Impedanz bei hohen Frequenzen

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Muschelpuster
Schaut ab und zu mal vorbei
#1 erstellt: 24. Mai 2020, 17:13
Moin zusammen,

ich habe immer wieder Probleme mit den Endstufen meiner Receiver (Ausfall, Überhitzung trotz moderater Lautstärke). Ich hatte auch schon öfters den Gedanken, dass meine Lautsprecher Schuld sein könnten, aber da ich nun nicht so hochgradig audiophil bin und es immer wieder genug andere Baustellen gab, habe ich das erfolgreich verdrängt. Dies war sicher keine gute Idee, denn mein nun streikt mein aktueller Receiver (Pioneer VSX-S520), nachdem er Hitzewallungen hatte. Er hatte vorher schon mal gesagt, dass ich die Lautsprecherverkabelung prüfen solle, was ich auch tat, aber nichts gefunden habe und davon ausgegangen war, dass ich das Problem beim Prüfen unbemerkt behoben habe. Da wir gerade renoviert hatten, war es natürlich denkbar, dass beim Wiederaufbau der Technik irgendwo gepfuscht wurde.
Die Lautsprecher sind Canton Movie MX (wie gesagt, ich bin da nicht auf der HighEnd-Welle) und sie hatten lange Welpenschutz bei mir, da sie gerade mit den dazugehörigen Ständern schön dezent aussehen.
Nun muss aber was passieren und ich habe zuerst mal alle Lautsprecher mit einem Tongenerator von Handy aus durchgepustet. Das ist sehr leise, aber schon mal ein erster Ansatz. Bei 3 Lautsprechern war ab 8-9kHz nichts mehr zu hören. Also scheint die Frequenzweiche oder der Hochtöner hin zu sein. Da die Dinger also augenscheinlich eh kaputt waren, habe ich mal einen zerlegt, was bei den Lautsprechern nicht so schlimm ist, solange man nicht an die eingeklebte Frequenzweiche ran will. Als ich das geschafft hatte, und die Kondensatoren ausgelötet hatte durfte ich feststellen, dass sie zumindest am Messgerät verdammt nahe an ihren tatsächlichen Kapazitätsangaben waren. Also schlagen sie bei höheren Leistungen durch, oder gibt es ein anderes Problem?
Nun habe ich mal den Frequenzgenerator an einen anderen Verstärker angeschlossen und mit 2 Messgeräten Strom und Spannung bei verschiedenen Frequenzen gemessen (100-900 Hz in 100er Schritten, 1-18kHz in 1000er Schritten).
Und das Ergebnis ist durchaus spannend. Bei 100Hz starten alle um die 8Ohm, bei 200Hz haben 2 Lautsprecher 13Ohm, aber auch alle anderen gehen nochmal etwas hoch. Ab 400Hz geht es bergab und der erste Lautsprecher unterschreitet bei 8kHz die 4Ohm-Marke, die letzten bei 10kHz. Ab 16kHz ist der letzte unter 2Ohm.
Nun könnte das ja alles auch etwas am Messaufbau liegen, auch wenn die Messgeräte nicht die Bílligsten sind), daher habe ich 2 Referenzmessungen gemacht. Zum einen mit einem Magnat-Center, der die Kurve ähnlich zeichnet, aber bei 18kHz noch 3,88Ohm hat und mit einer Glühlampe als relativ linearen Widerstand. Diese zeigt auch einen abfallenden Wiederstand bei steigender Frequenz, aber nicht so stark. Ich hätte da jedoch eher einen steigenden Wert erwartet (wegen dem gewendelten Glühfaden, den ich eher als Spule sehe, denn als Kondensator).
So, nun habe ich viel geschrieben, jetzt kommt die große Quizfrage: Sind die Ergebnisse plausibel und kann ich meine Lautsprecher entsorgen? Nehme ich mal den Magnat als Referenz, dann ist dem so, bereinige ich der Ergebnisse um die Werte der Glühlampe evtl. nicht, wobei der Magnat dann ja auch deutlicher über 4Ohm bleibt. Und wie weit darf die Impedanz runter gehen? Ich würde erwarten, nie unter 4 Ohm für einen Lautsprecher mit 4-8 Ohm Impedanzangabe.
Hier mal ein Diagramm aus den Messwerten:
Messkurve Lautsprecher
R1-R4 sind die Cantons, R5 ist der Magnat, bei dem ich die 12kHz nochmal prüfen müsste, denn hier gehe ich von einem Messfehler aus.

Niels
fplgoe
Inventar
#2 erstellt: 24. Mai 2020, 17:49
Schon dass keiner Deiner Lautsprecher niederohmig anfängt, zeigt, dass die Messungen nicht funktionieren können.

Du kannst mit einem Multimeter nicht Strom und Spannungen messen bei beliebigen Frequenzen. Schau mal in die technischen Daten, da sind meist die zulässigen Frequenzen (z.B.50-400Hz) angegeben. Ich habe hier ein relativ hochwertiges Gerät, das ist (überrascht mich jetzt selbst) mit sogar 20kHz angegeben.

Aber wie dem auch sei, wir sind hier bei einem Scheinwiderstand, Du hast die Spannung und den Strom nicht gleichzeitig anliegen. So etwas ließe sich nur mit einem Vorwiderstand, einem Funktionsgenerator und einem Oszilloskop dahinter ermitteln und müsste dann errechnet werden.

Und die Glühlampe hat nicht mal komplett geschlossene Wicklungen, da wird der Widerstand mehr oder weniger gleich bleiben, bestenfalls bei der Induktivität im nH (Nanohenry) Bereich bei 20kHz noch gar nichts frequenzabhängiges zu sehen sein.

Viel geschrieben aber nichts geholfen... Sorry. Das aber ein Verstärker bei moderaten Lautstärken durch seine Lautsprecher beschädigt wird, sollte nicht passieren, ansonsten müsste man auch schon lange vorher die Verzerrungen -durch eine viel zu niedrige Impedanz z.B.- zu hören können.


[Beitrag von fplgoe am 24. Mai 2020, 17:52 bearbeitet]
Muschelpuster
Schaut ab und zu mal vorbei
#3 erstellt: 24. Mai 2020, 18:06

fplgoe (Beitrag #2) schrieb:

Du kannst mit einem Multimeter nicht Strom und Spannungen messen bei beliebigen Frequenzen. Schau mal in die technischen Daten, da sind meist die zulässigen Frequenzen (z.B.50-400Hz) angegeben. Ich habe hier ein relativ hochwertiges Gerät, das ist (überrascht mich jetzt selbst) mit sogar 20kHz angegeben.

Danke für die Bestätigung meiner Befürchtungen ;-)
Mein Messgerät kann zwar Frequenzen bis 10kHz 'zählen', aber für Spannung ist 40-400Hz angegeben, wie ich nach gründlicher Suche feststellen musste. Für den Strom steht da nichts, aber ich gehe mal von gleichen Werten aus.


fplgoe (Beitrag #2) schrieb:
...Du hast die Spannung und den Strom nicht gleichzeitig anliegen.

Bei 2 Messgeräten schon


fplgoe (Beitrag #2) schrieb:
So etwas ließe sich nur mit einem Vorwiderstand, einem Funktionsgenerator und einem Oszilloskop dahinter ermitteln und müsste dann errechnet werden.

Aber was nehme ich beim Oszilloskop? Eigentlich ist es doch egal und ich kann die max. Amplitude nehmen, oder? Einen Effektivwert bekomme ich da ja so nicht.

Niels


[Beitrag von Muschelpuster am 24. Mai 2020, 18:14 bearbeitet]
fplgoe
Inventar
#4 erstellt: 24. Mai 2020, 18:20

Muschelpuster (Beitrag #3) schrieb:
...
fplgoe (Beitrag #2) schrieb:
...Du hast die Spannung und den Strom nicht gleichzeitig anliegen.

Bei 2 Messgeräten schon

Nein, Du verstehst nicht, wenn Du über einem Scheinwiderstand Spannung und Strom grafisch darstellst, sind sie phasenversetzt. Deshalb kann man in diesem Bereich ja auch nur geometrisch rechnen, nicht wie bei Gleichströmen und -spannungen.

Hast Du die Lautsprecher mal einfach ohmsch durchgemessen? Nicht weil der absolute Wert aussagekräftig wäre (der wird vermutlich so bei 2-3 Ohm liegen) aber im Vergleich, dann kannst Du zumindest auffällige Unterschiede sehen, die bei baugleichen Geräten ja nicht so sein sollten.

Ansonsten Zweistrahl Oszi, Vorwiderstand und dann über die Spannungen (wirklich 'zeitgleich') kannst Du relativ einfach über den Spannungsteiler (Widerstand+Lautsprecher in Serie) die Impedanz errechnen.


[Beitrag von fplgoe am 24. Mai 2020, 18:23 bearbeitet]
Muschelpuster
Schaut ab und zu mal vorbei
#5 erstellt: 24. Mai 2020, 19:14

fplgoe (Beitrag #4) schrieb:
Hast Du die Lautsprecher mal einfach ohmsch durchgemessen? Nicht weil der absolute Wert aussagekräftig wäre (der wird vermutlich so bei 2-3 Ohm liegen) aber im Vergleich, dann kannst Du zumindest auffällige Unterschiede sehen, die bei baugleichen Geräten ja nicht so sein sollten.

Die Frequenzweiche hat einen Eingangskondensator und so sind die Lautsprecher in der ohmschen Messung hochohmig.
Frequenzweiche Canton Movie MX


fplgoe (Beitrag #4) schrieb:
Ansonsten Zweistrahl Oszi, Vorwiderstand und dann über die Spannungen (wirklich 'zeitgleich') kannst Du relativ einfach über den Spannungsteiler (Widerstand+Lautsprecher in Serie) die Impedanz errechnen.

Ich habe mal etwas mit meinem Hand-Oszi geübt. Der ist nicht nur 2-kanalig, die Kanäle sind sogar zueinander isoliert, was ja hier aber nun nicht relevant ist. Leider benutze ich den viel zu wenig, er war mal als Speicher-Oszi für Signalanalysen zu mir gekommen und ich habe jetzt einfach zu Anwendungsfälle bzw. Zeit für die Anwendungsfälle.
Ich verstehe schon das Thema der Phasenverschiebung, weiß aber ehrlich nicht, wie ich diese in die Berechnung mit einbeziehen soll. Aber nach etwas Dialog zwischen Oszi und mir zeigt er jetzt sogar die Top-Spannungen beider Kanäle an. Das macht die Erstellung einer Messreihe natürlich deutlich einfacher und mit beiden Kurven übereinander behalte ich die Phasenverschiebung im Auge. Im kurzen Test mit 3,9 Ohm Messwiderstand vor dem Magnat bei 8kHz war keine Phasenverschiebung zwischen den Kanälen zu erkennen.

Niels


[Beitrag von Muschelpuster am 24. Mai 2020, 19:15 bearbeitet]
fplgoe
Inventar
#6 erstellt: 15. Jun 2020, 20:07
So, hat etwas gedauert, aber jetzt bin ich doch dazu gekommen. Sorry für den handschriftlichen Teil, hatte keine Lust das professionell zu zeichnen:

So, Grundprinzip simple Reihenschaltung Widerstand/Scheinwiderstand, als Hilfsmittel habe ich den Widerstand in 8,2Ω ausgelegt, der genaue Wert ist aber nebensächlich, da man ja nur die Spannungen über einem Spannungsteiler misst.

Der erste Teil der Formel (1) errechnet die Impedanz des Lautsprechers aus dem in der Reihenschaltung überall gleich großen Strom und der über dem Lautsprecher abfallenden Spannung.

Der zweite Teil (2) kommt eigentlich noch vorher und errechnet den fließenden Strom durch den eingesetzten Hilfswiderstand und der darüber abfallenden Spannung.

Beide Formeln sind zusammengefasst dann in Bild (3) zu sehen.



20200615_192815_



In der Praxis am Oszi sieht dass dann -am Beispiel bei 1kHz- wie folgt aus:


scope_0


Ich habe jetzt einfach mal ein paar Messwerte erfasst und war dann selbst überrascht, wie der NoName-Nahfeld-Monitor, den ich jetzt aus dem Keller gekramt habe, über den Frequenzgang hinweg massiv nach oben und unten schwankt. Aber da erklärt sich auch die meist verwendete Angabe x-y Ω.


Z-LS


Ich denke, die Frequenzweiche mit ihren verbauten Kapazitäten und Induktivitäten wird da für die Schwankungen verantwortlich sein. Ich werde das vielleicht nochmal an einem nackten Chassi wiederholen, wenn ich Zeit habe, da sollte der Widerstand (bzw. korrekter die Impedanz) gleichmäßig wandern.

Die Frequenzen jenseits der Hörbarkeit haben ich nur des Spaßes halber mit gemessen, um zu sehen, wie sich der Lautsprecher über den Nutzbereich hinaus verhält.
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