Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Bemessung der Ausgangsleistung für Audioverstärker?


von Oliver S. (assarbad)


Lesenswert?

Moin,

ich hoffe daß ich hier im richtigen Unterforum gelandet bin.

Es geht um folgendes: ich möchte einen Audioverstärker in ein kleines 
Projekt einbauen.

Ich habe dazu aber eine Verständnisfrage. Die Werte welche angegeben 
werden (bspw. 2 x 20 W) beziehen sich auf die maximale Ausgangsleistung, 
korrekt? Heißt das, daß ich einen Lautsprecher mit geringerer 
Leistungsangabe dennoch damit betreiben kann, oder fliegt der mir dann 
um die Ohren?

Vielen Dank,

Oliver

von Joachim B. (jar)


Lesenswert?

einfach weniger laut drehen oder die maximale Ausgangsspannung begrenzen 
mit einem Spannungsteiler am Eingang des Verstärkers.

von HildeK (Gast)


Lesenswert?

Oliver S. schrieb:
> Heißt das, daß ich einen Lautsprecher mit geringerer
> Leistungsangabe dennoch damit betreiben kann, oder fliegt der mir dann
> um die Ohren?

Ja schon, wenn du entsprechend geringer aufdrehst.
Je nach Lautsprecher und Programmmaterial kann es auch sein, dass du ihn 
nicht mal kaputt bekommst. Mit einem Sinuston vermutlich schon, aber für 
den Versuch würde ich auch meine Ohren schützen ...

von michael_ (Gast)


Lesenswert?

Ein Blick in den Verstärker kann auch helfen.
Ich habe hier einen von Pollin, der mit 20W beworben wird.
Der IC kann aber nur 5W.

Auch beim Lautsprecher kann Schwindel draufstehen.

von Mani W. (e-doc)


Lesenswert?

michael_ schrieb:
> Auch beim Lautsprecher kann Schwindel draufstehen.

Sinusleistung, Musikleistung, Impulsspitzenbelastung (PMPO)
wäre da zu nennen...

von hinz (Gast)


Lesenswert?

michael_ schrieb:
> Ein Blick in den Verstärker kann auch helfen.
> Ich habe hier einen von Pollin, der mit 20W beworben wird.
> Der IC kann aber nur 5W.
>
> Auch beim Lautsprecher kann Schwindel draufstehen.

Fast immer steht Schwindel drauf, auf beidem.

von nfc (Gast)


Lesenswert?

Ein Audio-Verstärker hat eine feste Verstärkung (Gain), welche auch die 
"Empfindlichkeit" bestimmt. Dadurch führt eine bestimmte 
Eingangsamplitude auch zu einer bestimmten Ausgangsamplitude.

Deswegen sprechen die Leutchen hier davon, die Eingangsamplitude an sich 
(schon vorher, durch "leiser drehen" an einem Vorverstärker) zu 
begrenzen, oder aber über einen Spannungsteiler das Eingehende Signal zu 
"teilen".

Am klügsten wäre dann, auch die Versorgungsspannung (+/GND"Rail" bei 
Vollbrücken-, +/GND/- "Rails" bei Halbbrücken-Verstärkern) so weit 
abzusenken, daß nur noch so viel übrig bleibt, wie man auch braucht.


Das Absenken der Versorgung alleine würde nicht ausreichen, die Idee 
ist weniger gut. Denn da die Kombination aus Verstärkung und 
Eingangsamplitude am Ausgang dann eine höhere Amplitude "erzeugen wollen 
würde", entsteht dabei Clipping - die Signale werden von der (in 
diesem Fall) zu geringen Versorgung abgeschnitten ...

https://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwic4JPmocnXAhWE1BoKHWurD5sQFggtMAE&url=https%3A%2F%2Fde.wikipedia.org%2Fwiki%2F%25C3%259Cbersteuern_(Signalverarbeitung)&usg=AOvVaw3PncYizZoK8OZmdAul3NWN

Um alles richtig zu machen, wäre es nützlich, alle Daten zu kennen.
Es würde eventuell gar nicht schaden, diese hier anzugeben. Denn dann 
könnte die "Ideallösung" herausgearbeitet werden.

Was aber IMMER geht, ist, das vorhandene (bekannt funktionierende) 
Eingangssignal dafür mit einem Spannungsteiler herunterzuteilen - 
deshalb ist dies der einfachste (vielleicht allgemein "beste") Tipp.

Spannung ist aber nicht Leistung - das ist klar, oder? Halbe Spannung 
ergibt an einer festen Lautsprecherimpedanz gemittelt ein viertel 
Leistung.

von nfc (Gast)


Lesenswert?

Meine Beschreibung gilt natürlich für tatsächliche Werte.

Wie sich geschwindeltes zueinander verhält, vermag ich kaum zu deuten.
Vielleicht schreibt ja jemand mal was Witziges zu RMS vs. PMPO...

von hinz (Gast)


Lesenswert?

nfc schrieb:
> Vielleicht schreibt ja jemand mal was Witziges zu RMS vs. PMPO...

Pure Mystic Power Output

von nfc (Gast)


Lesenswert?

Schon recht gut! :)

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


Lesenswert?

PMPO ist die Brandlast wenn das Ding abraucht.

von Hans_Dampf84 (Gast)


Lesenswert?

PMPO: unseriöse Spassleistung

Peak Leistung: eine Periode 1khz Sinus, -80dB Lowlevel, >1sec Pause, 
Klirrfaktor <1%.

IHF-A Leistung: 20 Perioden 1khz Sinus, -10dB lowlevel, 480ms Pause, 
Klirrfaktor <1%, 30min vorgewärmt mit 1/8 pink Noise. Leistungsangaben 
bezieht sich rein auf den 20 Perioden Burst.

Dauerleistung: Auf diese sollte das thermische Design des Amps/ Speaker 
ausgelegt sein. Ca: 1/8 der Peakleistung. Sollte mit bandbegrenztem rosa 
Rauschen ermittelt werden (damit fährt der Amp auch regelmäßig in den 
Limiter bzw. Clippen). Wird gerne als Programmpower bezeichnet.

Für Sinus- und RMS-Leistung gibt es AFAIK keine zeitliche Vorgaben, 
somit liegen diese Angaben in der Kreativität des Herstellers. Ggf kann 
man im Datenblatt Angaben dazu finden.

von Oliver S. (assarbad)


Lesenswert?

Vielen Dank ersteinmal für die zahlreichen Antworten.

Ich war mir nicht sicher, ob es hier möglich sein würde ggf. auch Namen 
oder Links zu bestimmten Produkten anzugeben. Daher hatte ich darauf 
verzichtet.

Im Prinzip bin ich (noch!) flexibel darin was verbaut werden soll. Es 
sollen zwei Breitbandlautsprecher werden und das ganze soll in eine 
Jukebox für meine Tochter verbaut werden.

Ich habe mich somit weder auf Verstärker noch Lautsprecher festgelegt, 
habe aber mit einem Visaton-Lautsprecher (FRS 5, 8 Ω [2231]) 
geliebäugelt und mit folgendem Verstärker: "WINGONEER 2x20W 12V Digital 
HIFI Audio Stereo YDA138-E Class-D Verstärker Board" (Websuche danach 
sollte ein paar Treffer ergeben).

Vor dem Hintergrund, daß es für ein Kind ist, meine ich, daß der obige 
Lautsprecher im Doppelpack wohl ausreichen sollte.

Alternativ dachte ich auch eventuell einen Deckenlautsprecher darin zu 
verbauen, hatte aber aufgrund des Gewichts dieser Lautsprecher im 
Vergleich zu obigen Modell Abstand davon genommen.

Ich habe ein Netzteil welches mit am Ausgang 12V und 5V Gleichspannung 
mit jeweils genug Wumms für alle Komponenten liefert, selbst wenn ich 
bei den Lautsprechern noch großzügig aufstocken würde.

nfc schrieb:
> Spannung ist aber nicht Leistung - das ist klar, oder? Halbe Spannung
> ergibt an einer festen Lautsprecherimpedanz gemittelt ein viertel
> Leistung.

Ja, das ist klar.

von Bernhard D. (pc1401)


Lesenswert?

nfc schrieb:
> Meine Beschreibung gilt natürlich für tatsächliche Werte.
>
> Wie sich geschwindeltes zueinander verhält, vermag ich kaum zu deuten.
> Vielleicht schreibt ja jemand mal was Witziges zu RMS vs. PMPO...

P lüllwülfel M acht P aputt O hlen

:-P

von hinz (Gast)


Lesenswert?

Bernhard D. schrieb:
> nfc schrieb:
>> Meine Beschreibung gilt natürlich für tatsächliche Werte.
>>
>> Wie sich geschwindeltes zueinander verhält, vermag ich kaum zu deuten.
>> Vielleicht schreibt ja jemand mal was Witziges zu RMS vs. PMPO...
>
> P lüllwülfel M acht P aputt O hlen

P_ure M_erde P_our les O_reilles

(reine Scheiße für die Ohren)

von Michael B. (laberkopp)


Lesenswert?

Oliver S. schrieb:
> WINGONEER 2x20W 12V Digital HIFI Audio Stereo YDA138-E Class-D Verstärker Board"

Der Chip kann 20W nur an 4 Ohm liefern.

https://www.promelec.ru/pdf/YDA138EZ.pdf

von michael_ (Gast)


Lesenswert?

Nur gut.
Töchterlein kann sich trotzdem noch einen Hörschaden holen!

von Harald W. (wilhelms)


Lesenswert?

Hans_Dampf84 schrieb:

> PMPO: unseriöse Spassleistung

Unabhängig von dieser Aussage, die wohl die meisten hier im Forum
unterstützen; gibt es überhaupt irgendeine, technisch begründbare
Formel für die Ermittlung dieser Leistung? Z.B. Leerlaufspannung
des Netzteils zum Quadrat geteilt durch ohmschen Widerstand des
Lautsprechers?

von Jens G. (jensig)


Lesenswert?

>Unabhängig von dieser Aussage, die wohl die meisten hier im Forum
>unterstützen; gibt es überhaupt irgendeine, technisch begründbare
>Formel für die Ermittlung dieser Leistung? Z.B. Leerlaufspannung
>des Netzteils zum Quadrat geteilt durch ohmschen Widerstand des
>Lautsprechers?

Ungefähr dahin wird es rauslaufen. "Etwas seriöser" wäre es, wenn nicht 
die Leerlaufspannung des Netzteils, sondern der Output-Swing des 
Leistungsverstärkers mit Nennlast bei Leerlaufspannung des Netzteils 
herangezogen werden würde. Das wäre dann zumindest die echte 
pmpo-Leistung, die maximal möglich wäre.
Aber soweit ich weis, sind diese Leistungsangaben (bis auf RMS) nicht 
standardisiert.

: Bearbeitet durch User
von Harald W. (wilhelms)


Lesenswert?

Jens G. schrieb:

> Das wäre dann zumindest die echte
> pmpo-Leistung, die maximal möglich wäre.

Eine grosse Steigerung der Leistung bekommt man ja schon dadurch,
das nicht von Sinuswellen, sondern von Rechtecken ausgegangen wird.

von Jens G. (jensig)


Lesenswert?

Naja, das ist ja gerade das, was pmpo ausdrücken will. Eben die maximal 
mögliche Spitzenleistung eines sehr kurzen Impulses.

von MM (Gast)


Lesenswert?

Harald W. schrieb:
> gibt es überhaupt irgendeine, technisch begründbare
> Formel für die Ermittlung dieser Leistung? Z.B. Leerlaufspannung
> des Netzteils zum Quadrat geteilt durch ohmschen Widerstand des
> Lautsprechers?

Ja, früher mal in gewisser Weise.

Autoradio mit je 4-5 Watt an 4 Ohm (die ohne Brückenschaltung mit 
Ausgangselko). Die angegebenen je 40 Watt ist vom Prinzip der 
Einschaltplopp und sogar nachrechenbar.

Inwieweit das heute noch so nachvollziehbar ist... Das erfordert 
jedenfalls technische Informationen die kein Hersteller mehr zur 
Verfügung stellt.

von Michael B. (laberkopp)


Lesenswert?

Harald W. schrieb:
> Unabhängig von dieser Aussage, die wohl die meisten hier im Forum
> unterstützen; gibt es überhaupt irgendeine, technisch begründbare
> Formel für die Ermittlung dieser Leistung?

Für die nicht.

Für die anderen:

http://amp-performance.de/3-Messverfahren.html

Ein und derselbe Verstärker nach unterschiedlichen Vorschriften 
gemessen:

Minimum RMS Output Power 8 Ohm, 20Hz to 20kHz, 0.019% THD: 85W+85W
Maximum Output Power (EIAJ) 1kHz, 10% THD: 8 Ohm/6 Ohm 130W / 150W
Dynamic Power (IHF) 8/6/4/2 Ohm: 130/150/185/220W
DIN Standard Output Power 4 Ohm, 1kHz, 0.7% THD: 120W
IEC Output Power 8 Ohm, 1kHz, 0.019% THD: 100W

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


Lesenswert?

Irgendwo hab ich mal gelesen: Ich garantiere jede gewünschte 
Ausgangsleistung für ihren Verstärker, wenn sie mir die Wahl des 
Messverfahrens überlassen.

von Oliver S. (assarbad)


Lesenswert?

michael_ schrieb:
> Nur gut.
> Töchterlein kann sich trotzdem noch einen Hörschaden holen!
Ohne Frage. Deshalb wird die Lautstärke auch softwareseitig begrenzbar 
sein. Regelbar ist der (begrenzte) Bereich dann mit einem Drehgeber. Und 
selbst dann kann sie sich noch einen Hörschaden holen - spätestens in 
der Disco.

von michael_ (Gast)


Lesenswert?

Oliver S. schrieb:
> Ohne Frage. Deshalb wird die Lautstärke auch softwareseitig begrenzbar
> sein. Regelbar ist der (begrenzte) Bereich dann mit einem Drehgeber.

Ach Papi, wie soll denn das gehen?
Ein anderes Gerät angesteckt und es kommt volle Power raus.

von nfc (Gast)


Lesenswert?

Oliver S. schrieb:
> softwareseitig begrenzbar

...kann man leider tatsächlich "in der Pfeife rauchen".

Lösung 1: Begrenzung in Software + den Verstärker-Eingang über eine 
sehr, sehr ungewöhnliche Steckverbindung allein (*) für das gedachte, 
dahingehend begrenzte Gerät benutzbar machen.

(* Leider sehr einfach am Kabel zugänglich... und sogar, wenn sie selbst 
sich daran nicht versuchen würde, dann könnte sie jemanden kennen, der 
jemanden kennt, der...)

Lösung 2: Eine OPV-Schaltung vor den Amp setzen, die (was weiß ich - 
Spitzenwertgleichrichter oder was?) den Eingangspegel erkennt, und bei 
Überschreitung auf beliebige Weise Einfluß nimmt.

Ob nun Abschwächung auf den gewünschten Maximal-Pegel - gleichzeitig ein 
Geräte-Schutz, oder aber (reversible) Shutdown (auf Missetat folgt 
Frust), und/oder via WLAN eine Alarm-Meldung ((s.o.)... folgt Stunk??) ?

Es ist vieles möglich, und oftmals einfacher, als man denkt. Hier wissen 
sehr viele Leute (mich meine ich damit nicht unbedingt... :) sehr gut 
Bescheid - man muß nur die Anforderungen vernünftig definieren können.

von Andreas B. (bitverdreher)


Lesenswert?

Hi,
man kann viel softwareseitig begrenzen und viel Brimborium darum 
veranstalten. Am einfachsten dürfte das jedoch über die Maximalleistung 
des Verstärkers gehen.
Um mit normalen Lautstärken Musik und Sprache im Kinderzimmer zu hören, 
dürften 1W ausreichen.
Der in o.g. Verstärker verbaute chip YDA138 von Yamaha läßt sich 
übrigens wunderbar in der Leistung mittels Spannungsteiler begrenzen 
(Datasheet S.8 
http://download.yamaha.com/api/asset/file/?language=ja&site=jp.yamaha.com&asset_id=46252 
)

Gruß
Andreas

von Ralph S. (jjflash)


Lesenswert?

Die Ausgangsleistung Sinusdauerton(effektiv) errechnet sich zu:

Uss gemessen an einem (Hoch)lastwiderstand am Ausgang.

Beispiel mit TDA2030.

Betriebsspannung: UB = 12V

(im besten Fall 2,5V Spannungsverlust am Ausgang, eher mehr)
Uout_ss max.: 9,5V

Nach obiger Formel ergibt das an einem Lastwiderstand von 4 Ohm 2,8 
Watt.

Ein Serienwiderstand zum (4 Ohm) Lautsprecher von weiteren 4 Ohm 
reduziert die Gesamtleistung auf 1,4 Watt wodurch hier dann 0,7 Watt auf 
den Lautsprecher und 0,7 Watt auf den Serienwiderstand entfallen werden.

Grundsätzlich:

Belastbarkeit des Serienwiderstandes beachten.

von Achim B. (bobdylan)


Lesenswert?

Deine Formel geht aber auch einfacher: P = Ueff² / R.

Das Ergebnis ist das gleiche.

von Ralph S. (jjflash)


Lesenswert?

Achim B. schrieb:
> Deine Formel geht aber auch einfacher: P = Ueff² / R.
>
> Das Ergebnis ist das gleiche.

Richtig, aber ich erspare mir die Umrechnung von Uss nach Ueff und kann 
direkt nach der Uss Messung die Leistung ermitteln.

von Harald W. (wilhelms)


Lesenswert?

Achim B. schrieb:
> Deine Formel geht aber auch einfacher: P = Ueff² / R.
>
> Das Ergebnis ist das gleiche.

Nein. Durch die Verwendung von Halbbrücken gibt es einen
zusätzlichen Faktor, der die erreichbare Leistung verringert.

: Bearbeitet durch User
von Axel S. (a-za-z0-9)


Lesenswert?

Harald W. schrieb:
> Achim B. schrieb:
>> Deine Formel geht aber auch einfacher: P = Ueff² / R.
>>
>> Das Ergebnis ist das gleiche.
>
> Nein. Durch die Verwendung von Halbbrücken gibt es einen
> zusätzlichen Faktor, der die erreichbare Leistung verringert.

Doppelt falsch.

Zum einen meintest du sicher eine Vollbrücke aka Brückenschaltung aka 
BTL. Und zum anderen ist dann eben die Spitzen-Spitzenspannung doppelt 
so groß, was genau den angesprochenen Faktor ergibt.

Der Vorteil der Formel, die Ralph angegeben hat, liegt darin, daß man 
Uss einfach anhand der Betriebsspannung des Verstärkers abschätzen kann. 
Für single-supply ist Uss ~= Ub - 2V, für symmetrische Versorgung mit 
+/-Ub ist Uss ~= 2*Ub - 2V. Und für eine Brückenschaltung kommt jeweils 
noch ein Faktor 2 dazu.

Die 2V können je nach Schaltung auch 3 oder 4 oder gar 5V sein. In 
seltenen Fällen auch weniger. Und wenn man mit 10% Klirrfaktor zufrieden 
ist, läßt man diesen Term einfach ganz weg und bekommt immer noch eine 
ganz gute Abschätzung.

von Achim B. (bobdylan)


Lesenswert?

Ralph S. schrieb:
> Richtig, aber ich erspare mir die Umrechnung von Uss nach Ueff und kann
> direkt nach der Uss Messung die Leistung ermitteln.

Das stimmt allerdings. Jemand, der zum Messen der Amplitude "nur" einen 
Oskar zur Verfügung hat, kann Uss durch Käsekästchen zählen ablesen, und 
muss diese U nicht in Ueff umrechnen.

Ich fürchte aber, dass jemand, der nicht Willens oder in der Lage ist, 
aus der Uss die Ueff zu errechnen, mit deiner Formel noch überforderter 
ist als mit meiner.

Aber eigentlich ist es Wurscht. Wer sich ernsthaft mit solchen 
Messereien beschäftigt, hat auch die entsprechenden Messmittel. Ich zum 
Beispiel benutze für Messungen dieser Art ein Millivoltmeter und eine 
Klirrfaktor-Messbrücke. Und den Oskar nur zur Signalüberwachung.

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


Lesenswert?

> Ein Serienwiderstand zum (4 Ohm) Lautsprecher von weiteren
> 4 Ohm  reduziert die Gesamtleistung auf 1,4 Watt wodurch hier
> dann 0,7 Watt auf den Lautsprecher und 0,7 Watt auf den
> Serienwiderstand entfallen werden.

Super Idee zur Leistungsbegrenzung. Da hat man eine Endstufe mit 
2x1250W, nur damit man hinterher die Häfte zum Heizen verwendet. Klasse! 
Könnt ihr Biblis wieder starten, so wird das nix mit dem Atomausstieg.

von Andreas B. (bitverdreher)


Lesenswert?

Hi,
bei der Diskussion um die Widerstände am Ausgang habe ich irgendwie den 
Eimdruck, daß sich niemand hier bemüht hat, in das weiter oben von mir 
verlinkte Datenblatt des verwendeten Verstärker ICs mal reinzugucken.
Das von Ben erwähnte AKW in Bibis kann daher endgültig abgeschaltet 
werden.

Gruß
Andreas

von Äxl (geloescht) (Gast)


Lesenswert?

der Yamaha sieht aus, wie ein TPA3113...
---
Bau einfach die von Dir ausgesuchten Komponenten zusammen
(Class-D:
https://www.amazon.de/WINGONEER-Digital-YDA138-Class-D-Verst%C3%A4rker/dp/B0713YK3H1
 und Lsp:
https://www.pollin.de/p/breitbandlautsprecher-visaton-frs-5-5-w-8-o-640994?&gclid=EAIaIQobChMIzZqhqavN1wIVhBgbCh3ziwA7EAQYASABEgL8ZfD_BwE
).
Da geht nichts kaputt. Die Lautsprecher müssen in eine kleine Kiste!

Äxl

von nfc (Gast)


Lesenswert?

Andreas B. schrieb:
> Hi,
> bei der Diskussion um die Widerstände am Ausgang habe ich irgendwie den
> Eimdruck, daß sich niemand hier bemüht hat, in das weiter oben von mir
> verlinkte Datenblatt des verwendeten Verstärker ICs mal reinzugucken.
> Das von Ben erwähnte AKW in Bibis kann daher endgültig abgeschaltet
> werden.

Keine Sorge. Ich glaube nicht, daß Ben sich auch darauf bezog.
Immerhin wurden anfangs ja auch Spannungsteiler für das Eingangs-
signal besprochen, Du hast eine zusätzliche Lösung gebracht.
Hat IMHO nix miteinander zu tun, trotz des Eindruckes.

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.