kurzfristige Voltage-Peaks bis 150 Volt erzeugen, was bei 4 Kanälen á 2 Ohm irgendwo im Bereich von 40000 Watt Spitzenleistung liegt).

Um ein sicheres Maximum aus einer gegebenen Endstufe und einer Box herausholen zu können, muss man also einige Sachen beachten und wissen:
- Was ist die RMS-Leistung des Lautsprechers?
- Was ist die Peak-Leistung des Lautsprechers bzw. wie ist der Lautsprecher konstruiert (Bandpass, Bassreflex, Horn, Mischform)?
- Was ist die RMS-Leistung der Endstufe in meinem Anwendungsfall?
- Was ist die Peak-Leistung der Endstufe in meinem Anwendungsfall?
- Welches Musikmaterial wird gespielt?

Es kann durchaus vorkommen, dass eine Endstufen-Box-Kombination jahrelang problemlos funktioniert, bis mal irgendjemand die falsche Musik darüber abspielt und damit dann die Schwingspulen krillt.
In der Regel macht man aber nichts falsch, wenn man die Endstufe in etwa zur RMS-Leistung der Box dimensioniert und einfach per Limiter dafür sorgt, dass die Endstufe nicht (allzu viel) clippt.

 

[Carl]

Die Frage ist gut und garnicht so leicht zu beantworten.

Erst mal: warum clippen sie: Die Frage lässt sich sehr einfach beantworten. Eine Endstufe 'vergrößert' einfach ein Signal, verstärkt es. Nur wenn am Eingang etwas zu großes rein kommt, passt es nicht mehr. Sprich, die Spannung, die die Endstufe ausgeben soll ist ca. 30x die Eingangsspannung. Aber wenn mehr als 3V rein kommen, müssten mehr als 90V raus kommen (Momentanwert) und diese Spannung ist dann größer als das, was die Endstufe zur Verfügung hat. Also bleibt das Signal bei z.B. 80V 'hängen'.
Dabei gibt die Endstufe nur unwesentlich mehr oder eben sogar weniger Leistung ab als sie soll. Also 'zu viel Leistung' aus einer schwachen Endstufe ist es nicht, was die Box zerstört.

Aber die Frage ist: Wie hört sich ein Sinus an, bei dem man oben und unten einen Teil der Wellenform 'platt drückt'? http://www.polotreff.de/forum/t/108886

Ganz einfach: in etwa so, wie ein Subwoofer, an dessen Membran man den Schlüssel hält, gegen den die Membran donnert. Es 'schäppert'. Dieses Schäppern (Obertöne) ist kein Bass mehr, sondern ein eher hell klingender Ton.
Dieses schäppernde Signal bekommt die Lautsprecherbox und verteilt es: Den Bassanteil (eigentliches Signal, Sinus) an den Tieftöner und das helle Schäppern an den Hochtöner. Bei hohen Tönen ist aber das Gehör viel empfindlicher. Daher hat der Hochtöner eine Schwingspule, die für viel weniger Leistung ausgelegt ist, viel filigraner ist. Und die kann dieses laute Schäppern nicht ab und brennt durch.

Daher kann man mit clippenden Bässen einen Hochtöner killen.
Die Endstufe kann auch nicht so viel machen, denn sie kann ja nicht in die Zukunft schauen, sondern erst begrenzen, wenn sie schon am Ende ist und da deckeln. Ein guter Limiter ist daher so eine Mischung aus einem Vergleicher, der das 'deckeln' bei der ersten Schwingungswelle erkennt und einem 'Lautstärkepoti', das er dann mal für ne halbe Sekunde zurück nimmt, bis der zu laute Teil vorüber ist. So tritt das 'Schäppern' so kurz auf, dass der Box nichts passiert.
Dieses clippen kann übrigens auch schon vorher in der Signalkette passieren (Mischpult, Preamp, Kanalzug, Effektgerät...) und der Amp verstärkt das Schäppern dann innerhalb seiner Leistung ohne Clippen. Die Boxen steigen dann trotzdem aus, alles schon erlebt (Preamp im Kanal des CD-Players am Mischpult zu weit aufgezogen und tschüss...). Also schützen kann man davor eh nicht ganz, denn die Endstufe weis ja nicht, dass man nicht gerade 'schäppern' wiedergeben will.

Apropos, und das Gehör entdeckt dieses Schäppern kaum, weil wir harmonische Obertöne (die jedes Instrument auszeichnen) zu einem 'Klang' verarbeiten und daher nicht so explizit bemerken, es klingt einfach 'heller'. Aber in Wirklichkeit sind es enorme Schalldrücke, die das Gehör schädigen. Daher hat man bei schlechter Beschallung viel eher ein schönes Fiepen als Andenken im Ohr...