Elektrische Leistung VS RMS, Peak, PMPO

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yttrollface
Ist häufiger hier

#1 erstellt: 11. Jun 2013, 21:46

Es gibt ja, wie wir alle wissen, tausende Begriffe über musikalische Leistung.

PMPO
RMS
Sinusleistung
VA
Dauerbelastbarkeit
PEAK
Impulsleistung

Im Grunde ist für mich natürlich RMS das interessanteste. RMS ist Root Mean Square, der quadratische Mittelwert. In der Elektrik kennt man für gewöhnlich folgendes:
Die Durchschnittliche Leistung eines rein resistiven Verbrauchers in einem Wechselstromsystem mit Sinusform wird berechnet durch Spitzenspannung durch Wurzel von 2 mal Widerstand. Durch den Widerstand kann man Wurzel Strom weglassen, es ergibt sich von selbst.

Gehen wir von einem Class A Verstärker mit exakt 12V Versorgungsspannung aus und gehen auch davon aus, dass die Transistoren bis auf 0/12V schalten können. Fließt nun kein Strom durch den Lautsprecher ist das gekoppelte Signal auf genau 6 Volt und das entkoppelte Ausgangssignal auf 0V, wie erwartet. Wird nun am Eingang ein Sinus angelegt, sodass am Ausgang auch ein sauberer Sinus herauskommt, bei dem das gekoppelte Signal zwischen 0 und 12V Schwingt, entkoppelt sind das dann genau 6V Wechselspannung Sinus. Da wir wissen, dass in einen reinen elektrischen Widerstand bei Sinus 6V (4,243V RMS) und exakt 4 Ohm ein RMS Strom von 1.06A fließt, kommen wir auf eine RMS Leistung von 4.5W RMS. Und mir braucht hier niemand von Phasenverschiebung reden, denn die ist bei jedem Lautsprecher anders, aber nie wird die Leistung 4.5W RMS überschreiten können, entsprechend der Phasenverschiebung, da die 4.5W RMS bei einer Verschiebung von 0° gemessen/errechnet sind.

Wie kann es nun sein, dass mit ein Hersteller nun sagen will, dass ein Verstärker 4 x 45WRMS @ 4Ohms angibt? Alleine die Tatsache, dass die Schön bei 2A auf allen 4 Kanälen volle Lautstärke laufen, sagt alles aus. Das sind 24W AUFNAHME!!! Diese verstärker sind aber Class A Verstärker, haben also über 50% Verluste, das heißt, da kommen mit glück maximal 12W raus... Das käme auch ungefähr zu realistischen Werten gemessen an den 4.5W RMS, da ja die Transistoren niemals Rail to Rail schalten.

Wenn ich nun einen Lautsprecher habe, auf dem 100WRMS steht, wie viel Tatsächliche Dauerleistung verträgt der dann? Wenn so ein Verstärker in 4 Ohm angeblich 45WRMS schickt, wie kann ich dann sicher sein, dass er tatsächliche 100W RMS verträgt? Der würde mir doch sicher schon bei 50WRMS abrauchen! Für 45WRMS sind fast 20V nötig - und das auf pos Rail UND neg Rail, da Sinus - Wechselstrom... Mehr muss ich nicht sagen. Oder Class A 40V.

Wie kann ich nun all den Lügenwerten glauben schenken? Viele LS mit 35WRMS belastbarkeit gehen schon bei 5W in die Knie! Ich finde das alles eine ABSOLUTE UNVERSCHÄMTHEIT, was die Musikindustrie so alles abzieht! Ich habe einen PA Subwoofer zu Hause, der soll 1.2kW RMS haben. Gemessen an seiner Größe und dem Preis ist das der erste Lautsprecher in meinem Besitz, dem ich das auch tatsächlich glaube!

Meine Frage: Wie kommen Hersteller auf 45W RMS in 4 Ohm @ 12V Supply? Was für gleichungen haben die? Oder schreiben die das einfach rauf, ohne dass es überhaupt etwas zu sagen hat?

[Beitrag von yttrollface am 11. Jun 2013, 21:47 bearbeitet]

Passat
Inventar

#2 erstellt: 11. Jun 2013, 22:13

Nimm die Sinusleistung nach DIN 45500.
Ist zwar uralt, aber trifft die Realität besser, da dort alle Parameter fest vorgegeben sind.

Bei RMS geben die Hersteller ja an: XX Watt bei yy% Klirrfaktor.
Jetzt nehme man 2 Hersteller:
Einer gibt 100 Watt RMS bei 0,001% Klirr an, der zweite gibt 100 Watt bei 0,09% Klirr an.
Haben nun beide Verstärker wirklich die gleiche Leistung?
Nein, haben sie nicht!
Würde man den ersten Verstärker auch bei einem KLirr von 0,09% messen, so hätte er mehr Leistung als der zweite Verstärker.
Dieser Umstand zeigt, das RMS-Werte nicht vergleichbar sind!

Die DIN 45500 schreibt als Testfrequenz 1 kHz vor und als Klirrfaktor 1%.
Diese Leistung muß 10 Minuten lang ohne Unterbrechung geliefert werden können.
Da das Meßverfahren in den relevanten Parametern starre Vorgaben macht, sind die Werte 100% vergleichbar.

Die DIN 45500 gibt auch noch die Musikleistung vor.
Diese Leistung muß ein Verstärker nur sehr kurz liefern können, Aber auch da sind die Parameter fest vorgegeben.

PMPO kannst du völlig vergessen, das sind Phantasiewerte: Preis mal Gewicht mal Mitarbeiter im Konzern mal erwartete Opferzahl, die auf den Schund reinfällt ergibt den PMPO-Wert in Watt.

Auch alle übrigen Angaben sind maximal theoretische Werte und haben keine Relevanz für die Praxis.

Was deine Rechnung angeht:
Class A kommt nur sehr selten vor.
Üblich ist Class A/B. Damit sind ca. 9 Watt an 12 Volt Sinus möglich.
Bei Autoradios werden je zwei Endstufen in Brücke geschaltet, das ergibt dann eine Sinusleistung von ca. 18 Watt an 4 Ohm.

Oftmals wird die Leistung auch bei 14,4 Volt angegeben, dann kommt man auf ca. 22 Watt pro Kanal.
Bei Werten von 45 oder gar 50 Watt steht immer irgendetwas von "max." o.Ä. dabei.
Diese Werte haben keine Praxisrelevanz und sind Phantasiewerte.

Was die Belastbarkeit von Lautsprechern angeht:
Auch da schreibt die DIN 45500 eine bestimmte Testprozedur vor.
Da wird auf einen Lautsprecher eine Leistung X vor eine Dauer Y gegeben, dann hat er eine kurze Dauer Erholungsphase, dann bekommt er wieder Leistung X für Dauer Y etc. Dieser Vorgang wird eine bestimmte Anzahl von Zyklen wiederholt.

Die höchste Leistung, bei der der Lautsprecher nicht kaputt geht, ist dann die Nennbelastbarkeit nach DIN.

Bei Belastbarkeitsangaben von Mittel- und Hochtönern muß man aufpassen:
Die gelten nie für den Mittel- oder Hochtöner alleine, sondern für das Gesamtsystem, bei dem der Mittel- bzw. Hochtöner bei der empfohlenen Trennfrequenz nach unten hin mit i.d.R. 12 dB/Oktave abgetrennt wird.

Grüße
Roman

[Beitrag von Passat am 11. Jun 2013, 22:21 bearbeitet]

yttrollface
Ist häufiger hier

#3 erstellt: 11. Jun 2013, 22:51

Du sagst, dass Verstärker im Autoradio gebrückt werden. Ob nun in reihe (verdoppeln der max. stabilen Impedanz) oder parallel (halbieren) - ohne extra Netzteil wird die Spannung nicht steigen - wie soll also mehr Leistung rauskommen, wenn Spannung und Widerstand den Strom ergibt und Spannung und Strom die Leistung? Oder gibt es da einen genialen Trick für diese Technik? Ich hätte da die Vermutung, dass das mit dem Entkoppelkondensator gemacht werden könnte - beide werden gleichzeitig in entgegengesetzte Richtung entladen, doppelte Spannung. Wie dort die Äquivalente Schaltung aussähe, wüsste ich nicht.

Du sagtest Class AB. Aber AB braucht doch positive und negative Spannung, das es Gegentakt ist - wie wird das umgesetzt? Wird das Musiksignal eingangsseitig auf 6V Potential enkoppelt, sodass 6V Masse sind. 0V = -6V und 12V = +6V? Ich habe leider keine Ahnung von den Innebeschaltung moderner Car Audio IC's.

Passat
Inventar

#4 erstellt: 11. Jun 2013, 23:45

Class AB benutzt 2 Transistoren:
Ein Transistor übernimmt die positive Halbwelle, der andere Transistor die negative Halbwelle.
Am Ausgang der beiden Transistoren wird das Signal zur vollen Welle zusammengemischt.
Und das erfordert große Sorgfalt, sonst gibts sog. Übernahmeverzerrungen.
Und die waren bei frühen Transitorverstärkern mit Class AB gar nicht so selten.

Bei gebrückten Endstufen laufen beide Endstufen im Gegentakt, dadurch verdoppelt sich die Ausgangspannung und damit die Leistung.

Ist eine übliche Technik.
Bei separaten Car Hifi-Endstufen ist es üblich, das man Kanäle brücken kann.
D.H. z.B. das aus einer 2-Kanal-Endstufe dann eine Monoendstufe wird.

Üblich ist so etwas z.B. bei 4-Kanal Endstufen.
Da kann man 2 Kanäle brücken, so das man 3 Kanäle erhält.
2 Kanäle werden für die Hauptlautsprecher benutzt, der gebrückte Kanal versorgt den Subwoofer.

Auch bei einigen Heim HiFi-Geräten kann man Kanäle brücken.

Grüße
Roman

yttrollface
Ist häufiger hier

#5 erstellt: 12. Jun 2013, 01:14

Passat, ich weiß was eine AB Endstufe ist. Ich habe selbst eine im Class D (AB) Gebaut bei 1kW in 8 Ohm.

2x140V Versorgungsspannung.

Versorgungsspannung? Genau das ist der Punkt. Du sagst, dass man Autoendstufen brücken kann, aber eigentlich ist das garnicht richtig. Mir wäre neu, wenn man ohne negative Spannungsversorgung AB betreiben kann. Dafür bräuchte man 4 Anschlüsse am Lautsprecher - also 2 Voicecoils. Dann wäre das tatsächlich möglich. Aber AB setzt auf jeden Fall 2 Stromkreise voraus, die getrennt funktionieren. Also 2 Spannungsquellen (Eine davon unterhalb des Massepotentials.) oder 2 Voicecoils, die getrennt angesteuert werden. Eigentlich kann man auch AB betreiben mit einer Spannungsquelle. Es wird der Wirkungsgrad gesteigert, aber die Leistung nicht verdoppelt, da die Spannung dennoch auf den gesamten Bereich zwischen 0 und 12V eingeschränkt ist. (Entkoppelt +/-6V, aber dennoch 12Vpk-pk.)

Aber wirkliche Leistungssteigerung durch AB nur mit Split Supply. Deshalb wundern mich solch utopische Werte wie 10W bei 12V in nicht zu unterschätzende 4 Ohm.

Passat
Inventar

#6 erstellt: 12. Jun 2013, 10:32

Class D ist nicht Class AB!

Und man braucht keine 2 Spannungsquellen.
Eine einfache 12 Volt-Quelle reicht aus.
Bei Class AB wird ein NPN-Transistor und ein PNP-Transistor eingesetzt.
Beide haben grundsätzlich die gleiche Charakteristik, unterscheiden sich aber in einem kleinen Detail:
Der NPN-Transistor wird durchlässig, wenn an seiner Basis ein positives Signal anliegt, der PNP-Transistor wird durchlässig, wenn an seiner Basis ein negatives Signal anliegt.

Und hier ein Prinzipschaltbild eines gebrückten Verstärkers:

A1 und A2 sind normale Class AB-Verstärker.

Grüße
Roman

germi1982
Hat sich gelöscht

#7 erstellt: 12. Jun 2013, 22:20

Passat (Beitrag #2) schrieb:

...
Die DIN 45500 schreibt als Testfrequenz 1 kHz vor und als Klirrfaktor 1%.
....

....

Nein, der Klirr darf bei der gesamten Messung 1% nicht überschreiten...drunter darf es sein. Alle Kanäle müssen gleichzeitig voll ausgesteuert sein. Das ist ein auch Test für die Leistungsfähigkeit des Netzteils. Deswegen messen manche Hersteller nicht nach DIN sondern nach IEC wo dann jeder Kanal einzeln ausgesteuert wird...auch so eine Luftnummer....gerade bei AV-Receivern ist bei der Menge an Kanälen eher das Netzteil der limitierende Faktor. Da schrumpfen dann die angegebenen 100W pro Kanal auf 50W wenn man alle Kanäle gleichzeitig aussteuert...

Mein Telefunken wurde angegeben mit einem Klirrfaktor von <0,1% bei Nennleistung (4x50W an 4 Ohm bzw. 2x100W Sinus an 8 Ohm). Bei Musikleistung sind es dann 1%...

Auch bei einigen Heim HiFi-Geräten kann man Kanäle brücken.

Ja, ich habe z.B. so einen mit BTL-Betrieb....

Haben nun beide Verstärker wirklich die gleiche Leistung?

Minimal unterschiedlich, denn der Klirr steigt ja nicht linear...ab einem gewissen Leistungswert steigt der exponentiell an.

[Beitrag von germi1982 am 12. Jun 2013, 22:24 bearbeitet]

yttrollface
Ist häufiger hier

#8 erstellt: 12. Jun 2013, 22:51

Passat: Ich bin mir bewusst, was ein AB Verstärker ist und desweiteren braucht man nicht unbedingt PNP Transistoren oder P-MOSFETs.

Und es gibt D AB.
Das ist ein Class D Verstärker, der in AB betrieben wird. AB ist bekanntlich gegentakt.

Und dass AB mit einer Spannung klappt, habe ich ja schon geschrieben. Damit wird aber nur der Wirkungsgrad verbessert, nicht aber die Ausgangsleistung verändert. Die bleibt nahezu identisch, da man nach wie vor nur ein 12V Spektrum hat. Ob ich den Verstärker bei 12V brücke oder nicht, es werden NICHT mehr! Nicht ohne komplizierte Extrabeschaltung. Und wenn man bei dieser Beschaltung dann auch noch auf ein Netzteil mit Induktiven Spannungswandlern verzichtet, sinkt die Verlustleistung quadratisch. Doppelter strom bei gleicher impedanz ist nicht doppelter Verlust. Das gilt genauso bei Spannungsvergrößernden Schaltungen, nicht nur Lautsprechern. ob AB oder A mit 12V... Diese Spannung wird nie von alleine Steigen. Somit ist es also quatsch, dass da mehr Leistung kommt.

Class A1 ist bei Röhrenverstärkern möglich und bei Mosfets immer. A2 ist immer, wenn Stromverstärkende Bauteile verwendet werden, wie der Bipolartransistor. Ich kenne mich in Elektronik bestens aus. 1.5kW @ 8 Ohm Endstufe aus 12V marke Eigenbau - kein Problem.

Die übrigens Class D, aber im Gegentakt (Was bei der Leistung das einzige sinnvolle ist!!!), also D AB. Ist kein offizieller Begriff, aber es ist nunmal Tatsache, dass der Verstärker nunmal eine Kombi dieser klassen ist.

Was scheinbar viele vergessen wollen ist: Der Lautsprecher muss in zwei Richtungen bewegt werden. Da wir nur 2 Anschlüsse haben, klappt das Funktionsprinzip AB nicht Leistungssteigernd, da so oder So 6V zu 0V entkoppelt werden müssen und dann die Spannung in beide Richtung getrieben werden kann. Es gibt wirklich einen Weg, das auf die "doppelte" Spannung ohne steigende Verluste zu treiben, nur geht das dann NICHT, wenn die Masse des Lautsprechers mit der Gerätemasse verbunden ist. Beide Ausgänge MÜSSEN dann schweben um abwechselnd auf Masse ODER 12V geschaltet zu werden. Ich kenne aber selber keinen IC, der das so macht. Alle 12V IC's, die ich bisher in den Händen hatte, nutzten einmal Output und einmal Masse als Ausgang.

Um dir das mal zu verdeutlichen, zeige ich mal Netzteilarten, die auch mit Verstärkern vergleichbar sind:

http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/smps.html

Ganz unten sieht man den Vollbrücken Gegentaktwandler. Der nutzt auch z.B. 12V, um dem Trafo vorzugaukeln, dass 12VAC anliegen würden und nicht 12VDC, da die Masse mal auf 12V gelegt wird, mal auf Masse. So könnte man die Leistung eines Verstärkers auch verdoppeln, aber wiegesagt: Keiner der Namenhaften TDAs, die ich bisher kenne, tun das. Die haben alle eine feste Masseverbindung, somit kommt es ungefähr eher einem Sperrwandler gleich, nur, dass das Audiosignal entkoppelt wird.

Toll, dass du antwortest, Passat, aber nicht toll, wenn du meine Leistungselektronikkentnisse in Frage stellst.

Edit:

http://www.circuitst...-tda1516-circuit.jpg

Hier sieht man einen IC, der die doppelte Leistung haben könnte, da er am Ausgang keine Masseverbindung nutzt. KÖNNTE. Ich kenne dessen Innenbeschaltung leider nicht.

[Beitrag von yttrollface am 12. Jun 2013, 22:53 bearbeitet]

Passat
Inventar

#9 erstellt: 13. Jun 2013, 00:40

Wie schon geschrieben:
Brückenschaltung benutzt zwei vollwertige Class AB-Verstärker.
Der Lautsprecher hängt massefrei dazwischen.

Das Prinzipschaltbild habe ich ja schon gezeigt.

Dadurch verdoppelt sich der Spannungshub und damit auch die Leistung.

Das ist ganz übliche Praxis.

Lad dir einfach mal das SM der Sony TA-N55ES herunter.
Das ist eine Stereoendstufe, die sich auch brücken lässt.
In gebrücktem Modus verdoppelt sich deren Leistung.
Hier gibts das SM:

http://elektrotanya.com/sony_ta-n55es_sm.pdf/download.html

Grüße
Roman

yttrollface
Ist häufiger hier

#10 erstellt: 13. Jun 2013, 23:12

Ah, das wäre schonmal geklärt. Natürlich gibt es nun ein Problem: Wenn bei Verstärkern teilweise sogar die RMS Werte ausgetrickst werden, wie ist das dann bei einem Lautsprecher? Dort wird sicher noch mehr getrickst. Wenn ein 15€ Mitteltöner 100WRMS haben soll, wie viel wird er denn in wirklichkeit als RMS aushalten? 15€ sind ja nicht wirklich viel.

Metal-Max
Inventar

#11 erstellt: 14. Jun 2013, 07:39

yttrollface (Beitrag #10) schrieb:

Wenn sich keine Angabe zum Klirr bei Nennleistung finden lässt, ist sowieso immer Vorsicht geboten.
Man kann durchaus für 15€ einen Speaker konstruieren, der bei 100W RMS nicht kaputt geht. Allerdings dürften dann bei 100W RMS das elektrische Eingangssignal und das akustische Ausgangssignal nicht mehr viel miteinander zu tun haben, will sagen, Distortion irgendwo im Bereich von 0dB oder noch schlimmer.

Passat
Inventar

#12 erstellt: 14. Jun 2013, 10:06

yttrollface (Beitrag #10) schrieb:

Wenn ein 15€ Mitteltöner 100WRMS haben soll, wie viel wird er denn in wirklichkeit als RMS aushalten?

Wie schon weiter vorne geschrieben:
Die 100 Watt RMS beim Mitteltöner gelten fürs Gesamtsystem, d.h. einen Mehrwegelautsprecher, in dem dieser Mitteltöner eingebaut ist und bei der empfohlenen Trennfrequenz nach unten hin mit 12 dB/Oktave getrennt wird.

Die RMS-Messung erfolgt mit Rosa Rauschen.
Und da sieht das so aus, das man mit steigender Frequenz immer weniger Leistung benötigt.

Wenn man diesen Mitteltöner fullrange betreibt, hält er um die 10-15 Watt aus.

Aber so betreibt man keinen Mitteltöner, ergo hat so eine Angabe keinen praktischen Nutzen und wird daher auch nicht angegeben.

Noch etwas ist zu Belastbarkeitsangaben bei Lautsprechern anzumerken:
Das ist ausschließlich die elektrische Belastbarkeit.
Es kann theoretisch sein, das ein Lautsprecher mit einer Belastbarkeit von 100 Watt schon bei einer Leistungszufuhr von 80 Watt anschlägt.

Grüße
Roman

yttrollface
Ist häufiger hier

#13 erstellt: 14. Jun 2013, 22:49

Ja, das kenne ich, dass Lautsprecher schon bei weniger Leistung voll Ausschlagen können. Das passiert besonders bei gewissen Frequenzen. Wenn ich mich nicht total irre, ist das die Resonanzfrequenz.

cr
Inventar

#14 erstellt: 14. Jun 2013, 23:38

Bei Lautsprechern geben manche Hersteller, eher professioneller Ausrichtung auch noch
AES als tiefere und PROGRAMM als höhere an,
zB für den Beyma-Treiber 18P1200ND 1200 Watt AES und 2400 Program power (hier handelt es sich im übrigen um keine Scherzdaten, wie der Laie auf den ersten Blick meinen könnte)

http://www.beyma.de/...sional/18P1200Nd.pdf

Bei Chassis sehe ich aber eine andere Fragestellung als relevant:
Bezieht sich die Leistung auf geschlossenes Volumen, Bassreflex oder offene Schallwand?

Für Fertigboxen stellt sich diese Frage nicht, hier sollte man aber vor allem bei Bassreflex aufpassen, denn weit unten wirkt der Luftpolster nicht mehr als Feder.......
Somit scheint dasselbe Chassis in einer geschlossenen Box im tiefen Bereich mehr auszuhalten als bei BR, wenn ich das nicht falsch sehe...? Und am wenigsten in der offenen Schallwand??

yttrollface
Ist häufiger hier

#15 erstellt: 15. Jun 2013, 22:55

Jap, habe einen ganz ähnlichen Subwoofer von RCF mit 1.2kW RMS. Richtig professionell ausgearbeitet. Der hält ordentlich aus.

Aber braucht 2x140V, um 1kW zu kriegen, weil er 8 Ohm hat und der ClassD Verstärker nicht ganz 100% Pulsbreite schafft, sondern eher >95%.

Bauteile dafür kosten mich satte 350€. Aber dabei ist noch eine 500W 7Kanal Endstufe für insgesamt Surround sound. 7x50W RMS bei unter 0,2%THD und 1x>1000WRMS bei unter 0,5%THD.

Das reicht mir. Das Problem ist, dass es aus 12V betrieben wird. Da brauch ich schon rund 150A. 10V-16V geht das. Aber 350€ ist nichtmal so teuer - kauf erstmal so eine Endstufe für wenig Geld...