Extrem Mobil-PA mit Akkubetrieb

Das im Folgenden beschriebene Projekt dieser PA ist eigentlich nur aus Spaß ohne echten Hintergrund entstanden weil ich mit das Numark Mixdeck Express Black gekauft habe. Auch das eigentlich nur weil ich einen Player mit kleinem Mischer suchte um bei den zwei, drei Events im Jahr am Pferdestall nicht immer das Notebook als Quelle nehmen zu müssen. Ja, der Numark war (besser wäre einer gewesen, denn sowas gab es vor 20 Jahren natürlich noch nicht) ein Jugendtraum, jetzt habe ich ihn gekauft obwohl ich ihn nicht mehr wirklich brauche aber er gefallen hat.

Schnell entstand die Idee damit eine mobile PA zu bauen damit man nicht immer verkabeln muss. Boxen extern, das war klar da je nach Örtlichkeit schon welche installiert sind und auch nicht immer das selbe Setup benötigt wird.
Das führt dann schnell zu einem LS-Manager wie dem Behringer Ultradrive. Dann wiederum muss der Rest natürlich auch etwas geiler sein. Aus etwass geiler wurde schnell sehr viel geiler. Am Ende wurde es das folgende Konzept:

Allgemein:

Rack mit allem außer den Lautsprechern. Also Der Numark, ein Behringer Ultradrive und -um diesen Ausschöpfen zu können- insgesamt 5 Endstufen (Sub nur eine Monoendstufe). Integrierter Akku für mindestens 2-3 Stunden Vollgas oder 10 Stunden dezente Beschallung. Alles noch gut transportabel und tragbar (Ausnahme der optionale Subwoofer).

Abmessungen: 54cm x 46cm x 30cm
Gewicht: 24 kg
Leistungsaufnahme im Leerlauf bzw. Zimmerlautstärke: 47W bei 36V (Numark 15W Behringer 12W)

Akku:

6p10s LiIon LG18650 36V/21Ah mit 35A Balancer-BMS von Linano


Netzteil:

Eigenbau-Schaltnetzteil. Vollbrückenwandler mit 30 kHz Betriebsfrequenz. Transformator selbst gewickelt, Kern UI93 /104/30 N87

Eingangsspannung 25-45V
Max. Ausgangsstrom: ca. 50A, Kurzzeitig 100A (Fets 100V/150A)

Ausgangsspannungen bei 36 V EIngang:

230V DC 0,5 A für Numark/Behringer
10V DC/0,1 A für Voltmeter
12V DC 3A für diverse Steuerungen
+-12V/0,3A stabilisiert für Steuerung class D
110 V DC/10A für class D Sub-Endstufe
+- 30V/15A für class AB Endstufen


Da sämtliche Spannungen bis auf die +-12V nicht geregelt sind hängt die maximale Ausgangsleistung von der Akkuspannung ab. Die Schaltnetzteile vom Numark und Behringer fressen eh alles von ca. 150 VDC bis 320 VDC. AC brauchen die sowieso nicht, Inverter wäre Schwachsinn.

Endstufen:

Sinusleistung an 8 Ohm bei 36V: 2 x 50 W class AB für Hochton/Fullrange; 2 x 200W class AB für Tiefmittelton/Fullrange; 1 x 600W class D 10Hz-500Hz Alle Endstufen problemlos 4 Ohm tauglich, jedoch Kühlung nicht für diese Dauerlast bei hohen Pegeln ausgelegt!


Folgende Aspekte spielten eine Rolle bei der Auslegung der Endstufen:

Gewicht!! Leicht heißt bei einer Endstufe (ich rede nur von der Endstufe, nicht vom Netzteil) erstmal wenig Kühlkörpermasse. Lüfter wollte ich nicht weil das Ding lautlos sein soll und funktionierende Lüfterkühlung erstens wirklich von der Luftführung schwierig ist und die Kühlung ohne Lüfter dauerhaft dann meist gar nicht geht. Einfach sinnfrei irgendwo Lüfter blasen lassen hielt ich für nicht praktikabel. Deshalb fiel die Entscheidung nur die rückseitige Aluplatte von etwa 54cm x 46 cm und 3mm Stärke als Kühlung zu nehmen. Ob das reicht oder ob man am Ende im Partybetrieb dann doch noch einen Lüfter zum Anblasen hinstellen muss wird sich zeigen. Jedoch war die Idee eine hohe Temperatur zuzulassen (ca. 80 Grad sollten gehen, dann werden die Speakon-Buchsen weich) um viel Hitze wegzubekommen. Deshalb wurden extrem viele sehr großflächige Halbleiter eingesetzt da so erreicht wird das die Chiptemperatur der Halbleiter nur wenig heißer ist als die Metalloberfläche außen. Das ist der Grund warum die Halbleiter extrem überdimensioniert sind! Und weil es halt einfach geil aussieht wenn so viele Sanken im MT-200 da hängen

Die Idee war möglichst flexibel und effizient zu sein, schließlich soll das mit Akku laufen. Was jedoch ein besonderes Augenmerk verdient ist das die Anlage meist bei Lautstärken betrieben wird wo quasi nur der Ruhestrom eine Rolle spielt, eventuell noch die Leistung am Sub. Von daher galt es die Ruheleistung so weit zu drücken wie möglich ohne zu viele Einbußen bei der Qualität zu haben.

Fangen wir beim Sub an:

Klar, class D muss her. Jedoch werden viele sagen haaaalt! Class D hat hohe Ruheleistungen wegen der Schaltverluste! Ja, wenn man das auf sauberen Fullrange-Betrieb auslegt schon. Ich habe jedoch nur etwa 40 kHz Schaltfrequenz und ordentlich Totzeiten. Natürlich ist es eine Vollbrücke da ja ein Lautsprecher wie bekannt sein sollte in 4 Quadranten arbeitet (also auch generatorisch da er ja beim Ausschwingen zurückspeist) was bei Halbbrücken für Probleme sorgt (Betriebsspannung kann stark ansteigen). Ja, das mit der Schatfrequenz und den Totzeiten macht über 1 kHz kein Spaß mehr. Es rauscht auch ganz gut wenn man mal ein Top anklemmt. Beim Sub interessiert das jedoch nicht. Und so habe ich sagenhafte 3 W Ruheleistung bei 120V an der Endstufe die 20A liefern kann. Und da ist die Steuerleistung mit drin! Der Wirkungsgrad unter last steigt dadurch nebenbei auch.
Dennoch hat diese Endstufe etwas Zusatzkühlung wie man auf den Bildern sieht, schließlich geht da im Betrieb mit Abstand die meiste Leistung rein.

Nun zur "Hauptendstufe" :

Klar war es wird eine class AB. Jedoch wird selbige ausschließlich in Brücke betrieben. Warum? Erstens weil es ohnehin immer Sinn macht da das Netzteil symmetrisch ausgelastet wird. Hauptgrund ist jedoch das die Ruheleistung sich gegenüber ungebrückten Betrieb halbiert. Das ist so weil bei class AB die Zahl der benötigten Transistoren eines Typs bei gleicher Impedanz und maximaler Ausgangsleistung im Prinzip ausschließlich von der gewünschten Ausgangsleistung abhängt, nicht vom Strom. Würde ich nicht brücken bräuchte ich die doppelte Spannung an den Endtransistoren. Bei gleichem Ruhestrom hätte ich die doppelte Ruheleistung. Ganz einfache Rechnung. Da der Behringer ein symmetrisches Signal liefert wird selbiges einfach direkt an beide Endstufenkanäle geleitet, einer kriegt das + Signal, der andere - vom XLR

Hochtonendstufe:

Ist eigentlich auch eine Fullrange, kann auch so verwendet werden mit entsprechenden Setup des Behringer. Diese arbeitet nicht gebrückt, die Betriebsspannung ist eh schon gering. Statt 0,22 Ohm wurden 0,47 Ohm Emitterwiderstände verwendet um mit weniger Ruhestrom fahren zu können. Da der Maximalstrom bei 8 Ohm nur lächerliche 2 A pro Transistor beträgt kein Thema.

Die Idee ist das mit entsprechenden Behringer-Setup bei kleinen Pegeln (wobei 50W je Kanal an einem PA-Top ist echt laut) diese Endstufe als Fullrange genutzt werden kann und durch die kleine Railspannung der Wirkungsgrad ganz hervorragend ist! Insbesondere wenn vielleicht einmal 4 Ohm Hifiboxen zum Einsatz kommen hat man 2 x 100W mit gutem Wirkungsgrad.

Wer sich auskennt stellt fest das die Endtransistoren locker um das 4-fache überdimensioniert sind. Das ist so wie eingangs beschrieben weil ich hohe Temperaturen zulassen will und da die Leistungsdichte niedrig sein muss. Zudem haben die Endstufen keinerlei Strombegrenzung (nur die class D)! Kommt der Kontrolle der Lautsprecher zugute, setzt aber kräftige Überdimensionierung voraus. Mache ich immer so, Defekte gibts nur bei echten Kurzschlüssen die mit Speakon eigentlich nicht möglich sind. Und wenn wird's halt repariert....



Ladegerät:

Generell kann man dem Akku und auch dem BMS bis 15A zumuten, also quasi das Teil mit einem auf 42V runtergedrehten 48V Meanwell SNT betreiben. Ich nutze ein 2A 10s Ladegerät welches eigentlich für Ebike-Akkus gedacht ist. Da das Teil unter 2A braucht wenn nur moderat gehört wird reicht das sogar zum Betrieb aus. Übrigens ändert sich die Spannung nur um 0,1V wenn ich das Ladegerät einstecke, das zeigt wie gering der Innenwiderstand des Akkus ist (mit BMS und Kabeln also rund 50 mOhm bei 10 seriellen Zellenpacks).
Als Anschluss ist ein 4-Poliger Hirschmann-Industriesteckverbinder angebracht der auch eine Schutzkappe besitzt. Damit kann man theoretisch auch noch andere Dinge speisen wie Licht etc., natürlich muss das dann für die hohe Akkuspannung gedacht sein. Braucht für 08/15 Kram also ein DC/DC-Wandler.


Welche LS sind geplant:

Im Moment habe ich zwei DAP X12 gebraucht im sehr guten Zustand ergattert welche auch für meine Ansprüche sehr gut gehen. Und der Behringer biegt ja auch was gerade. Ich überlege die Weiche rauszuschmeißen und in ein externes Gehäuse zu setzen (Die haben ja zwei Speakon, in und out, daraus wird dann Hochton und Tiefmittelton) und so bei Bedarf entweder passiv oder aktiv zu fahren. Bringt vermutlich Pegel und Wirkungsgrad, aber vor allem Pegel weil ich den vermutlich limitierenden 12er ja gnadenlos ins Clipping jagen kann ohne den HT zu gefährden.

Als Sub überlege ich mir den X1 von speakerplans mit einem Neodymchassis zu bauen (soll ja irgendwie noch tragbar sein, das übliche Chassis dafür mit 20kg kommt nicht in Frage)....eine Tafel 19er Multiplex ist schon da



Alles in allem ein extrem multifunktionelles Mobil-PA System welches natürlich nicht unbedingt ein simples Bauprojekt war. Vor 20 Jahren hätte ich alles gegeben um so etwas zu besitzen, es war jedoch (selbst wenn es alle Teile damals schon gegeben hätte) vom Preis, von meinen Fähigkeiten und den Fertigungsmöglichkeiten fern der Realität. Jetzt habe ich mir einmal diesen Wunsch erfüllt, Anwendungen werden sich finden. Natürlich schreit das nach Bollerwagen-PA aber irgendwie ja viel zu schade....bleibt vermutlich bei paar Events am Stall und einmal im Jahr bei der Sylvesterbeschallung im Garten darf dann auch mal Strom in den Leitungen fließen...

So, der X1 mit dem 18sound 18NLW9400 ist fertig (bis auf die Lackierung). Gebaut aus 19er Multiplex ohne zusatzverstrebungen. Im Gegensatz zum Bauvorschlag habe ich den LS vor Zusammenbau eingebaut und keine "Wartungsklappe". Eben Gewichtsersparnis wo es nur geht.
Das Ding schiebt abartig vorwärts, keine Ahnung wie der mit dem Original P.Audio geht, aber ich denke das da kein gigantischer Unterschied ist. Wäre natürlich mal interessant, ich habe bei meiner Suche nicht einen gefunden der den X1 mit Neodym gebaut hat. Dabei ist das ja gerade bei dem Teil ein Vorteil. So ist der zu zweit wirklich gut zu tragen.

Antwort auf die völlig berechtigte Frage was das für PVC-Penöppel auf der Rückseite unter den Speakons sind:

Ja, genau! Ich habe außversehen die Bohrungen für die Buchsen erst auf der falschen Seite des LS gemacht