Dimensionierung der Endstufen-Leistung

Autor

Beitrag

marko-91
Ist häufiger hier

#1 erstellt: 01. Apr 2018, 11:07

Hallo zusammen

ich bin seit einigen Monaten begeisterter Leser im Hifi-Forum. Das ganze kommt daher, dass ich mir in den Kopf gesetzt habe ein paar 3-Wege Aktiv Stereo Lautsprecher zu bauen. Ich weiß auch nicht wie ich daraufn komme... Ich denke man braucht eben eine Beschäftigung im Leben

Jedenfalls habe ich nach einiger Zeit nun einen grundsätzlichen Plan im Kopf. Ich bin aber eher der Mechaniker, weswegen ich nicht so genau verstehe wie ich geeignete Endstufen auswähle. Vielleicht habe ich einfach noch nicht das richtige "Wording gefunden" aber ich finde auch in den weiten des Netzes keine wirklich brauchbare aussage.

Der grundsätzliche Plan sieht so aus, dass ich das signal aus einer digitalen Frequenzweiche über eine Endstufe jagen will um dann direkt die Chassis zu bestromen. (Also pro Chassis eine Endstufe).

Für die Chassis dachte ich an zwei Chassis von sb acoutics für den Tiefton und das Mittelfeld: 4” SB12MNRX25-4 und 10" SB29NRX75-6. Für die Höhen an eine Kalotte von Eton, die 28SD1.

Auf der Suche nach einer sinnvollen Endstufen-Lösung bin ich auf die TPA1100 Class-D Endstufe von sureElectronics gekommen. Hage gelesen, dass man hier einen herrvoragenden Klang für wenig Geld bekommt. bloß werde ich jetzt nicht schlau aus den technsichen Angaben: Bei der 4 Zoll Chassis von sb Acoustics wird ein "Rated Power handling" von 50W angegeben. Das ganze bei einer Nenn-Impedanz von 4 Ohm. Der TPA1100 von Sure electronics bietet bei 2 Ohm 100 Watt. dann bietet er bei 4 ohm doch 50 Watt oder? Also bietet das doch eine gute Ausgangsbasis oder?

Mich verwirrt nur, dass bei der Kallotte 120 W bei 8 ohm und bei dem 10-Zöller 200W bei 6 ohm angegeben werden. Dann brauche ich dafrü ja rießige Endstufen. Oder denke ich absout falsch ?

SRAM
Inventar

#2 erstellt: 01. Apr 2018, 13:01

Grundsätzlich hängt das vom Dynamikbereich des wiederzugebenden Musiksignales ab: dies kann ein totkomprimierter tralala Schlager mit mageren 6 dB sein, oder ein live-Konzert mit bis zu 60 dB von Konserve oder bis zu 90 dB real live.....

Hinzu kommen die Anforderungen des angeschlossenen LS: je geringer deren Q_e, desto mehr werden diese vom Verstärker kontrolliert, desto größer sind jedoch auch die aufgrund der Gegen-EMK auftretenden Spannungs- und Stromspitzen zur Kontrolle derselben.

So kann es durchaus Sinn machen, einen 1 kW Verstärker auf eine 50 mm Mitteltonkalotte loszulassen (Dynaudio D54), aber diese Leistung wird nur wenige ms benötigt.

Gleiches gilt bei großen TT Chassis mit maximalem Antrieb: kleine Endstufen, deren Spitzen-Strom und -Spannung nur wenig über deren Dauerleistung liegt, versagen hier oft, weil sie aufgrund der Gegen-EMK beim bremsen der großen bewegten Massen in die Begrenzung laufen.

Nimm also am besten Endstufen, die für wenige ms hohe Spannungen und Ströme liefern können (hohe railspannung, hoher Maximalstrom der Endstufenhalbleiter) aber dennoch kostengünstig sind, weil Netzteil und Kühllastabfuhr nur auf etwa 1/10 der Spitzenlast ausgelegt sind. Das ist ökonomisch eine sinnvolle Lösung.

........Leistung kann man nie zuviel haben

Gruß SRAM

ukw
Inventar

#3 erstellt: 02. Apr 2018, 12:09

Ich mag keine Digital Endstufen für Home Hifi (auch wenns laut werden soll).
Man stellt die Endstufen einmal hin und dann ist gut. also spielt das Transportgewicht keine Rolle.

Beim digitalen aktiv Setup macht es Sinn, gute (alte) Hifi Verstärker zu nehmen. Die haben zwar nicht die Monster RMS (dauer) Leistung, sind aber aufgrund der "weichen Netzteile" = ein guter Teil der Leistung steckt in den Kondensatorbänken und ist nur kurzfristig abrufbar) besser als eine PA Endstufe mit hartem Netzteil. (Hartes Netzteil bedeutet, die RMS Leistung ist dauerhaft abrufbar.)

Ein älteres PDF von Anselm Görz über Verstärker mit hartem oder weichen Netzteil erklärt anschaulich was gemeint ist (Abb 8 auf Seite 4 unten)

http://www.ifaa-akustik.de/files/daga00et.pdf

Dieses PDF gab es mal ausführlicher und mit schöneren Grafiken. Ich hab das alte PDF irgendwo auf den unendlichen Weiten meiner Backup Festplatten. Kann SRAM helfen?

OK, also im Mittel und Hochton würde ich keinen Digital Verstärker, weil die Dämpfung bei hohen Frequenzen deutlich schlechter ist als bei herkömmlichen Verstärkern mit Mosfets oder schnellen TO3 Leistungstransistoren.
Die Verwendung von Schaltnetzteilen macht Sinn. wenn die Verstärker lange eingeschaltet bleiben. Der Stromverbrauch im Leerlauf ist deutlich niedriger.
Für den Tiefton wären dann Verstärker mit schaltbarer Railspannung (Class H) günstig, weil die ihre Railspannung der Leistung anpassen und somit wenig Leerlaufstrom verbrauchen und dennoch sehr potent sein können.
aus dem PDF:

Zusammenfassung
Die Meßreihen zum linearen und nichtlinearen Übertragungsverhalten
von Endstufen lassen sich in drei Kategorien unterteilen.
Das sind das lineare Übertragungsverhalten, die Verzerrungswerte
und die Leistungsbilanz. Des weiteren sollte zwischen einem
Betrieb im normalen Arbeitsbereich und im Grenzlastbereich
differenziert werden. Geht man bei normalem Musikmaterial von
einem Crestfaktor von 15-30 dB aus, so können durchaus schon
erste Spitzen die Clipgrenze erreichen, wenn der mittlere Signalpegel
noch 15-30 dB darunter liegt, wo dann bereits der
Grenzlastbereich beginnt. Signifikante Unterschiede können sowohl
meßtechnisch wie auch im Höreindruck häufig erst hier
festgestellt werden. Unterhalb dieser Grenze gehen die Unterschiede
in den Meßkurven der Verzerrungswerte aller Art so
deutlich zurück, dass für hörbare Abweichungen, falls diese dann
überhaupt noch wahrgenommen werden, vermutlich in den meisten
Fällen der Frequenzgang verantwortlich ist.

Der wichtige Teil ist fett hervor gehoben.

Die Wahl der optimal geeigneten Verstärker ist jedenfalls nicht so ausschlaggebend wichtig wie die Auswahl optimal geeigneter Chassis.
Alles sollte zueinander passen und ins Budget passen.

[Beitrag von ukw am 02. Apr 2018, 12:15 bearbeitet]

Kay*
Inventar

#4 erstellt: 02. Apr 2018, 18:42

Dann brauche ich dafrü ja rießige Endstufen. Oder denke ich absout falsch ?

ja,
wie gross sind denn die Verzerungen, wollte man die LS "vollaussteuern"?
ausserdem
Wie laut soll es denn werden?

D.Achenbach
Inventar

#5 erstellt: 03. Apr 2018, 08:19

ukw (Beitrag #3) schrieb:

Ich mag keine Digital Endstufen für Home Hifi (auch wenns laut werden soll).

OK, also im Mittel und Hochton würde ich keinen Digital Verstärker, weil die Dämpfung bei hohen Frequenzen deutlich schlechter ist als bei herkömmlichen Verstärkern mit Mosfets oder schnellen TO3 Leistungstransistoren.

Beim digitalen aktiv Setup macht es Sinn, gute (alte) Hifi Verstärker zu nehmen.

Ersetze "Digital-Endstufe" durch Schaltendstufe. Digital sind die nicht.
Gut gemachte Schaltendstufen sind nicht schlechter als die alten "Analogen".

Schau dir mal z.B. die Datenblätter der neuen Hypex NCore Endstufen an. Die haben eine Ausgangsimpedanz von unter 2 Milliohm im relevanten Bereich. Die Übergangswiderstände in den Steckverbindern zu den Lautsprechern dürften wahrscheinlich höher ausfallen.
Gerade bei alten Hifi-Verstärkern wäre ich vorsichtig. Vor allem dann, wenn die noch mehrere Lautsprechergruppen schalten können. Die Kontakte dürften nicht mehr die besten sein.

Mein Tipp: noch ein paar Wochen warten, dann gibt es die neuen Plate-Amps von Hypex. 3-kanalig mit Leistungen bis 2x500W + 100W für den Hochton.
Die Lösung ist übersichtlich, braucht keinen Platz, keine umfangreiche Verkabelung und spart Strom

Gruß
Dieter

ukw
Inventar

#6 erstellt: 03. Apr 2018, 16:55

D.Achenbach (Beitrag #5) schrieb:

ukw (Beitrag #3) schrieb:

Ersetze "Digital-Endstufe" durch Schaltendstufe. Digital sind die nicht.
Gut gemachte Schaltendstufen sind nicht schlechter als die alten "Analogen".

Schau dir mal z.B. die Datenblätter der neuen Hypex NCore Endstufen an. Die haben eine Ausgangsimpedanz von unter 2 Milliohm im relevanten Bereich. Die Übergangswiderstände in den Steckverbindern zu den Lautsprechern dürften wahrscheinlich höher ausfallen.
Gerade bei alten Hifi-Verstärkern wäre ich vorsichtig. Vor allem dann, wenn die noch mehrere Lautsprechergruppen schalten können. Die Kontakte dürften nicht mehr die besten sein.

Mein Tipp: noch ein paar Wochen warten, dann gibt es die neuen Plate-Amps von Hypex. 3-kanalig mit Leistungen bis 2x500W + 100W für den Hochton.
Die Lösung ist übersichtlich, braucht keinen Platz, keine umfangreiche Verkabelung und spart Strom

Gruß
Dieter

Ok - also alle Schaltendstufen (die nichts anderes als Stromschredder mit nachgeschaltetem Tiefpass sind) haben ein Problem mit der Schaltgeschwindigkeit. Die Datenblätter sehen bei 1 kHz meist schon nicht gut aus. Bei 12 kHz und Nennleistung sind sie katastrophal. Weil nur wenige verstehen, was passiert und was was bedingt, scheint es so, als seien Schaltendstufen eine bessere oder gleichwertige Lösung im Vergleich zu Transistor Endstufen, die keine Schaltung sind sondern eine Regelung.

Was der Unterschied zwischen einer Schaltung und einer Regelung ist... muss man bei einschlägigen Fachbüchern nachlesen (z.B. bei Tieze Schenk)

http://www.tietze-schenk.de/tsbuch.htm.
Eine Schaltung jedenfalls ist nicht in der Lage die Fehler der Schwingspulen Lage zu kompensieren. Dazu ist eine Regelung nötig.
Nun ist es noch wichtig, wie schnell diese Regelung arbeiten kann. Si ist es beispielsweise noch sehr einfach bei 100 Hz etwas "zu Regeln", bei 100 kHz hingegen ...

https://www.research...tarkers_mit_SB-ZePoC

denn die Vorzüge eines "Digitalverstärkers" sind - konsequente digitale Signalverarbeitung, die kostengünstige Leistungsverstärkung, die hohe Effektivität (90% Wirkleistung). Nachteil ist bei der patentierten Konstruktion, dass der Verstärker ohne Gegenkopplung arbeitet. Nix EMK.
Bei einer pulsweitenmodulierten Schaltendstufe (PWM) fällt der Vorteil der konsequenten digitalen Signalführung noch weg.

Der Wirkungsgrad der Schaltendstufe erreicht Werte von rund 90%, und weist eine leichte Abhängigkeit vom Lastwiderstand auf. Dieser Wert kann sicherlich noch übertroffen werden, da der Fokus bei dieser Realisierung nicht auf der maxi-mal erreichbaren Efﬁzienz, sondern bei auf möglichst guter Signalqualität lag

Dieter - ich wäre Dir dankbar, wenn Du mir ein amtliches Datenblatt der Hypex N-core Endstufen verlinkst.
Ich fand folgendes pdf auf der Hypex Seite, welches gewisser Problematiken erkennen lässt...

https://www.hypex.nl...IMD_DIM_slewrate.pdf

"The great advantage of IMD tests then is that it allows
better characterisation of high frequency problems by insuring that a more of the distortion
products land inside the measurement (audio) band. Testing with 18.5kHz+19.5kHz (CCIF IMD) will
place a spray of odd order components at 1kHz intervals around the two test tones and even order
components start from DC."

[Beitrag von ukw am 03. Apr 2018, 18:08 bearbeitet]

SRAM
Inventar

#7 erstellt: 03. Apr 2018, 18:28

Sorry UKW. Sosehr ich dich auch schätze: hier liegst du falsch !

Du musst zwischen der Digitalstufe ohne Tiefpass und derselben mit Tiefpass und Rückkopplung unterscheiden: letztere regelt jede Abweichung am Ausgang genauso schnell aus, wie eine entsprechende analoge Endstufe, da gibt es keinen Unterschied.

Und weil aus Effizienzgründen die Schaltfrequenz mit einigen hundert kHz i.d.R. weit über der vom Abtasttheorem geforderten Frequenz liegt, gibt es auch bezüglich hohen Frequenzen keine Einschränkungen.

Einen schlechten Ruf haben nur die "Geiz ist geil" Digitalendstufen begründet: hart begrenzte 24 Volt Versorgung ( und daraus sollen dann hundert Watt kommen ! ) mit voll ausgereizten Halbleitern im Vorwärtsbetrieb, die bei der Gegen-EMK eines 18" Hochleistungschassis nur noch mit der Strombegrenzung im Fast-Dauerbetrieb um Gnade winseln können...........

Nimm z.B. eine Höllstern mit 125 Ampere und 190 Volt garantierten Maximalwerten am Ausgang (

https://hoellstern.com/verstaerker/2-in-2-out/#daten ) und auch bei schwierigsten Chassis (und ggf. Weichen) geht die Sonne auf.....

Gruß SRAM

ukw
Inventar

#8 erstellt: 05. Apr 2018, 00:18

Ok, dann habe ich den Fortschritt in den letzten Jahren verschlafen. Mitte 2000 waren die digitalen Gegenkopplungen geschwindigkeitsbedingt nur tiefer tönenden Frequenzen gewachsen oder die Artefakte der Zerhacker ließen sich nicht sauber filtern. Denn die Schaltfrequenzen müssen im Mhz Bereich liegen.
Er genügt ja nicht über die Open Loop den Soll Wert mit dem Ist Wert zu vergleichen. Es muss auch effektiv gegengesteuert werden.

[Beitrag von ukw am 05. Apr 2018, 00:23 bearbeitet]

Kay*
Inventar

#9 erstellt: 05. Apr 2018, 01:03

Mitte 2000 waren die digitalen Gegenkopplungen geschwindigkeitsbedingt

na,
eher vor 2000

Wann war das mit dem TriPath "BelCanto" in Stereoplay?

marko-91
Ist häufiger hier

#10 erstellt: 05. Apr 2018, 20:45

Hallo da bin ich wieder,

nachdem ich mich diese Woche dem Projekt "Warum geht mein Internet nicht?" widmen durfte, kann ich euch leider erst jetzt antworten. Vielen Dank erstmal für die zahlreichen hiflreichen Anregungen. Da habe ich aber doch gleich noch ein paar Fragen

ok sagen wir ich möchte 90dB. Wie dimensioniere ich meine Leistung? Ich bin auf der Suche nach einer Auslegungsformel

Nimm also am besten Endstufen, die für wenige ms hohe Spannungen und Ströme liefern können (hohe railspannung, hoher Maximalstrom der Endstufenhalbleiter) aber dennoch kostengünstig sind, weil Netzteil und Kühllastabfuhr nur auf etwa 1/10 der Spitzenlast ausgelegt sind.

Einverstanden :D. Der Wondom TPA1100 hat einen Maximalstrom von 5,3 A die maximale Railspannung ist leider nicht spezifiziert. Aber wie setze ich die Größe ins Verhältnis. Gibt es eine Auslegungsrechnung mit Q_e um die benötigte max. Spannung/max. Strom zu ermitteln

wie gross sind denn die Verzerungen, wollte man die LS "vollaussteuern"?
ausserdem
Wie laut soll es denn werden?

Also auf übermäßige Lautstärke lege ich keinen Wert

und die erste Frage verstehe ich nicht.

Bei einer pulsweitenmodulierten Schaltendstufe (PWM) fällt der Vorteil der konsequenten digitalen Signalführung noch weg.

Warum?

Nachteil ist bei der patentierten Konstruktion, dass der Verstärker ohne Gegenkopplung arbeitet. Nix EMK.

Gibt es Parmeter, welche die EMK-Kopplung charakterisieren?

Du musst zwischen der Digitalstufe ohne Tiefpass und derselben mit Tiefpass und Rückkopplung unterscheiden: letztere regelt jede Abweichung am Ausgang genauso schnell aus, wie eine entsprechende analoge Endstufe, da gibt es keinen Unterschied.

Aber wie erkenne ich, ob die Wondom 1100 eine Rückkopplung vorsieht?

Ihr seht. Fragen über Fragen, um meinen Wissensdurst zu stillen.

Kay*
Inventar

#11 erstellt: 05. Apr 2018, 21:45

Aber wie erkenne ich, ob die Wondom 1100 eine Rückkopplung vorsieht?

da besorgt man sich das Datenblatt vom TPA3116 und schaut nach:
Class-D hat n.m.V. immer eine GK,
nur eben bei TPA oder TriPath vor dem Ausgangsfilter,
bei UCD ist der Abgriff dahinter.
Vor-/Nachteile lassen sich nachlesen

...die erste Frage verstehe ich nicht.

Dann brauche ich dafrü ja rießige Endstufen

du brauchst keine riesigen Leistungen, wenn du keine Party/OpenAir beschallen willst.
Daneben ist die "benötigte" Leistung vom Wirkungsgrad der LS abhängig

p.s.
ich würde nicht den TPA1100,
sondern z.B. den TAMP2100 (TriPath, Test lässt sich in KT nachlesen) kaufen
Vorsichtig bei den Leistungsangaben, im Titel meist angegeben für 10% Klirr