Leistungsverteilung einer Endstufe über das Frequenzband

Doppelte Frequenz = 1/4 Leistung nötig für gleiche Lautstärke.

Nehmen wir mal 50 Hz:
Wenn du da jetzt 50 Watt rein steckst, sind für 100 Hz nur noch 12,5 Watt nötig, für 200 Hz nur noch 3,125 Watt, für 400 Hz nur noch 0,78 Watt etc.

Grüße
Roman

Eine Endstufe ist in erster Vereinfachung eine Spannungsquelle mit einer frequenzunabhängigen maximalen Ausgangsspannung. Soll heißen, wenn deine Endstufe 50 W an 4 Ohm liefert, entspricht das einer Ausgangsspannung von 14.14 V RMS oder 20 V pk. Diese kann sie potentiell bei jeder Frequenz abgeben.
Je nach Schaltung kann es an den Rändern des Frequenzbereichs etwas weniger sein, aber das lässt sich ohne Messungen nicht vorhersagen.
Löse dich vom Begriff der Leistung, da diese von der frequenzabhängigen Impedanz des angeschlossenen Chassis abhängt. Es ist viel besser, hier in Spannungen zu denken.
Welche Spannung in welchem Frequenzbereich abgegeben wird, hängt einzig und allein vom Eingangssignal ab und lässt sich pauschal nicht vorhersagen! Standardisierte Testsignal zur Ermittlung der Belastbarkeit von Lautsprechern haben im Grunde alle ein zu höheren Frequenzen abfallendes Spektrum, z.B. rosa Rauschen mit 3 dB / Oktave (vierfache Frequenz -> halbe Spannung). Das bildet durchschnittliches Musikmaterial gut ab. Aber Ausnahmen sind immer möglich. Daher halte ich Aussagen wie die meines Vorredners für gefährlich und irreführend. Zumal es hier nicht um empfundene Lautstärke, sondern um Schalldruckpegel geht, dessen Frequenzabhängigkeit ist einzig und allein vom individuellen Chassis abhängig und keinem pauschalen Gesetz unterworfen.

Den FR58 kannst du ja sehr einfach in Boxsim simulieren. Das Programm gibt dir einen Plot der maximalen Eingangsspannung über der Frequenz aus. Dieser wird aus der elektrischen und der mechanischen Belastbarkeit(Hub) des Chassis berechnet. Der wird dir sagen, dass bei keiner Trennfrequenz ein absolut sicherer Betrieb des FR58 4 Ohm mit deiner Endstufe möglich ist. Bei der 8 Ohm Variante sieht es etwas besser aus, aber auch das ist ein Leisesprecher, der quasi gar keine Leistung verträgt.

Welche "Startfrequenz" kann man bei einem standard AUX-Signal erwarten? Oder muss ich die tiefste Frequenz meines Verstärkers als "Startfrequenz" annehmen. Bei deinem Vorschlag hängt die Leistung bei Frequenz x ja stark von der Frequenz ab, bei welcher ich die 50W ansetze. Du meintest doppelte Frequenz --> 1/4 der Leistung wird benötigt (bei gleichem Kennschaldruck der Lautsprecher). Heißt das auch, dass auch nur ein 1/4 der Leistung tatsächlich am Lautsprecher ankommt?

Gruß
Fabian

Was ist für dich ein "AUX-Signal"? AUX ist für mich eine nicht-standardisierte Anschlussbeschreibung, z.B. ein Aux-Weg an einem Mischpult.

Vergiss die Leistung, denke in Spannung. Wenn wir den Frequenzgang eines Lautsprechers außen vor lassen (bzw. als ideal annehmen), wird für den gleichen Schalldruckpegel immer die gleiche Spannung benötigt! Doppelte Frequenz -> gleiche Spannung für gleichen Schalldruck.

Du denkst vermutlich anders herum, welche Spannung liegt bei welcher Frequenz am Lautsprecher bei einem typischen Musiksignal an? Das hängt wie schon gesagt vom konkreten Material ab.
Ein Universal-Signal ist beispielsweise das Rauschen nach EIA-426B:
Development of Test Signals for the EIA-426-B Loudspeaker Power Rating
Dessen Spektrum ist per Hoch- und Tiefpass auf 40 Hz bzw. 10 kHz begrenzt, fällt zwischen 40 Hz und 1 kHz mit 3 dB / Oktave und zwischen 1 kHz und 10 kHz mit 6 dB / Oktave (im Paper steht für mich unverständlicherweise 10 dB bzw. 20 dB / Oktave, müsste / Dekade sein).

Richtig kompliziert wird es nun, wenn wir uns vor Augen halten, dass das Rauschen ja nicht nur ein bestimmtes Spektrum, sondern auch noch einen Crestfaktor (Verhältnis Spitzen- zu Durchschnittswert) hat. Ein Sinus hat einen Crestfaktor von 3 dB, normale Musiksignale bewegen sich meist zwischen 9 dB und 12 dB. Wir wissen vom Chassis im Grunde nur, welche Durchschnittsleistung/Spannung es verträgt, aber nicht, welchen Spitzenwert. Visaton macht leider keine Angaben, wie sie ihre Belastbarkeit ermitteln.

Du wirst daher meiner Ansicht nach keine eindeutige Antwort auf deine Frage bekommen können. Aber da du vermutlich eine Trennfrequenz in der Region wie bei der Pacto (250 Hz) nicht unterschreiten wirst, sage ich mal aus dem Bauch raus "wird schon gehen". Bzw. wenn du dann das Chassis grillst, ist das gesamte Konzept grundsätzlich für dich nicht geeignet und du solltest etwas mit mehr Kenn- und Maximalschalldruckpegel planen.

Tut mit leid, ich las deine Nachricht erst nachdem ich auf deinen Vorredner antwortete.

Ich habe jetzt den maximalen effektiven Spannungswert des Chassis (den des FR58 konnte ich in boxism nicht finden, daher verwendete ich den fr87. Der ist ähnlich und reicht zur groben Orientierung aus). Wenn nun meine Endstufe an 4 Ohm 50W liefert, ergibt das:
P=U x I und I=U/R --> P=U^2/R --> Wurzel(P x R) = U
eingesetzt kommt da 14.1V Effektivspannung heraus, die der Verstärker über den ganzen Frequenzbereich liefert. Das sagtest du ja schon.

Ein Blick in den Graphen der frequenzabhängigen maximalen effektiven Spannung des fr87, wird dieser Wert bei ca. 600hz überschritten, heißt ab da bin ich mit dieser Endstufe definitiv im sicheren Bereich.

Nun meintest du allerdings noch, dass diese Spannung der Endstufe ja nicht der Realität entspricht, daher verwendet man das rosa Rauschen, welches der Realität näher kommen soll. Das bedeutet, man bräuchte eine rosa Rauschen Spannungskurve mit einem Durchschnittswert von 50W bei 4 Ohm. Wie erstellt man so eine Kurve, bzw. wie importiert man sowas in boxism? Die Peakbelastungsgrenze kann so natürlich nicht abgeschätzt werden, das liegt allerdings ja auch daran, dass Visaton keine Angaben zu ihren Messmethoden bzüglich Crestfaktor macht.

Wenn man nun diese Kurve und die der maximalen effektiven Spannung des Lautsprechers übereinanderlegt, kann man die tiefstmögliche Trennfrequenz einigermaßen gut abschätzen, richtig?

Gruß
Fabian

Der FR 58 hat ein lineares Verschiebevolumen von 1,45 cm³.

Damit sind folgende Pegel bei Frequenz X möglich:
75 dB bei 300 Hz
95 dB bei 900 Hz
105 dB bei 2700 Hz
etc.

Das nötige Verschiebevolumen sinkt mit steigender Frequenz.
Da aber der Membrandurchmesser gleich bleibt, sinkt der Membranhub.
Und einen kleineren Membranhub bekommt man nur bei weniger Spannung.

Und deshalb haben selbst bei einem Lautsprecher mit 500 Watt RMS Belastbarkeit die Hochtöner nur eine Belastbarkeit von 10-20 Watt.

Bei FR 58 liegt fs bei 190 Hz.
Grobe Faustregel ist, das man Chassis erst ca. 1 Oktave über FS ankoppeln soll, d.h. in diesem Falle 380 Hz.
Das liegt aber schon im Stimmbereich.
Bei vielen Fertiglautsprechern übernimmt der Mitteltöner meist den Bereich 300 Hz - 3000 Hz und spielt damit den kompletten Stimmbereich.
Und selbst wenn du den bei 300 Hz ankoppelst, ist er bei ca. 75 dB am mechanischen Ende angekommen.
Er taugt also max für Zimmerlautstärke.
Erst ab ca. 1000 Hz ist er brauchbar einsetzbar, wenn man auch höhere Lautstärken realisieren will.

Grüße
Roman

Wie berechnet man denn aus dem linearen Verschiebevolumen den Maximalpegel? Da spielen doch noch viele andere Faktoren mit, wie der Kennschalldruck, Leistung bzw. max. eff. Spannung. Aber ich glaube man könnte diese Diskussion ins Unendliche Fortsetzen...
Wo lernt man denn Lautsprecherbau richtig, bzw. wo habt ihr euer ganzes Wissen her? Ich hab mal von Visaton das Lautsprecherhandbuch durchgearbeitet, trotzdem verstehe ich recht wenig von dem was ihr erzählt. Könnt ihr irgendwelche Bücher/Kurse oder etwas Ähnliches empfehlen, durch Foreneinträge lesen bekommt man auch nur Bruchstücke der Thematik mit, allerdings keine großen Zusammenhänge.

Gruß Fabian

Passat (Beitrag #7) schrieb:

Damit sind folgende Pegel bei Frequenz X möglich: 75 dB bei 300 Hz 95 dB bei 900 Hz 105 dB bei 2700 Hz etc.

Wobei hier ja die mechanische Belastbarkeit zugunde liegt, die elektrische Belastbarkeit kommt ja noch hinzu. So kann ich mir die 105 dB bei 2,7 kHz nur schwer vorstellen.

fabian73456 (Beitrag #8) schrieb:

Wie berechnet man denn aus dem linearen Verschiebevolumen den Maximalpegel?

Um solche Dinge abzuschätzen eignet sich WinISD ganz gut. So ist es zu allem Überfluss auch noch so, dass auch vom verwendeten Gehäuse abhängt, bei wieviel dB die mechanische und elektrische Belastungsgrenze erreicht wird.

fabian73456 (Beitrag #8) schrieb:

Wo lernt man denn Lautsprecherbau richtig, bzw. wo habt ihr euer ganzes Wissen her? Ich hab mal von Visaton das Lautsprecherhandbuch durchgearbeitet, trotzdem verstehe ich recht wenig von dem was ihr erzählt. Könnt ihr irgendwelche Bücher/Kurse oder etwas Ähnliches empfehlen, durch Foreneinträge lesen bekommt man auch nur Bruchstücke der Thematik mit, allerdings keine großen Zusammenhänge.

Also ich kann "Lautsprecherbau: Bewährte Rezepte für den perfekten Bau" von Vance Dickason und "Lautsprecher-Messtechnik: PC-gestützte Analyse analoger Systeme" von Joseph D'Appolito wärmstens empfehlen.

Viele Grüße,
Ezeqiel

fabian73456 (Beitrag #6) schrieb:

Ein Blick in den Graphen der frequenzabhängigen maximalen effektiven Spannung des fr87, wird dieser Wert bei ca. 600hz überschritten, heißt ab da bin ich mit dieser Endstufe definitiv im sicheren Bereich.

Den FR58 gibt es in Boxsim, jedenfalls in der Datenbank, die ich nutze und die ist auch schon über ein Jahr alt.
Den FR87 zu nehmen wird in anderen Ergebnissen enden. Dafür finde ich den Datensatz gerade nirgendwo, aber dein Ergebnis kann so nicht passen. Der 4-Öhmer ist mit 15 W angegeben, damit kann die Belastbarkeits-Kurve nie über 7.7 V liegen.

fabian73456 (Beitrag #6) schrieb:

Nun meintest du allerdings noch, dass diese Spannung der Endstufe ja nicht der Realität entspricht, daher verwendet man das rosa Rauschen, welches der Realität näher kommen soll. Das bedeutet, man bräuchte eine rosa Rauschen Spannungskurve mit einem Durchschnittswert von 50W bei 4 Ohm. Wie erstellt man so eine Kurve, bzw. wie importiert man sowas in boxism?

Du kannst in Boxsim keine Anregungssignale importieren.
Die Darstellung "max.Pegel" in Boxsim stellt quasi den worst case dar, indem sie von einem reinen Sinus-Signal ausgeht, also einem Signal, das nur eine Frequenz enthält. Du kannst dir das als Ergebnis einer Sweep-Mesung vorstellen. Bei tiefen Frequenzen ist das Chassis mechanisch begrenzt (Verschiebevolumen), ab einer gewissen Frequenz ist dann die elektrische Belastbarkeit niedriger und damit ausschlaggebend. Ohne vorgeschaltete Bauteile ist die max. Spannung ab dieser Frequenz konstant.

Ich habe den FR54 8 Ohm schnell simuliert (Gehäuse 20x10x20 cm, 4 l geschlossen):

Du siehst, dass das Chassis unter 400 Hz mechanisch limitiert ist und darüber elektrisch. Unter 500 Hz lässt es sich nur mit deutlichen Kompromissen im Maximalpegel betrieben. Erst ab 1 kHz ist der volle Maximalpegel erreicht. Und der ist alles andere als hoch. Das Chassis lässt sich aus meiner Sicht nur im Nahfeld bei geringen Pegelanforderungen sinnvoll einsetzen.