Warum ist Clipping eine Gefahr für Lautsprecher?

@kalle_bas

Deine Annahmen sind falsch.

1. Ein Rechtecksignal der Höhe U_scheitel eines Sinus hat nur die doppelte Leistung des Sinus (warum: um Wurzel2 zum Quadrat mehr)
2. Ein Verstärker, der clippt, liefert nicht ein Rechtecksignal der Höhe U_scheitel, sondern nur der Höhe U_eff des Sinus, wo er zu clippen beginnt (ein wenig mehr dann durch die Abplattungenen, aber er erricht bei weitem nie U-scheitel).Warum? Weil er eben clippt und die Leistung von Rechteck-U-scheitel gar nicht liefern kann (auch seine Versorgungsspannung entspricht nicht mehr dem Wert Wurzel (2)*gleichgerichteter Trafospannung

kalle_bas (Beitrag #49) schrieb:

Wenn mein/dein Verstärker 200W bei 4 Ohm haben soll sind es doch auch die +/- 40V in den spitzen. (Sinus sauber) Wenn er jetzt Falsch eingestellt wir / ist und dann nur noch ein Rechteck Signal raus gibt(clipp) und das sind dann auch +/-40V. (Mal angenommen das das die Sicherung und co mit machen würden) Und wenn ich jetzt rechne sind das 80V eff Rechtecksignal .... Das wären 80V²/4 ohm = 1600W (mag aber auch zweifeln das man so rein Rechtecksignal hinbekommt)

vorneweg: ich habe mich hier ausgeklinkt, weil mir das echt zu blöd ist, auf diesem Niveau diskutiere ich nicht!

aber hier "denkt ja noch jemand mit"
du begehst allerdings einen Denkfehler: bei einem Rechteck Signal von 80Vss beträgt die effektive Spannung (gegen "Masse") "nur" 40V!
damit muss deine Rechnung 40V^2/4Ohm=400W lauten!
und dann sind wir wieder bei den 200W "echt" + 200W "Oberwellen" sind, die ich in meinem letzten Beitrag versucht habe zu erklären.

Guten Tag alle

@ Mickey_Mouse

Ja das stimmt das erkenne ich jetzt auch

Viel dank ich versuche es jedenfalls

Aber Noch mal zu den "Oberwellen" das verstehe ich ich Einfach nicht ( für mich nicht Logisch)

Da wie du auch schreibst

Und für diejenigen die mit Gleich-, Wechsel- und "wechselnder Gleichspannung" Probleme haben: 0Hz oder unendliche Periodendauer

Ein DC Signal hatt eine Fq von 0HZ . Wie solle es den ober wellen haben ?
Oder was ich denke das das Oszilloskop die 0HZ nicht "zu ordnen kann" und die auf alle Fq verteilt.

wenn ich 1,5V an einem Ht anlege spielt er ja keine Fq von 700 hz 1400 hz 2800Hz usw.

@ Anhang
Gelöscht alles Falsch !

Gleichspannung ist im Oszilloskop einfach ein Strich. Somit ganz leicht darstellbar

wenn ich 1,5V an einem Ht anlege spielt er ja keine Fq von 700 hz 1400 hz 2800Hz usw.

Warum sollte er das? Gleichstrom hat die Frequenz Null. Gleichstrom hat mit alternierendem Rechtecksignal absolut nichts zu tun. Ist das denn so schwierig?
Ein 50 Hz Rechteck-Signal besteht aus Sinussen mit
50+150+250+350+450.... Hz Da gibts keinen Gleichstrom

Ein 100 Hz-Rechteck-Signal besteht aus 100+300+500+700+900+1100....Hz Sinussen
da gibts wieder keinen Geichstrom
Ein 1 kHz Rechteck-Signal besteht aus 1+3+5+7+9+11+13+.... kHz Sinussen und wieder kein Gleichstrom....

Ja das mit dem Strich ist verständlich.

ja sage ich da DC = fq 0hz

Gleichstrom hat mit alternierendem Rechtecksignal absolut nichts zu tun. Ist das denn so schwierig?

JA

Die 50hz geben doch nur die zahl der Amplituden wechsel an.

Das heißt es sind 100 mal voll Ausschläge (50 mal oben 50 mal unten) in der sek

Von wo soll denn jetzt die 150 ,250,350,450... HZ her kommen. Die Amplitude wechselt doch bei einem Clip nicht die Polarität und springt 150 mal in der sek hin und her.. ? Sondern verbleibt an der Obern Grenze. ein gleich bleibend hoher strom ( wie wenn man sich ein DC "Signal" mal kurz ankuckt und dann die Polarität wechselt.)

Das heißt ja auch das Das CAN-Bus im gesamten Pkw einen 1 Khz Signal und mehr mit überträgt. Obwohl es nur 1 und 0 sein sollen.

Das Verstehe ich nicht Sory

Von wo soll denn jetzt die 150 ,250,350,450... HZ her kommen. Die Amplitude wechselt doch bei einem Clip nicht die Polarität und springt 150 mal in der sek hin und her.. ? Sondern verbleibt an der Obern Grenze. ein gleich bleibend hoher strom ( wie wenn man sich ein DC "Signal" mal kurz ankuckt und dann die Polarität wechselt.)

Auf dem Niveau diskutiere ich nicht weiter.
Befasse dich mit der Fourieranalyse, die erklärt das alles.
Thema für mich beendet.......!

Kannst alles in der Wikipedia nachlesen: Fourieranalyse, Rechtecksignal usw.
Wir brauchen hier das Rad kein 2. Mal erfinden..... Das ist alles Mathematik (unendliche Reihen) und Physik.....

Ich versuche mal zu helfen:

kalle_bas (Beitrag #56) schrieb:

Sondern verbleibt an der Obern Grenze. ein gleich bleibend hoher strom ( wie wenn man sich ein DC "Signal" mal kurz ankuckt und dann die Polarität wechselt.)

Da liegt dein Denkfehler. Es bleibt eben nicht einfach gleich, schau dir das mal genau an. Es bleibt eine Restwelligkeit auf den abgeflachten Spitzen...

kalle_bas (Beitrag #56) schrieb:

Das heißt ja auch das Das CAN-Bus im gesamten Pkw einen 1 Khz Signal und mehr mit überträgt. Obwohl es nur 1 und 0 sein sollen.

Das funktioniert digital und hat nichts mit Frequenzen zu tun. Das würde ich jetzt hier wirklich nicht mit einbringen, weil kein Zusammenhang besteht

JA okay da sagst du was..

Aber wenn ich mir das ankucke wird es mehr verständlich


Aussage von HTH

Ein Bass oder Breitbänder kann nie und nimmer durch Clipping kaputt gehen, denn das clippende Signal hat ja insgesamt weniger Leistung als es das nicht clippende Signal einer grösseren Endstufe hätte. Auch der Effekt der Oberwellen kann einen Bass höchstens ent- statt belasten, sofern die Oberwellen ausserhalb seines Übertragungsbereichs liegen.

Dazu sage ich Nein den ein Clipp Gibt für eine längere zeit einen Hohen Gleichstrom durch die spule. Ein sauberes sinus signal nur einen kurzer pieak (hohen strom).

Dazu ist es egal ob es dann in X hundert Fq unter teilt wird. Ich kann auch einen sub mit einem 1KHz Signal Thermisch zerstören das stimmt.
So wie auch mit einem Entsprechendem hohem Gleichstrom.

Da sie bei beiden Sachen kaum oder 0 hub machen.

Trennung.....
es steht auch bei wikipedia

Wird eine einzige Frequenz eingespeist, entstehen im Signal-Spektrum nur zusätzliche Obertöne, sogenannte Harmonische. Werden (bei Musik) gleichzeitig unterschiedliche Frequenzen eingespeist,

Wenn ich mir einen Clipp aber Zeitlich betrachte ist es doch letztendlich ein Gleichstrom Signal für eine gewisse zeit.

Wie so sollte es denn in x hunderte Frequenzen zersetzt sein.


Wenn es so ist denn..
(Jetzt noch was abgefahrenes.. )
Musste doch aber auch Dc nicht 0 sein sondern die summe aller Frequenzen ?

Es hatt ja in dem Clipp Bereich "keine" Schwingung sondern ein gewissen Gleichstrom anteil. Das heißt die Membran "verbleibt auf ihren Hub".

Es könnte "etwas Rauschen" was dem Verstärkers geschuldet ist das er bei so einem hohem strom einfaches Rauschen drin hatt, wie bei jeder andren Fq aber auch die er spielt.

Oder wo ist mein Denkfehler

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Jetzt ist mir grade noch eingefallen wie geht denn das bei einer Digitale Endstufe?
Die wird ja intern nur "Grade geschnitten" ("Clipping") die ja dann erst durch eine spule Geglättet wird.
Da müssten ja auch Hoch Frequenzanteil da sein ?
Aber auch die kann ins Clipping kommen ! ?

Beschreibung für Klasse D

Dein Problem ist, dass du die Fourieranalyse nicht verstehst, nicht verstehen willst oder nicht akzeptieren willst, das ist alles. Welche Frequenzen in einem Rechteck drinnen sind, haben wir dir schon x-Mal erklärt, siehe weiter oben, und wie stark sie drinnen sind auch. Das kannst du Millionenmal auf technischen Seiten im Internet oder Büchern nachlesen.

Es gibt also zwei Möglichkeiten, entweder sind alle Physiker, Mathematiker und Elektroniker Idioten oder du liegst falsch. Was Drittes gibt es nicht

Ich habe mich ebenfalls rausgehalten weil elektrische Grundsätze,Physik und einige Formeln hier neu definiert wurden.....
Trotzdem sehr amüsant ..........
Kamelle ........

Wie so sollte es denn in x hunderte Frequenzen zersetzt sein.

Das ist genau der Punkt, wo man eben verstehen muss, dass ein zeitbegrenztes Signal nicht bandbegrenzt sein kann, und somit nicht nur aus 100, sondern aus unendlich vielen Frequenzen besteht.
Eine Sprungfunktion wie ein einzelnes Rechteck oder ein alternierendes Rechtecksignal hat immer unendlich viele Obertöne.

Irgendwie erinnert mich das Ganze an: Ich kann mir nicht vorstellen, dass weißes Licht aus unendlich vielen Frequenzen (Farbabstufungen) im Bereich 400 bis 800 nm besteht, wo es doch einfach nur Licht ist.

Um noch einen hoffentlich sinnvollen Beitragen zum Thema "zerstört Clipping Hochtöner?" zu leisten:
Mir kam gerade folgender Gedanke: Nehmen wir an, ich habe einen 50 Hz Ton und einen mit 4 kHz, diese werden in einem Verhältniss, wie es in Musik üblich ist, über eine Endstufe an einen Lautsprecher gegeben. Die Amplitude des 4 kHz Tons wird sehr viel kleiner sein als die des 50 Hz Tons.
Die Endstufe wird nun aufgedreht, irgendwann clippt sie aufgrund des tiefen Tons, der die maximale Spannung des Verstärkers ausreizt. Am Hochtöner kommt immernoch nur eine kleine Spannung an, da die Amplidute des hohen Tons viel kleiner ist.
Wird jetzt weiter aufgedreht verzerrt zwar der tiefe Ton, die Amplitude des hohen Tons wird aber immer weiter vergrößert bis auch er die volle Ausgangsspannung nutzt. Da ist der Bass natürlich schon erheblich verzerrt und auch der Hochton dürfte durch Verzerrungen nicht mehr sauber klingen, die Leistung, die dem Hochtöner zugeführt wird liegt dann aber deutlich über der Leistung, die er abkann (meistens nur wenige Watt).
Dadurch könnte, wenn die Endstufe clippt, die Leistung am Hochtöner durch mehr Aufdrehen weiter erhöht werden, was ihn irgendwann sehr sicher zerstört.
Plausibel?

So hat es praktisch immer geklappt ..........

Es kommt schon noch die Energie der Obertöne der Rechteckfunktion dazu, was zwar idR stark überschätzt wird (siehe meine Rechenbeispiele oben), aber letztlich, wenn es sowieso schon heiß hergeht, dem Hochtöner den Rest gibt...
Wenn jetzt dieser hier als Bsp. genannte 4 kHz Ton für den HT gar nicht da wäre, sondern nur tiefe Töne, würde mglw. die Energie der Clippingfrequenzen im Bereich des HT nicht ausreichen, ihn zu zerstören (was natürlich davon abhängt, wie stark der Verstärker ist, ist das eine Riesenbolide, wird man den HT mit der Clipping-Energie auch noch irgendwann kleinkriegen, und zugleich auch den Tieftöner)

Nehmen wir mal einen Dreiweger an mit
100W TT
25W Mitteltöner (0,8 - 4 kHz)
10 W Hochtöner (4-20 kHz)

und einen Verstärker mit 100W @1% Klirr (und im Clipping vielleicht 130, mehr wirds nicht werden)

Wenn dieser Verstärker jetzt zB eine Sinussignal von 100 Hz abgibt, und man fährt ihn ins Clipping, dann werden die Obertöne im Bereich 4-20 kHz nie ausreichen, um den HT zu zerstören (bei 4 kHz ist nur mehr rund 1/40 Spannung des Grundsignals da, oder 1/1600 der Leistung, also irgendwas unter 0,1W, im Bereich 4-5 kHz fallen somit unter 0,5W an (bei 4100 und 4300 und 4500 und 4700 und 4900 Hz), im Bereich 5 bis 6 kHz fallen weniger als 5* 1/2500 der Leistung an, also insges. was bei 0,3W usw. Bis 20 kHz hinauf summiert, kommt man dann weit unter 5W (ich mag es jetzt nicht im Detail weiterrechnen, in jedem 1 kHz Intervall wird es weniger als in dem vorigen). Also Clipping kann man vergessen, außer der HT bekommt sowieso schon erhebliche Leistung aus dem Musiksignal.

Dass diese Überlegungen falsch sind, nehme ich nun niemandem ab! Man kann die Rechnung noch verfeinern, weil der HT ja auch wegen der beschränkten Weichensteilheit schon unter 4 kHz was abbekommt, aber das ist nicht der Punkt.

Das lässt aber die Betrachtung eines aktiven Systems außen vor, wie sie heutzutage fast in der Überzahl eingesetzt werden.

Es ist ja nicht unüblich, asymmetrische Leistungsverteilung zu nutzen, also am TT, MT und HT unterschiedlich starke Stufen zu verwenden. So kann am HT gerne mal eine Stufe mit nur rund 30 Watt RMS pro Kanal eingesetzt werden, denn mehr wird in herkömmlichen Systemen kaum benötigt.
Ist der Rest des Systems aber erheblich lauter, muss die Stufe eventuell doch über ihre Leistungsgrenze hinaus ausgereizt werden, wodurch dann nur Clipping am HT anliegt. Und diesen Fall hatte ich weiter vorne schon als praktisches Beispiel angeführt, wodurch eben sehr wohl Hochtöner durch Clipping abrauchen, während der Rest des Systems schadensfrei läuft.

Genau das meinte ich ja. Die paar Oberwellen kriegen einen Hochtöner nicht zerstört, fast ausgeschlossen.
Aber wenn ich beispielsweise nur einen 4 kHz Ton auf einen Lautsprecher gebe und den Verstärker voll ausfahre, kommt quasi die ganze Leistung des Verstärkers am Hochtöner an und er geht kaputt. Zumindest, wenn der Hochtöner bei der Frequenz halbwegs im Bereich der angegebenen Impedanz liegt.

Normalerweise verhindern die tieferen Töne, dass die volle Verstärkerleistung in den höheren Frequenzen anliegt, da im Musikmaterial die höheren Töne nunmal im Vergleich deutlich kleinere Amplituden aufweisen. Der Bass clippt also, bevor zu viel Leistung am Hochtöner anliegt, der normale Musikhörer dreht leiser weil es schrecklich klingt.
Wird nun aber weiter aufgedreht, werden die tiefen Frequenzen immer rechteckförmiger. Gleichzeitig dürfte aber die hohen Töne weiter verstärkt werden, da diese noch nicht an der Spannungsgrenze des Verstärkers liegen. Trotz clipping wird also die Amplitude der hohen Töner weiter vergrößert und mehr Leistung im Hochtöner umgesetzt.
Clipping bedeutet also nicht, dass für alle Frequenzen Schluss mit größerern Amplituden ist sondern nur die Frequenzen, die bereits mit maximaler Spannung am Ausgang anliegen, nicht weiter verstärkt werde. Das merkt man in der Praxis daran, dass es noch deutlich lauter geht, wenn man den Bass etwas zurücknimmt, dann werden die Frequenzen, die nahe am Limit sind, etwas zurückgenommen.

Das heißt allerdings nicht, dass der Hochton beim clipping weiterhin sauber wiedergegeben wird, und das liegt nicht nur an den Oberwellen, die von übersteuerte Frequenzen entstehen.
Bildlich gesehen kann, wenn eine tieffrequente Schwingung an ihrer Spitze "abgeschnitten" wird, dort keine Oberwelle (hoher Ton) mehr eine positive Amplitude erzeugen, die wird ebenfalls abgeschnitten. Bei starkem Übersteuern werden also die Schwingungen der hohen Töne nur im Bereich der Nulldurchgänge der tieferen Töne sauber abgebildet. Dadurch clippt gewissermaßen der Hochton auch, da auch von ihm im Bereich der Spitzen der tiefen Töne die Spitzen der hohen Töne abgeschnitten werden.
Dennoch kann, wenn der Bass clippt, die Ausgangsspannung der hohen Töner durch weiteres Aufdrehen weiter erhöht und der Hochtöner letztendlich zerstört werden.
Das ist meiner Meinung nach der Grund, wieso Hochtöner bei clippendem Verstärker kaputt gehen, es heißt eben nicht, dass der Verstärker seine maximale Ausgangsleistung für alle Frequenzen erreicht hat, wenn eine Frequenz das clippen anfängt.
Allerdings klingt das in der Praxis derart grausig, dass jeder halbwegs vernünftige Mensch, der klar bei Sinnen ist, die Lautstärke zurückdreht.

Wird jetzt, wie bereits erwähnt, die maximale Leistung, die dem Hochtöner zur Verfügung steht, durch eine eigene Endstufe sinnvoll begrenzt, kann ihm eigentlich trotz clipping kaum etwas passieren.
Wobei Leistung durch clipping wie bereits gezeigt wurde die Leistung erheblich erhöht wird (bishin zum Rechteck), das wird den Hochtöner auf Dauer auch zerstören. Man wird die Endstufe nicht absichtlich deutlich zu klein dimensionieren, damit auch im schlimmsten Fall nichts passieren kann, man würde deutlich Pegel im Nutzbereich verschenken. Abhilfe schafft natürlich eine saubere Clippingerkennung.

Sehe ich auch so
Das dürfte wohl des Rätsels Lösung sein
Ich habe mir vorher auch nie durchgerechnet, wie wenig Leistung eigentlich das Clipping selbst im Obertonbereich erzeugt (als Spannung betrachtet schauen die Oberwellen (Koeffizient 1/(2n+1) ja noch was gleich, als Leistung betrachtet (1/(2n+1)²) bleibt aber nicht viel übrig)

Wow, meine letzte Stunde bestand darin mich hier durchzulesen, und ich wollte auch einmal meinen Senf dazu geben.

Thema war ursprünglich wieso Clipping Lautsprecher zerstört.

Die Fragen die hier teilweise gestellt werden beziehen sich dabei garnicht mehr auf das Clipping habe ich das Gefühl. In dem Artikel von HTH geht es in dem Beispiel um das Clipping bei der 20Fachen max. Leistung, oder irre ich?

So, ein Subwoofer, der ausreichende dimensioniert ist, hat mechanisch ersteinmal kein Problem mit der Leistung, wenn doch hat er die auch mit dem Sinus. <- Integralberechnung unterschied Sinussignal / Rechtecksignal

Die elektrische (passive) Vorschaltung vor dem Subwoofer kann jedoch bei erhöhter Leistung ebenfalls abrauschen, was irgendwer mal behauptet hat (finde den Kommentar nichtmehr verzeiht), das liegt dann aber an der variablen Impedanz und daran, dass diese an dem Kondensator bzw. im Tieftonbereich niedriger ist, was bei gleicher Leistung in einem höheren Strom resultiert.

Ein Subwoofer im mechanischen Sinn wird durch Clipping nie zerstört werden. Anschaulich gesagt, weil die Leistung des Verstärkers eigentlich nicht ausreicht um den Subwoofer zu betreiben. -> Massenträgheit / Dehnbarkeit ist hier das Schlüsselwort

Jetzt der Hochtöner. Es geht um Oberwellen, also die Tatsache, dass sich jedes nicht-Sinussignal durch Überlagerung von Sinussignalen darstellen lässt. Ein (unsauberer) Rechteckimpuls (auf den es beim Clipping hinausläuft) kann hierbei durch etliche Sinussignale mit unterschiedlicher Frequenz und Amplitude dargestellt werden. Wikipedia beschreibt das hierbei sehr gut -> Stichwort spektrale Betrachtung.

Auch wenn die Amplitude mit steigender Ordnung der Oberschwingung immer weiter abnimmt, ist die Überlagerung für die wesentlich kleiner ausgelegten Hochtöner schnell tödlich. Das wird für einen Laien jedoch erst durch Fourieranalyse, Überlagerung aller den Hochtöner triebenden Oberschwingung und anschließender Integration für die Leistung ersichtlich.

Ich hoffe ich hab hierbei jetzt keinen Fehler gemacht, aber ich dachte es ist mal ein zusammenfassender Kommentar, weil hier doch sehr viel hörensagen praktiziert wird