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Vollständige Version anzeigen : Thermische Kompression bei Lautsprechern


OpenEnd
23.01.2008, 20:52
Lautsprecher haben im Allgemeinen eine Schwingspule aus einem leitfähigen Material. Am häufigsten wird Kupfer als Leitermaterial verwendet, manchmal auch Aluminium oder andere metallische Leiter. Diese Schwingspule ist in Flachdraht- oder in Runddrahttechnik gewickelt. Diese Schwingspule besitzt eine Induktivität und einen realen Wirkwiderstand. Dieser Wirkwiderstand ist temperaturabhängig. Die Temperaturabhängigkeit ist nicht zu unterschätzen. Lautsprecher für den Heimgebrauch haben oftmals nur einen akustischen Wirkungsgrad von ca. 3%. Das bedeutet, dass 97% der zugeführten Leistung in Wärme umgewandelt werden müssen. Leicht kann man berechnen, dass bei 100W zugeführter Leistung in diesem Fall 97W in Abwärme umgewandelt werden.
Wenn man schon mal einen Lötkolben in der Hand hatte, wird einem schnell klar, wie warm 97W eine Schwingspule aufheizen können.
Glücklicherweise steht die Schwingspule nicht still und kann somit einiges an Wärme abführen. Allerdings bleibt noch so viel Wärme übrig, dass der Wirkwiderstand seine Größenordnung nennenswert verändert. Abgesehen davon, dass sich durch die Widerstandsveränderung Weichenparameter ändern, kommt es noch zu einer im Leistungstakt auf und abschwellenden Widerstandsänderung. Mit zunehmender Erwärmung stellt sich ein erhöhter Widerstand dem Strom entgegen und verringert diesen dadurch. Da der Strom durch eine Spule aber den Wirkmechanismus darstellt, kommt es somit zu einer Stauchung der Signalspitzen, die sich in erster Näherung in harmonischem Klirr äußert.

Nun wollte ich das mal mit einfachen Worten erklären, komme aber in Zeitnot. Ich stelle das schon mal ein und werde es aber noch verbessern.

Bitte stellt Fragen, damit ich weiß, wo etwas nicht verstanden wird.

Grüßle vom Charly

Willi
23.01.2008, 21:05
Dieser schlechte Wirkungsgrad ist mir deutlich lieber als beim Automotor.
Glaube darüber hinaus, dass mein Lautsprecherhersteller dies auch weiß.

Fröhliche Grüße aus nahe Cölbe

Willi

Replace E
23.01.2008, 21:23
Hi!

Da ich dynaische Musik höre und keine Sinustöne mit ununterbrochen hohem Pegel, sollte das Problem in der Praxis auch bei sehr hohen Abhörpegeln keine Rolle spielen - oder?

Hifi_Addicted
23.01.2008, 22:08
Und es ist doch ein Problem.

Ich höhre relativ undynamische Musik. Konkrete Zahlen kann ich zwar auf die Schnelle nicht liefern allerdings habe ich das auch schon beobachtet dass bei gleichbleibender Lautstärke (+- 3db RMS max.) nach einer gewissen Zeit sich der Ausschlag der Aussteuerungsanzeigen verändert. Zuerst hab ich es für eine Fehlfunktion des Reglers betrachtet.

Bei 18V Klemmenspannung @ 200 Hz verliere ich gut 2db innerhalb von 5s dann hab ich abgebrochen weil ich die Chassis nicht verheizen will. Die Endstufen hab ich dabei noch nicht einmal auf Halblast gehabt.

Bei den Hochtönern hab ich auf versuche verzichtet. Die scheinen mir zu zerbrechlich.

Intressanterweise gibts der Regler auch alles andere als einen Sinus (Spitzen bis +-35V an den Endstufen) aus wen die LS geregelt gefoltert werden was wohl ein Anzeichen dafür dass der Klirr im gegensatz zu geringen Pegel explodieren würde wenn der Regler nicht eingreifen würde.

Ich will jedenfalls nicht mehr auf meine PID-Regler verzichten. Für Irgendwas wa ja die Prozessleittechnicker Lehre auch gut auch wenn ich das Zeug nicht sonst nicht brauche.:lol:

Blöderweise hab ich keine Idee wie ich die Mitteltöner vernünftig Regeln soll nachdem er kein Kolbenschwinger ist. Im Moment sind bei mir nur die 4 Tieftöner und die beiden Hochtöner geregelt.

Bei Dynamischer Musik ist es noch schlimmer. Wenn ich die Don Henley - Building The Perfect Beast @ 100db RMS 1000ms RMS laufen lasse bekomme ich Spitzen von bis zu +-50V (da bremst der Limiter den Regler ein und lässt kurzzeitig Fehler zu) an den Ausgängen. Ungeregelt bleibe ich bei unter 20V Peak.

Jedenfalls werde ich wohl bald mal die Endstufen von +-60V auf +-120V umschalten und die Maximalspannung auf +-100V. Bleibt nur die Frage ob die Chassis das aushalten wenn kurzfristig 1666 Watt einwirken pro Kanal wohlgemerkt. Die 416W die jetzt auftreten können scheint sie nicht zu stören.

MfG Christoph

Franz
23.01.2008, 22:28
Wer will, kann auch in meinem Privatforum hier unter "Silbersand" zu diesem Thema die Darstellung von Friedrich Müller lesen. Ich finde, er hat zur thermischen Dynamikkompression bei Lautsprechern sehr Einleuchtendes gesagt: http://www.open-end-music.de/vb3/showthread.php?t=22

Gruß
Franz

Replace E
23.01.2008, 22:39
Ok - ich bin da mit meinem Musikgeschmack vielleicht atypisch.
Aber wenn wir das gedanklich mit dem Thread "Wider den Lautheitswahn" verbinden, leuchtet mir schon ein, dass das Thema bei entsprechendem Musikmaterial irgendwann eine Rolle spielt.

Schön, wenn dann auch passive LS selbstrückstellende Sicherungen haben, wie ich es z.B. von Nubert kenne.
Bei Überlastung schalten die dann halt das Chassis ab und irgendwann von selber wieder ein.
Machen aber nicht alle LS-Hersteller.
Warum eigentlich nicht?

OpenEnd
24.01.2008, 00:20
Hallo Eusebius,

jegliche Musiksignale lassen sich per Fourier Analyse auf Sinusschwingungen zurückführen.
Kurz gesagt, Musik ist immer irgendwie Sinus. :teach:

Die mittlere Leistung bei Musikwiedergabe erwärmt die Schwingspule auf einen mittleren stationären Wert. Die Leistungsspitzen sorgen dafür, dass innerhalb der Zeit der Stromspitzen die Erwärmung so zunimmt, dass sich der Strom dadurch wieder begrenzt.
Das bedeutet, dass Leistungsspitzen gedeckelt werden, sich dadurch harmonischer Klirr einstellt.

Grüßle vom Charly

Replace E
24.01.2008, 00:49
Hallo Charly!
bleiben wir im Detail:

Hat bei einem vernünftig konstruierten LS eine Schwingspule überhaupt die Zeit, sich bei üblichen Lautstärken auf kritische Temperatur zu erwärmen, wenn bei einem dynamischen Musiksignal Millisekunden später schon wieder verträglichere Pegel anliegen?
Kurzzeitig mögen ja mal einige hundert Watt anliegen - aber kommt es nicht auf die mittlere Dauerbelastung über viele Sekunden an, die doch deutlich niedriger ist?

Was mich angeht: Selbst wenn ich auf hoher Lautstärke einen fetten Mahler höre, habe ich doch nie die Sorge, meine Schwingspulen könnten ein thermisches Problem kriegen? Vorher kriegen meine Ohren ein Problem!

Ist das nicht eher eine theoretische Diskussion?

Da kommt mit noch ein anderer Gedanke: Wenn es entscheidend vom Musikmaterial abhängt: Hören Klassikhörer per se verzerrungsärmer und damit "highfideler" als andere?
(Ist absolut nicht so überheblich gemeint wie es vielleicht klingt! Ich meine das rein technisch.)

Hifi_Addicted
24.01.2008, 01:21
Auch Punk-Höhrer höhren gerne verzerrungsarm.

Nachdem die Schwingspule selbst ja kaum ein Gewicht hat wenn man mal von dicken PA-Chassis wie dem Precision Devices PD2450 mit einem Spulendurchmesser von 152mm absieht ist es klar dass die Spule sehr schnell warm werden muss.

Eine theoretische Frage ist eigentlich nicht. Nicht um sonst werden Subwoofer beim db Dragrace teilweise sogar mit Stickstoff oder Helium behandelt um noch etwas herauszuholen.

Die Erwärmung findet durchaus im ms Sekundenbereich statt. Mit Präzisen Messgeräten kann man sogar mit einer normalen 100er Birne einen CosPHI !=1 und eine vom Spannungsinus abweichende Stromkennline Provozieren wenn man auf 16,7 Hz (Bahnstrom) mit der Frequenz herunter geht. Selbst Glühlampen kämpfen damit. Ich hätte das nicht geglaubt wobei es sich aber mit Messwerkzeug vom Krabbeltisch nachweisen lässt.

MfG Christoph

wirbeide
24.01.2008, 09:08
Letztendlich entsteht dadurch dann auch ein> sehr häufig,

"aufgedickter" und warmer Bass> also bei zunehmender Lautstärke, ein Zeichen dafür, dass etwas nicht passt...

Auch rein technisch, Eusebius, hören Klassikliebhaber nicht hifideler als Menschen, die einer anderen Musikrichtung angetan sind.

Ich lasse jetzt mal bewusst die Lauthörer außen vor, die sich ausschließlich , und nur so, mit Musik indentifizieren.

Ab einer gewissen Lautstärke kann man gar nicht mehr das Facettenereichtum einer Aufnahme wahrnehmen!!!

Wieso soll denn deine Musikrichtung eigentlich< a- typisch sein, Euse...?



Volkhart:peitsch:

jakob
24.01.2008, 11:43
Die Vermutung ist durchaus gerechtfertigt, daß der Dynamikumfang der Musik eine Rolle spielt.
Drüberhinaus gibt es auch noch eine Abhängigkeit von der Aufteilung der Frequenzbereiche auf die einzelnen LS-Chassis.
Vielwege-LS haben i.a.R. weniger mit Kompressionseffekten zu kämpfen als typische Zweiwegekonstruktionen, bei denen der Tiefmitteltöner prinzipbedingt einen sehr viel größeren (auch noch den üblicherweise energiereichsten) Anteil des Frequenzspektrums übernehmen muß.

Bei einem Vielwege-LA verteilt sich im Vergleich die Energie bereits auf 3 Chassis.

Es ist eine der zahlreichen Erwägungen, die bei der Entwicklung von LS berücksichtigt werden müssen. :)

Gruß

KSTR
24.01.2008, 14:08
Letztendlich entsteht dadurch dann auch ein <sehr häufig "aufgedickter" und warmer Bass> also bei zunehmender LautstärkeOui, das ist der zweite Effekt, nebem dem ersten (da habe ich Erfahrungen im PA/Musiker-Bereich): Mit Thermische Kompression ist eine Pegelreduzierung im eher langfristigen Masstab gemeint (thermische Zeitkonstanten eher im Sekundebereich). Um Hundert Grad erwärmtes Kupfer hat 40% mehr Widerstand, und damit das Chassis entsprechend weniger Strom/Leistung pro angelegter Spannung. Ein weiterer Effekt, bei Tieftönern speziell, ist die elektrische Entdämpfung (Qes steigt über das erhöhte Re, damit auch Qts) wodurch die Bassabstimmung der Box etwas verändert wird (es "bollert" mehr). PA-Boxen, bei denen man davon ausgeht dass sie auch mit entspr. Dauerleistung gefahren werden, sind daher oft für den "heißen" Zustand abgestimmt (und im Großsignalverhalten ändern sich auch die Thiele/Small-Parameter deutlich, sodass eine Abstimmung "nach Datenblatt" -- oft für den Kaltzustand und nur für Kleinsignal -- meistens daneben geht).

Grüße, Klaus

Hifi_Addicted
25.01.2008, 00:06
Ab einer gewissen Lautstärke kann man gar nicht mehr das Facettenereichtum einer Aufnahme wahrnehmen!!!


Das klappt auch noch ganz gut bei extremen Pegeln. Viele CDs brauchen überhaupt erst einen gewissen Pegel damit sich die Musik entfalten kann.

Gerade im Punk + Metl Bereich sind viele Aufnahmen eher auf gehobene Pegel optimiert (ich meine nicht das Loudnessrace). Leise klingen diese CDs oft einfach nur dünn und langweilig wobei wiederum viele Pop CDs bei gehobenen Pegeln schnell lästig werden können obwohl sie leise duchaus annehmbar sind. XRCDs sind definitiv auf eher leises höhren optimiert. Das Kresse gegenteil sind diverse MFSL Veröffentlichungen die eher auf Laute Pegel + viel Dynamik optimiert werden.

MfG Christoph

replace_03
25.01.2008, 06:49
Das ist mit einer der Gründe, warum sogenannte Audiophile-CDs, eher wärmer bzw. deutlicher im Bass betont sind.

Sehr viele „Audiophile-Hörer“, hören eher leise und sehr „Wohnzimmertauglich“ (Frau/Kinder/Nachbarn) und da werden weder die Schwingspulen warm, noch die „Kraft“ im Bass deutlich.

Für uns „normal“ Jecken gehört auch schon mal der größere Pegel, über 85 dB am Abhörplatz zum Wohl-fühl-Paket und da fangen je nach Chassis schon mal leichte Erwärmungen an und das Bassempfinden verändert sich, so das wir dann solche „leisen“ Audiophilen CDs als zu etwas zu Bassbetont empfinden.

Im extrem „Watt verbrennen können“- König, die Boom-Car-Hifi Scene, werden die Chassis so entwickelt das sie mittlerweile bis zu 16.000 Watt an 4 Ohm abkönnen, und das wird durch extrem aufwendige Kühltechnik und Wärmeableitung erreicht.

Wenn man diese Kühltechnik im HiFi oder PA Systemen einsetzen würde, würde sich der Sound nicht so verändern.

Umgekehrt, eine alte Marschall Box mit ihren 4 x 12Zoll Celestion Chassis die eine Schwingspule von vielleicht 2,5 cm Durchmesser und kurzem, sehr dünnen Draht besitzen, brauchen einfach eine halbe Stunde in Proberaumlautstärke, bis sie diesen Warmen Sound erreichen, darunter hört sich das immer dünn und eher kratzig hart an.