Grundlagen Volt Amp Watt am Beispiel Lautsprecher

Wer seine Musik optimal an den Hörer bringen will, muss sich nicht mit Werbeslogans zufrieden geben. Mit etwas Know How lassen sich schnell ein paar hundert Euro eines Fehlkaufs sparen.

Aufklärung zur Leistung von Boxen und Verstärkern zu vermitteln wird, soweit möglich, mit einfachen Worten erklärt werden müssen. Fach-Chinesisch hilft dir nicht.

Leider sind ein paar technische Grundlagen notwendig, Spannung, Volt, Ohm, Watt. Hast du da keine Kenntnisse, empfehle ich dir zusätzlich Wicki im I-Net zu befragen. Aber auch eine direkte Anfrage an den Autor ist möglich.

Grundlagen

P = Leistung in Watt, R = Widerstand in Ohm, U = Spannung in Volt Es gibt Gleichspannung z.B. Batterie und Wechselspannung z.B. Steckdose. Die Audiosignale eines analogen Verstärkers sind Wechselspannungen. Mikrofone liefern eine Spannung von wenigen tausendstel Volt, Die Ausgangsspannung von Audioverstärkern mittlerer Leistung liegt zwischen 50 und 100 V

Wechselspannungen mit geringen Verzerrungen in der Audiotechnik bzw. Tontechnik haben Sinusform. Der Klirrfaktor als Maß für Verzerrungen ist für HiFi kleiner 1 Prozent. Das bedeutet, dass mindestens 99 % der Ton-Leistung auf die Grundwelle eines Tones entfällt und auf alle übrigen Produkte wie Oberwellen und andere Geräusche eine Leistung von zusammengenommen 1 % oder kleiner haben.

Eine Sinuswelle zeigt eine stetig ansteigende Spannung "nach oben", dann abfallend zur Nulllinie, gefolgt von der zweiten Halbwelle die "nach unten" zeigt und bedeutet, dass sich die Polarität und Stromrichtung umkehrt.

Gibt man eine Spannung in Volt an ist i.d.R. eine Gleichspannung oder der Effektivwert einer Wechselspannung gemeint. Zusätze wie Vs meinen den Spitzenwert einer Halbwelle, Vss meint den Spitzenwert im ganzen Schwingungsverlauf und er ist normalerweise doppelt so hoch wie der einfache Spitzenwert einer Halbwelle Vs. Zeichne dir eine Sinuswelle und du verstehst warum.

  • Die Ausgangsleistung z.B. eines Verstärkers, angegeben in Watt, sollte einen Zusatz tragen:

  • Sinus bzw Sinus Dauerton, RMS, Effektivleistung oder NENNLEISTUNG

Die Leistung, angegeben in Watt, ist die Leistung, die an einem Lastwiderstand in Wärme umgesetzt wird. Alle Bezeichnungen RMS, Effektivleistung, Nennleistung meinen diese Leistung. Sie errechnet sich nach der Formel P=U hoch 2 geteilt durch 8xR also P=U2/(8xR)

Für U wird die Effektivspannung am Ausgang eingesetzt. Dabei ist zu beachten, dass die nicht stabilisierte Betriebsspannung einer Audioendstufe bei Sinus Dauerlast etwas absinkt und damit die Ausgangsleistung ebenfalls geringer wird.

Beispiel: Am Ausgang wird mit einem Oszilloskop die Ausgangsspannung an einem 8 Ohm Lastwiderstand gemessen. Sie beträgt bei einer Sinus-Eingangsspannung mit einer Frequenz von 1000 Hz einfacher Spitzenwert = 100 Volt.

Wenn man sich eine Sinuskurve vorstellt, die untere Hälfte nach oben klappt, dann sieht man, dass es Bereiche gibt, die weniger Spannung haben oder sogar spannungslos sind. In dieser Zeit wird weniger oder sogar keine Leistung erzeugt und umgesetzt.

Das drückt sich in der Umrechnung wie folgt aus:

50V Us entspricht etwa 35 Veff 50x0,7; (Veff=Us x Wurzel aus 2); P=U2/R =156 Watt RMS an 8 Ohm oder bei 100V Uss gemessen P=(100x100)/(8x8)= 156 Watt

  1. Musikleistung

Sie entspricht in den Grundlagen wie unter 1, wird aber mit dem maximalen Wert der Betriebsspannung errechnet, der auch dem tatsächlichen Verhalten bei Musik nahe kommt. Dadurch ergibt sich eine geringfügig höhere Ausgangsleistung.

3.Spitzenleistung, PEP

Auch hier gelten wieder die Grundlagen wie unter 1. Die Leistung errechnet sich mit dem Spitzenwert der Hüllkurve am Ausgang. Diese Angabe betrifft besonders die Leistungsmessung von Hochfrequenzendstufen, die moduliert werden. Durch die Modulation nimmt die Hüllkurve einen anderen Verlauf als bei einem CW-Signal. CW = Continuous Wave

Beispiel: Am Ausgang eines Verstärkers werden 100Vss -entspricht 50Vs- gemessen. Das ist typisch für Messungen mit einem Watt-Meter, das mit einer Diode die Wechselspannung gleichgerichtet und auf einen Ladekondensator gibt, der sich auf den Spitzenwert auflädt.

Vss heißt Spitzenwert der Spannung einer Sinuskurve, Vs ist der Spitzenwert einer halben Sinuskurve Die errechnete Leistung beträgt nun 100 x 100/8xR = 156 Watt. Für ein mehrkanaliges System kommen Verkäufer auf die Idee, dass nicht zeitgleich alle Kanäle angesprochen werden, somit aus der Netzversorgung sogar jeder Kanal so leistungsfähig wäre. Sie rechnen dann jedem Kanal eine entsprechende Leistungsabgabe zu. Sehr einfach ausgedrückt werden dann für ein 2-Kanal Verstärker mal eben 2 x 156 Watt = 312 Watt.

  1. PMPO ist der Quotient also dem Verhältnis aus U2 der Leerlaufversorgungsspannung mit der kleinst möglichen Last mit Klirrfaktor bis zu 5% und sogar die Addition aller Kanäle. Beispiel: Unsere Stromversorgung für die Beispiele 1-3 liefert 55 V und die kleinste zulässige Last wäre 2 Ohm. Dann errechnet sich die Ausgangsleistung PMPO so: 55 x 55 / 2 = 1512 Watt x 2 für ein Stereo-System = 3024 Watt

Diese Leistungsangabe ist zwar rechtlich zulässig ist aber sehr verwirrend, besonders dann, wenn die Lautsprecher-Box andere Angaben trägt. Dann weiß der Nutzer nicht mehr genau ob der Anschluss seiner Box zulässig ist.

Durch den Wunsch den Käufer zum Kauf zu bewegen werden Angaben in PMPO gemacht, weil die Leistungszahlen dann einen höheren Wert annehmen.

FAZIT: Die Angabe RMS bzw. Sinus Dauerton ist eine gut nachzumessende Angabe, verlässlich auch für den Dauerbetrieb.

Die Angabe PMPO ist eine werbewirksame Angabe ohne wirkliche Aussage über die Leistungsfähigkeit. -Das ist die persönliche Meinung des Autors-

Leistungsmerkmale Lautsprecher-Boxen

Für Lautsprecher-Boxen sind folgende Qualitätsmerkmale wichtig:

  1. Gewicht und Größe, wird von den Punkten 2 und 3 bestimmt.

  2. Lautsprecher-System, entweder ein Breitbandlautsprecher oder Mehrwege-System mit Weichen.

  3. zulässige Belastung also die aufzunehmende Verstärkerleistung.

  4. Impedanz bzw. Anschlusswert in Ohm

  5. Schalldruck in dB

zu 2 Hochleistungsboxen sind meist Mehrwege-Systeme. Sehr populär ist die 2-Wege Box mit einem Basschassis 30-35cm und einem Hochtonhorn, am Besten kein Piezo sondern ein dynamischer Hochtonlautsprecher. bei einem dynamischen Hochtonhorn ist eine Frequenz-Weiche notwendig. Das Hochtonhorn muss sich in der Dimensionierung streng an die Leistungsabgabe der Quelle also des Verstärkers halten, sollte ebenso hoch belastbar sein.

zu 3 Die zulässige Belastung einer Box in Watt muss im Datenblatt stehen. Idealerweise sollten klare Angaben wie z.B. Sinus oder RMS Leistung oder Musikleistung in Watt vorhanden sein. Steht dort PMPO muss man die RMS Leistung hinterfragen. Gibt es dazu keine Auskunft, würde ich auf den Kauf verzichten. Allein der Hochton-Lautsprecher, wenn es kein Piezo ist, ist schnell überlastet, wenn die Box von einem Keyboard Musiker genutzt wird. Die richtige Auswahl dürfte dem Laien schwer fallen.

Beispiel 1

Ein Verstärker liefert an 4 Ohm 100 W RMS. Dort darf eine Box mit 4 Ohm Anschlusswert und 100 Watt RMS Belastungsgrenze angeschlossen werden. Dabei besteht keine Reserve. Eine Box, ausgelegt für 200 Watt, darf angeschlossen werden. Eine Box mit 50 Watt RMS darf nicht betrieben werden.

Beispiel 2

Ein Verstärker liefert an 4 Ohm 100 W RMS. Dort kann eben auch eine Box mit 8 Ohm und z.B. 75 Watt RMS angeschlossen werden, wenn der Verstärker am Ausgang ohne Übertrager bzw. Trafo arbeitet. An 8 Ohm beträgt die abgegebene Leistung nur noch 50 Watt und die 75 Watt Box wird nicht überlastet.

zu 4 Da viele Verstärker nicht unter 4 Ohm abgeschlossen werden dürfen, können z.B. max. 2 Boxen a 8 Ohm Anschlusswert angeschlossen werden. Die Widerstandsangaben sind komplexe Werte, die an einer Box nicht mit einem Ohmmeter nachgemessen werden können.

zu 5 Der Schalldruck, also die Lautstärke einer Box, ist vom System, der Qualität und auch von der Größe der Lautsprecher abhängig. So wird ein Lautsprecher mit großem Durchmesser lauter sein als ein Lautsprecher mit geringem Durchmesser. Der Wirkungsgrad ist aber auch vom Magneten, dem Luftspalt und dem Spulendraht abh?ängig. So gibt es Lautsprecher die einen Schalldruck von 90 dB liefern, andere mit 100 dB. Dazwischen liegen 10 dB. Je mehr dB je lauter.

Beispiel: Eine Box mit 100 dB wird mit 100 Watt betrieben, eine Box mit 90 dB braucht für die gleiche Lautstärke aber 1000 Watt. Man kann leicht ausrechnen, dass eine Box mit besserem Wirkungsgrad in einem Equipment kostengünstiger kommt, weil deutlich weniger Verstärkerleistung und zulässige Boxen-Leistung benötigt werden.

FAZIT: Die Auswahl einer passenden Box ist nicht eben leicht. Neben technischen Daten sind persönliche Wünsche zu berücksichtigen: Optik, Gewicht, Größe, Aufstellungsort also Wohnung oder Saal, Nutzung, Breitband, Alleinunterhalter oder ein einziges Instrument wie Gitarre oder Bass

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