Pimp my SymAsym ==> mehr Leistung mit mehr Leistungstransen?

Hi,

WhyLee schrieb:

...Bei meinem Projekt eines aktiven Lautsprechers ist der Hochtöner XT 300 KS/4 von Vifa verbaut. Er wird mit einer Belastbarkeit (Nenn/Musik) von 140/400 Watt angegeben.

Guck mal genau nach, wie diese Watts gemeint sind.
Wahrscheinlich mit Passiv-Filter und dann Messung des Filter-Eingangs, nicht des Ausgangs zum Hochtöner.

Üblicherweise vertragen Hochtöner auf Dauer nicht mehr als 5 - 20 Watt, da sind mit deinen ~100 Watt schon reichlich Reserven für Signalpeaks.
Ausgerechnet hier sehe ich keine Notwendigkeit aufzurüsten

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Aber ansonsten interessante Frage. Mal sehen was noch an Beiträgen kommt.


Gruss,
Michael

Hallo,

Er wird mit einer Belastbarkeit (Nenn/Musik) von 140/400 Watt angegeben. Die SymAsym bringt aber 70 Watt unverzerrt / 100 Watt mit leichten Verzerrungen. Das ist hier eindeutig zu wenig um das Potential dieses Hochtöner ausfahren zu können.

Das wuerde ich mit der Antwort meines Vorredners genau so beantworten:

Üblicherweise vertragen Hochtöner auf Dauer nicht mehr als 5 - 20 Watt, da sind mit deinen ~100 Watt schon reichlich Reserven für Signalpeaks. Ausgerechnet hier sehe ich keine Notwendigkeit aufzurüsten

Die Notwendigkeit des Aufruestens sehe ich nur fuer den Amp als gesamtes, nicht wegen der Hochtoener.

Der Amp wird laut Schaltplan mit +-36V versorgt. Unter der Annahme, dass ca. 5V an der Endstufe "kleben" bleiben, und der Trafo unter Belastung ein wenig einbricht, sollten so 60Vss machbar sein. Damit wuerde sich eine Ausgangsleistung von 30V*30V/(2*4Ohm)= 112,5W ergeben. Der Spitzenstrom wuerde dann 30V/4Ohm = 7.5A betragen, der Effiektivstrom 5,3A.
Wie du siehst geht mehr Leistung nur mit mehr Spannung, was du ja schon geschrieben hast.


Kommen wir nur mal zu deinen Transistorfragen:

Wenn man eine Schaltung damit aufbaut, kann man zwar schon mehr Dauerleistung rausholen, aber über diesen 5A wird wohl die Verzerrung etwas ansteigen. Damit würde ich mal die Dauersinunsleistung ohne gröbere Verzerrung - vorausgesetzt man hat ausreichen Versorgungsspannung - mal so berechnen: Pmax = I^2*R/Sqrt(2) = 17,68*R Je nach Lautsprecher ergibts sich dann: 8 Ohm ==> 141 Watt Dauerleistung 4 Ohm ==> 70 Watt Dauerleistung

Die Berechnung ist Unsinn. Die Rechnung impliziert, dass oberhalb von 5A die Transistoren nicht mehr zu gebrauchen sind. Wenn du die Rechnung so ausfuehren willst, dass 5A Strom niemals ueberschritten werden, muss die Gleichung Pmax = (I/Sqrt(2))^2*R lauten.
Die Angabe aus dem Datenblatt sagt nur, dass ab 5A die Stromverstaerkung abnimmt, voher aber relativ konstant ist (Fig 1 bis Fig 4). Dieser Abfall der Stromverstaerkung bedeutet, dass der Treiber mehr Strom in die Basis schaufeln muss. Fuer diesen gilt der selbe Zusammenhang: Je hoeher der Kollektostrom, desto niedriger wird die Verstaerkung. Daher muessen auch die 2N5401 (Q4 und Q12) den noetigen Strom liefern koennen. (Ich beziehe mich hier auf den unteren Schaltplan aus deinem Link.) Deren Ruhestrom wird durch R5 und R6 bzw. durch R11 festgelegt.
Ein groesserer Steuerstrom (von Q4 / Q12 zu den MJL4xxx hin) bedeutet auch einen Abfall von mehr Spannung an den Basiswiderstaenden. Dies hat zur Folge, dass der Aussteuerbereich der Ausgangstransistoren abnimmt, zudem wird bei einem hohen Ausgangsstrom die Versorgung leicht einbrechen. Je naeher du dich mit deinem Ausgangssignal der Spannungsversorgung naeherst, umso "schwierigier" wird es fuer die Endstufe, das Signal sauber darzustellen. Das resultiert in einem hoehreren Klirrfaktor.

Wenn man eine Schaltung damit aufbaut, kann man zwar schon mehr Dauerleistung rausholen, aber über diesen 5A wird wohl die Verzerrung etwas ansteigen.

Korrekt, aber soweit die Treiberstufe(n) den Strom liefern koennen ist das kein Problem. Und wie du oben sehen kannst, werden diese 5A bei deiner Endstufe schon locker ueberboten.
Als moegliche Loseungsansaetze waere einmal eine hoehrere Versorgungsspannung zu nennen, was aber auch hoehere Verluste mit sich bringt. Die Stufe selber wuerde das sicher abkoennen, ggf. wuerde ich die BC556 durch 2N5401 ersetzen.
Die andere Alternative waere das Verdopplen der Ausgangstransistoren, Douglas Self hat das in seinem Buch mal geschrieben. Gerade bei 4Ohm hat das was gebracht, jedoch glaube ich nicht, dass du da was hoerst. (Typisch Aenderungen lagen z.b. von 0.05% THD vorher zu 0.03% THD danach).

Wenn ich ein zweites Endstufen-Transistorpaar raufschweisse, dann müsste ich zumindest auf saubere 140 Watt bei 4 Ohm kommen

140W wuerde ich mir sowieso mal abschmincken. Da brauchst du mal minimal +-40V Versorgung (wenn THD klein sein soll). Um es klar und deutlich zu sagen, mit der doppelten Anzahl an Transistoren kannst du (wenn du die Spannungs gleich laesst) die Leistung der Endstufe nicht beeinflussen.

Kann ich den Endstufenteil inkl. 0,22 Ohm Emitter- und 1,2 Ohm-Basiswiderstand einfach verdoppeln?

Beim Vordoppeln musst du darauf achten, dass die Transis moeglichst gleich sind. Da sollten diese schon gematched werden, den Emitterwiderstand kann man dann auch etwas anheben was das gleichmaessige Aufteilen des Stroms auch noch beguenstigt.
Bei der Basis, tja, kann noetig sein wenn das Ding instabil werden sollte. Grossen Einfluss wuerde ich hier nicht erwarten.

22 Ohm scheint mir da auch sehr niederohmig an den Basen von MJE15030 und MJE15031. Wenn ich das doppelt dranhänge, 'belaste' ich das Gespann mit den 2N5401 und 2N5551 zu sehr?

Das Verdoppeln bewirkt ja gerade, dass die vorhergehenden Stufen nicht so stark belastet werden.

Wenn du halt noch 2 Transis verbaust, bedeutet das eine groessere Platine, entsprechender Platz auf dem Kuehler etc...

Bei meinen 8-Ohm Visaton Mitteltönern TI100 die mit einer Belastbarkeit (Nenn/Musik) von 40/60 Watt angegeben sind geht sich das ja noch aus, da hab ich zwei Stück und kann dann einfach zwei Endstufen nehmen, aber den Hochtöner würde ich schon gerne 'ausfahren' könne, wenns drauf an kommt.

Die guten TI100 habe ich auch in meiner VOX200 sitzen. Die paar Watt mehr bringen kaum Lautstaerke und klanglich wuerde ich keine Wunder erwarten, da bei den LS auch mit mehr Aussteuerung die Mechanik zunehmend nicht linear wird: Folge mehr Klirr

Gruesse,
Stefan

Stampede schrieb:

Die Notwendigkeit des Aufruestens sehe ich nur fuer den Amp als gesamtes, nicht wegen der Hochtoener.

Ich hab jetzt ein wenig genauer auch in Richtung Lautsprecher überlegt:

Bei der Belastbarkeit des Lautsprechers spielen ja im Wesentlichen zwei Faktoren eine Rolle:
1. es gibt einen linearen Bereich (Hub) über den hinaus das System langsam anfängt 'anzustehen' bzw. die Kopplung von Spule zu Magentspalt aufhört. Wie das bei Hochtönern im speziellen aussieht kann ich nicht sagen, aber aus Erfahrung (wenn man sich Samples von Audiosignalen ansieht) weiß man, daß die Signale viel kleiner sind, als bei Bässen.
Die Lautstärke bzw. Schallenergie kommt dann durch die Luftverdrängung die durch Hub und Frequenz bestimmt wird.
Also braucht man bei einer 10-fachen Frequenz nur einen zehntel des Hubs um die gleiche Schallenergie zu bekommen.

Ist dieser Gedankengang noch auf Schiene, oder liege ich damit falsch?

2. die Dauerbelastung betrifft auch die Spule, die sich erwärmt und bei zu starker Belastung einfach durchbrennt, weil die Kühlung nicht mehr mitkommt.

==> begrenzter Hub und begrenzte Maximaltemperatur sind also die beiden Faktoren die so einen Hochtöner im Wesentlichen limitieren.

Jetzt stellt sich nur die Frage wie sich das mit der angebenen Nenn/Musikleistungen in Einklang bringen lässt.
Also 140/400 Watt.

Ist das jetzt blödes Marketinggewäsch oder hat die Leistungsangabe noch irgendwie Sinn?

Zumindest sollte im Bereich, wo der Hochtöner linear arbeitet auch die Endstufe linear arbeiten. Darüber steigt üblicherweise der Klirr eines Lautsprechers sehr stark an, sodaß sich die Endstufe in diesem Bereich auch einen moderaten Klirr erlauben darf.

Bei genau diesem Hochtöner verhält es sich aber so, daß die für das Ohr kritischen Oberwellen aber nicht so stark ansteigen. Die Belastbarkeit ist laut Messung von Hobby-Hifi enorm (Irgendwann brennt die Spule aber auch durch)

Ich nehme an, daß mir hier keiner mehr im Forum ohne irgendwelche Spezialmessungen genauer sagen kann, ab welchem Spannungshub der Hochtöner grauslich verzerrt und welche Spitzenströme dann hier auftreten.
Denn das wäre hier genau die notwendige Information, die man bräuchte um zu wissen ob bei der Endstufe für diesen Anwendungsfall Optimierungspotential besteht oder nicht.

Konklusio:
Ich bau einfach mal die 'normale' Version der SymAsym ein.
Und wenn ich der Meinung bin es liegt mir ein Furz quer, dann kann ich ja auch mal anfangen in der Praxis etwas zu messen.
(z.B. wie verhält sich die Stromaufnahme im Verhältnis zur Spannung bei unterschiedlichen Lautstärken)

Wie die Kollegen hier geschrieben haben sehen sie für den Einsatz mit dem Hochtöner keinen Änderungsbedarf.

Bei einem leistungfähigen Mittel/Basstreibern mit z.B. 4 Ohm (teilweise gehen die dann je nach Frequenz auch mal auf 3,2 Ohm runter) schaut es aber wieder etwas anders aus. Da gibts auf jeden Fall Treiber, die einiges aushalten.

Wir wissen also:
Über 5A Spitzenstrom arbeitet die Endstufe nicht mehr ganz sauber, die Über-Alles-Gegenkopplung muß hier schon nachregeln und vermindert das Problem auf jeden Fall.
Idealerweise (bzw. als unverbesserlicher Perfektionist) schaut man dann aber, daß man über diesen Bereich nicht
hinauskommt.

Ich hab mich beim Anfangsposting mit dem Sqrt(2) etwas vertan, dieses geht ja auch quadratisch in die Rechnung mit ein, danke übrigens für die Korrektur, darum hier die aktualisierte Berechnung:

Pmax = (Imax/Sqrt(2))^2*R = Imax^2*R/2 = 12,5*R
Je nach Lautsprecher ergibts sich dann:
8 Ohm ==> 100 Watt Dauerleistung
4 Ohm ==> 50 Watt Dauerleistung

Gegenüberstellend die Maximalleistung aufgrund der verfügbaren Spannung:
( btw. Danke an Stampede )

Pmax = (Umax/Sqrt(2))^2/R = Umax^2/(2*R) = 30*30/2/R = 450/R
8 Ohm ==> 56,25 Watt Dauerleistung
4 Ohm ==> 112,5 Watt Dauerleistung

Aus diesen beiden Maximalleistunsberechnungen mit höchstem Anspruch auf niedigen Klirr bzw. Perfektion könnte man das so zusammen fassen:
8 Ohm ==> 56,25 Watt Dauerleistung
4 Ohm ==> 50 Watt Dauerleistung

Stampede schrieb:

Um es klar und deutlich zu sagen, mit der doppelten Anzahl an Transistoren kannst du (wenn du die Spannungs gleich laesst) die Leistung der Endstufe nicht beeinflussen.

==> aber ein klein wenig den Klirr bei 4 Ohm-Lautsprechern

ob diese kleine Verbesserung des Klirrs dann eine Relevanz hat, würde ich dann jedem selbst überlassen. Für den einen ist es das Ausleben einer gewissen Perfektion für den anderen verschwendete Kohle und Entwicklungszeit. Da ist die Sichtweise vielleicht schon sehr individuell.

Aber es stimmt, was nutzt einem der gleichbleibend niedrige Klirr einer Endstufe, wenn der Lautsprecher schon außerhalb des linearen Bereichs arbeitet und schon Klirrt wie Sau.

Stampede schrieb:

Beim Vordoppeln musst du darauf achten, dass die Transis moeglichst gleich sind. Da sollten diese schon gematched werden

Das macht aus meiner Sicht generell Sinn, denn wenn die Stromverstärkung bei der positiven Halbwelle mit der negativen Halbwelle nicht zusammenpasst ist der Käse auch schon vorprogrammiert und die Über-Alles-Gegenkopplung ist schon wieder massiv am Bug-fixen.

Stampede schrieb:

Das Verdoppeln bewirkt ja gerade, dass die vorhergehenden Stufen nicht so stark belastet werden.

Ja, verstehe ich jetzt, da sich die Stöme auf die beiden Zweige aufteilen und die Stromverstärkung auch im Grenzbereich hoch bleibt.

Stampede schrieb:

Die guten TI100 habe ich auch in meiner VOX200 sitzen. Die paar Watt mehr bringen kaum Lautstaerke und klanglich wuerde ich keine Wunder erwarten, da bei den LS auch mit mehr Aussteuerung die Mechanik zunehmend nicht linear wird: Folge mehr Klirr :)

Bei meiner obigen Berechnung passt das eh gut auf die TI100:
8 Ohm ==> 56,25 Watt Dauerleistung

Ich könnte theoretisch beide TI100 parallel auf eine SymAsym hängen, das würde sich von der Maximalleistung ausgehen, aber ich häng sie aus Gründen der Perfektion dann doch lieber an zwei SymAsyms.
Das macht das Kraut auch nicht mehr fett und hier kann man sich den Entwiklungsaufwand für das Pimpen einer Endstufe mit zwei Endtransistorpaaren u. Treiberpaaren sparen.
Ob das wirklich Sinn macht, und ob in dem Bereich über 5A Peak die TI100 nicht sowieso schon im nicht-linearen Bereich sind, kann ich nicht sagen.

Also: 3 SymAsyms pro Kanal für Hochtöner und 2x Mitteltöner für den unverbesserlichen Perfektionisten
oder 2 SymAsyms pro Kanal für Hochtöner und 2x Mitteltöner für den Realisten

Auf jeden Fall Danke für die detaillierten Antworten.

Hallo,

==> begrenzter Hub und begrenzte Maximaltemperatur sind also die beiden Faktoren die so einen Hochtöner im Wesentlichen limitieren.

Ja. Aber bei deinem Zusammenhang von Schallenergie und Frequenz bin ich mir nicht sicher. Ich glaube da ist was nicht ganz korrekt.

Jetzt stellt sich nur die Frage wie sich das mit der angebenen Nenn/Musikleistungen in Einklang bringen lässt. Also 140/400 Watt.

Wie du schon sagt, die Belastungen sind fuer Musik zu sehen. Und da ist der Anteil im hohen Spektrum gering, daher kann die Belastbarkeit der Hochtoener geringer ausfallen. Du wirst keinen HT finden, an dem du 400W Sinuston auf Dauer anlegen kannst. Das Ding wird dir abrauchen.

Zumindest sollte im Bereich, wo der Hochtöner linear arbeitet auch die Endstufe linear arbeiten. Darüber steigt üblicherweise der Klirr eines Lautsprechers sehr stark an, sodaß sich die Endstufe in diesem Bereich auch einen moderaten Klirr erlauben darf.

Sehe ich auch so, in der Kette ist der LS das schwaechste Glied in der Kette. Das gilt fuer alle Lautsprecherchassis.

Über 5A Spitzenstrom arbeitet die Endstufe nicht mehr ganz sauber, die Über-Alles-Gegenkopplung muß hier schon nachregeln und vermindert das Problem auf jeden Fall.

Das "nicht ganz sauber" wuerde ich so nicht sagen. Wenn die Endstufe so ausgelegt ist, dass die Treiber und der Spannungsverstaerker die Endtransistoren noch weiter befeuern koennen, ist das kein Problem (insofern der Gain nicht total wegbricht). Aber prinzipiell gilt schon: Wenn man mehr Gain hat, kann man mehr gegenkoppeln zum linearisieren.

Um es klar und deutlich zu sagen, mit der doppelten Anzahl an Transistoren kannst du (wenn du die Spannungs gleich laesst) die Leistung der Endstufe nicht beeinflussen. ==> aber ein klein wenig den Klirr bei 4 Ohm-Lautsprechern

Ja, schrieb ich ja. Wenn du die Endtransis verdoppelst wird das den Klirr verringern.

Das macht aus meiner Sicht generell Sinn, denn wenn die Stromverstärkung bei der positiven Halbwelle mit der negativen Halbwelle nicht zusammenpasst ist der Käse auch schon vorprogrammiert und die Über-Alles-Gegenkopplung ist schon wieder massiv am Bug-fixen.

Das wirst du nie vermeiden koennen, der Gain zwischen NPN und PNP liegt haeufig weit auseinander. Mir ging es um das Matchen der NPNs bzw PNPs untereinander.

Ja, verstehe ich jetzt, da sich die Stöme auf die beiden Zweige aufteilen und die Stromverstärkung auch im Grenzbereich hoch bleibt.

Genau.

Also: 3 SymAsyms pro Kanal für Hochtöner und 2x Mitteltöner für den unverbesserlichen Perfektionisten oder 2 SymAsyms pro Kanal für Hochtöner und 2x Mitteltöner für den Realisten

Ob so viele Amps noetig sind... ich weiss es nicht
Viel Spass beim Bauen!

Gruesse,
Stefan

Stampede schrieb:

Also: 3 SymAsyms pro Kanal für Hochtöner und 2x Mitteltöner für den unverbesserlichen Perfektionisten oder 2 SymAsyms pro Kanal für Hochtöner und 2x Mitteltöner für den Realisten Ob so viele Amps noetig sind... ich weiss es nicht Viel Spass beim Bauen!

In diesem Fall sind es mindestens zwei Amps, weil ich die Frequenzweiche aktiv auf der Kleinsignalseite realisiere.

Es kommt in meinem Falle noch ein zusätzlicher Amp für zwei Dayton RS225-8 für den Bass dazu. Da werde ich mir aber ein Class-D-Modul von Hypex checken. Die Präzision wir da schon ausreichen und ich verbrate weniger Verlustleistung in die Luft.

Die Frequenzweiche werde ich auf die schnelle mal mit einem Universalmodul von Thel realisieren, damit ich mit der Box schon mal hören kann.

Dann kommt später ein Audioprozessor von TI und eine digitale Lautstärkeregelung dazu um die Perfektion bzgl. Frequenzweiche zu erreichen. Damit kann ich auch noch Laufzeitkorrekturen zwischen den einzelnen Lautsprechern vornehmen - bringt vielleich auch noch einen kleinen Furz von Auflösung.

Also alles Schritt für Schritt.
Und mit den 2 bis 3 SymAsym-Modulen, dem Hypex-Amp, einem ordentlichen Netzteil und der analogen Aktivweiche ist das Projekt auf der Elektronikseite zumindest mal vollständig und noch überschaubar.

Der Upgrade mit Digitalzeugs wird wohl etwas länger dauern, vor allem weil ich da auch zuerst mal Prototypen selbst entwerfen muß (S/P-Dif-Receiver + Upsampling und Asynchronous Bitrate Converter + Audioprozessor + DACs + digitale Lautstärkeregelung + Fernbedienung + optionalem ADC für analoge Quellen......). Da kommt ganz fett was zusammen für eine Person mit wenig Zeit. Aber irgendwas muß man ja tun :-)

Moin,

noch kurz zu der LS-Frage ...

Michael aka Mfw hatte es schon angedeutet. Diese unsinnigen Leistungsangaben der Hersteller in den Datenblättern eines HT (z.B. 100W Musik bei -12dB@3kHz) zielen eher auf die max. zuzuführende Leistung des Gesamt-LS VOR der Frequenzweiche.

Die spektrale Energiedichte eines normalen U-Musik Signals verteilt sich ungefähr zu 60/40/10% auf TT/MT/HT - das lässt Schlüsse zur Verteilung der benötigten Leistung/Verstärker in einem Aktivsystem zu.

Die filigrane Schwingspule eines HT ist in ihrer elektr. Belastbarkeit sehr eingeschränkt. Mehr als 10...20W sind nicht möglich.

;-) Detlef

Der Upgrade mit Digitalzeugs wird wohl etwas länger dauern, vor allem weil ich da auch zuerst mal Prototypen selbst entwerfen muß (S/P-Dif-Receiver + Upsampling und Asynchronous Bitrate Converter + Audioprozessor + DACs + digitale Lautstärkeregelung + Fernbedienung + optionalem ADC für analoge Quellen......). Da kommt ganz fett was zusammen für eine Person mit wenig Zeit. Aber irgendwas muß man ja tun :-)

Das entwickele ich auch gerade... Schaltplan steht schon yu 95%. Aber die Zeit, die liebe Zeit...

Grüße
Stefan