ich hoffe, ihr könnte mir mit einem Problem helfen, bei dem ich, mangels elektrotechnischer Kenntnisse, völlig überfordert bin. Wir wurden von einem Bastler um Hilfe gefragt, kommen aber nicht weiter.
In einem Auto wird eine Musikanlage eingebaut. Von der Endstufe zu den Lautsprechern führt ein Spannungsteiler, der die Leistung um spezifische Werte senken soll, z.B. 3dB
Nun ist dieser Spannungsteiler (ein selbstgezimmertes Teil unbekannter Quelle liegt vor) so aufgebaut:
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zeigt 1 Spannungsteiler)
Die Frage ist, welche Bauteile (mit welchen Werten für Widerstand und Watt) würde man in diesem Fall benötigen, wenn man einen Spannungsteiler für Eingang von max. 20 Watt RMS benötigt und die Lautsprecher 4 Ohm Widerstand haben?
Wie würden sich die Werte der Bauteile ändern, wenn ...die Absenkung 6dB betragen soll ...die Lautsprecher statt 4 Ohm Widerstand z.B. 8 Ohm hätten
Gibt es eine Formel, in die man die gewünschten Werte einsetzt und die korrekten Widerstände (Ohm, Watt) errechnen kann?
Anzumerken wäre, in dem vorliegenden Fall ist R_1 mit 1,5 Ohm +/- 5% und
10 Watt dimensioniert und R_2 mit 3,3 Ohm +/- 5% und 10 Watt. Ich hätte aber am liebsten eine Tabelle, durch die ich schnell ersehen kann, welche Bauteile ich brauche wenn die Lautsprecher 4 Ohm haben, oder 8 Ohm, oder die Ausgangleistung nicht um 3dB sondern um 6, 9 oder 12dB senken will. Das kann ich mir sehr gut herstellen, wenn ich einmal eine funktionierende Formel habe, auf deren Richtigkeit ich mich verlassen kann. 6 Köpfe (3x Mathematiker, 1x Studentin, 1x Mechatroniker, 1x Tischler mit Interesse an Elektrotechnik) konnten keine Lösung finden.
Zumal es auch keine Hinweise gibt, weswegen die 2 Widerstände so unterschiedlich dimensioniert sind. (Muss ein Verhältnis von ungefähr
1:2 eingehalten werden? Zufall? Zählt nur die Summe und die Reihenfolge ist egal?)
Das geht mit einem Spannungsteiler nicht. Ein Spannungsteiler ist nur im belastungsfreien Fall linear --- dann ist die Leistung aber schon von vornherein Null, und kann schon rein rechnerisch nicht um 3dB verringert werden.
Das wäre nur dann überhaupt möglich, wenn da "genau 20 Watt" stünde, aber nicht bei "maximal 20 Watt".
Habe ich hier ein Muster eines Zauberspannungsteilers vor mir liegen? Ich weiß nur, dass er funktioniert. Was am Ausgang ankommt ist nur noch die Hälfte bei einer Reduzierung um 3dB, so wie es sein soll.
Erbitte Erklärung. Ein Audiosignal ist eine Wellenform. Der höchste, unverzerrte Peak steht bei 0dB. Senkt man die Lautstärke um 3dB, nimmt sie um 50% ab. Der Spannungsteiler soll aus den 20 Watt vom Eingang 10 Watt am Ende machen, dann wurde um 3dB reduziert. Das ist sicher nicht fachlich korrekt, es sollte aber jetzt zu verstehen sein, worum es uns geht.
Wenn es für 20 Watt funktioniert, kann ich davon ausgehen, dass auch 15 Watt funktionieren, ohne dass die Lautsprecher abfackeln. Daher schrieb ich "max. 20 Watt". Mehr soll darauf nie laufen. Und bei weniger besteht keine Gefahr eines Schadens mehr. Ein zu gering dimensionierter Widerstand würde die Speaker grillen. Es geht nur um den Ausschluss und damit diese Widerstandsgrenze, die vorhanden sein muss, ohne um die Geräte fürchten zu müssen. Ich weiß nicht, wie man es in der Elektrotechnik ausdrücken mag, aber bislang hat jeder sofort verstanden, wie es gemeint war.
Falls der Ausgang von der Endstufe NICHT eine bestimmte Belastung benötigt, kann man den Spannungsteiler mit nur einem Widerstand realisieren.
Falls nicht, braucht man 2 Widerstände. Ich gehe mal davon aus, dass es so ist.
Also angenommen, der Ausgang der Endstufe benötigt 4 Ohm Last und gibt die Leistung PE ab und eine Absenkung um XdB wird gewünscht. Dann ist die Rechnung so:
R1*RL/[(R1+RL)* 4Ohm] = 10^(-X/20)
R1*RL/(R1+RL) + R2 = 4Ohm
P(R1)= 10^(-X/20) * RL/(R1+RL)
P(R2) = PE * [1 - 10^(-X/20)]
RL = Lautsprecherwiderstand. Die Gleichungen entsprechend umstellen.
Kannst du das näher ausführen? Leistung = Spannung mal Stromstärke. Wieso ist bei dir die Stromstärke 1/sqrt(2)? Habe ich einen Gedankenschritt verpasst?
Also verhalten sich die beiden parallel geschaltenen Widerstände immer so, dass R1 : R2 wie 0,7*(R1+R2) : 0,3*(R1+R2) ? Aber R1 ist ja gerade der schwächere der beiden in unserem Muster (1,5 Ohm), während R2 3,3 Ohm hat. Ist die Reihenfolge dieser beiden egal? Das würde ich bei einer parallelen Schaltung einsehen, aber da ich das Stück vor mir liegen habe, von dem ich die Skizze gemacht habe, bin ich mir gar nicht sicher, dass es eine parallele Schaltung ist.
Ich dachte, da sich nur der Widerstand des Lautsprechers ändert, sollte dies als Variable einfach zu handhaben sein.
Was würde sich ändern bei anderen Frequenzen?
Inwiefern angepasst?
Ich habe mir stundenlang den Kopf über die Funktion desselbigen zerbrochen. Immerhin habe ich vor laaanger Zeit gelernt, dass Strom den Weg des geringsten Widerstandes nimmt. Warum er also überhaupt den Weg durch R2 nehmen sollte, ist mir immer noch nicht klar.
Das ist grundsätzlich erst einmal eine Murks-Lösung, die mit High Fidelity dann nichts mehr zu tun hat - da letzteres aber ohnehin überwiegend auf Einbildung beruht, kann man das natürlich machen. Was ist daran Murks? Prinzipiell ist ein Audio-Leistungsverstärker eine extrem niederohmige Spannungsquelle - extra dafür wird er nämlich gegengekoppelt, was dazu führen soll, daß die Ausgangsspannung praktisch unabhängig von der Belastung ist und er ausgangsseitig eingespeiste Ströme einfach kurzschließt.
Das muß auch so sein - warum braucht man das? Weil die angeschlossenen Lautsprecher üblicherweise schwingungsfähige Systeme sind, die munter vor sich hin vibrieren, wenn sie angeschubst werden, und sie werden durch die Tonfrequenzspannungen dauend angeschubst. Das sollen sie aber nicht, sondern mit ihrer Membran präzise der aufgeprägten Spannung folgen und nicht etwa eigene Lautsprechermusik machen. Und genau das erreicht man durch niederohmige Verstärkerausgänge: So eine herumwackelnde Lautsprechermembrane ist nämlich selbst ein Generator, der an den Lautsprecherklemmen Spannungen erzeugt - durch eine niederohmige Ansteuerung werden diese Induktionsspannungen kurzgeschlossen, und die (relativ hohen) Kurzschlußströme bedämpfen die Eigenschwingungen des Lautsprechers stark, so daß er nur noch so wackelt, wie der Verstärker das will.
Und dieses Feature versaut man sich recht effektiv, wenn man zwischen Verstärkerausgang und Lautsprecher künstlich einen Zusatzwiderstand packt.
Die Formeln sind recht einfach: Du brauchst das Ohmsche Gesetz und die Joulesche Leistung, also U = R*I und P = U*I, sonst nichts. Ach ja, wissen sollte man noch, daß das Bel (B) der dekadische Logarithmus eines Leistungsverhältnisses ist und das Dezi-Bel (dB) ein Zehntel davon.
So, dann wollen wir mal:
Der Lautsprecher mit dem Widerstand R_L liegt parallel zu R1, das ergibt einen resultierenden Widerstand
R1' = 1 / (1/R1 + 1/RL)
Die "Verstärkung" eines Spannungsteilers beträgt
v = U_aus/U_ein = 1 / (1 + R2/R1')
(es ist die Resultierende der Parallelschaltung von R1 und RL für R1' anzusetzen), daraus ergibt sich die Verstärkung (bzw. Dämpfung) zu
v'[dB] = 20 * log10(v) = -20 * log10(1 + R2/R1')
Kontrolle: Sei R1' = R2, dann 1 + R2/R1' = 2,
v'[dB] = -20*log10(1 + R2/R1') = -20*log10(2) = -6 dB
Stimmt das? Ein 1:1-Spannungsteiler senkt die Spannung auf die Hälfte, die Leistung folglich auf ein Viertel, also beträgt die Dämpfung 6 dB, wie erwartet.
Wir wollen es aber eigentlich andersherum wissen, also das Widerstandsverhältnis, das man für eine gewünschte Dämpfung v'[dB] braucht, also wird die Gleichung umgestellt:
R2/R1' = 10^(-v'[dB]/20) - 1
Was kommt denn da z. B. für v'[dB] = -3 dB heraus? Einsetzen:
Damit weißt Du jetzt das Verhältnis der Teilerwiderstände. Und wie groß nimmt man die nun konkret? Klar ist erst mal: R1' ist immer kleiner als R_L, wenn R1 kleiner als unendlich ist. Du könntest also einfach R1 weglassen und dann R2 aus der o. a. Gleichung als Vorwiderstand berechnen. Das ist aber nicht unbedingt so günstig, wenn man mit Autokrachanlagen möglichst viel Kraftstoff sinnlos in Wärme umwandeln will, dann sollte man nämlich dem Verstärkerausgang einen möglichst geringen Lastwiderstand am Ausgang anbieten, damit er mehr Strom abgeben muß.
Welchen Lastwiderstand R "sieht" denn der Verstärkerausgang? Das ist natürlich die Summe aus R1' und R2, also
R = R1' + R2,
und die läßt sich beliebig verkleinern, indem man R1 klein macht, denn R2 ist nach der zuvor berechneten Gleichung proportional zu R1' zu wählen und wird dann ebenfalls klein. Den Klang könnte es allerdings verbessern: Der ausgangsseitige Innenwiderstand des Spannungsteilers, also die Ausgangsimpedanz, die der Lautsprecher zwischen dem "gedämpften" Verstärkerausgang und seinem Eingang sieht, ist nämlich die Parallelschaltung aus R1 und R2, und die wird kleiner als R2, wenn R1 kleiner als unendlich ist.
Das ist dann zur Dimensionierung von R1 und R2 schon fast alles - im letzten Schritt mußt Du dann nur noch ausrechnen, welche Spannungen an R1 und R2 anliegen und welche leistung dann dort gemäß P = U^2/R dissipiert wird, und die Widerstände in passender Belastbarkeit auswählen, und vor allem auch überprüfen, ob Verstärker oder Lautsprecher nicht überlastet werden.
Hatte ich schon erwähnt, in welche Hölle ich die Knallköpfe wünsche, die glauben, sich in Autos mit elektronischem Krach volldröhnen und dabei weder auf die mitbeschallte Umwelt noch auf den Verkehr Rücksicht nehmen zu müssen?
Es *kann* nur noch bergab mit Deutschland und der Welt gehen: PISA allerorten, Dummheit und Hädonismus und keinerlei Pflicht- und Verantwortungsgefühl mehr ...
Mach einfach irgendwas oder such Dir ehrliche Arbeit.
Der LP verheizt ja das meiste. /Das/ ist der Sinn der Sache.
nöö
Der Spannungsteiler ist eine Reihenschaltung. Parallel zu R1 liegt der LP und der soll richtig was abkriegen.
Du gehst falsch an die Sache ran. Hol Dir ein Buch über den Bau von Lautsprecherboxen.
Der Verstärker muß zum LP passen. Alles andere ist Murx. Sind diese Widerstände eventuell Drosseln, Filter?
1000Hz bestimmt die Impedanz des Lautsprechers. Hol Dir ein Bastelbuch!
Der LP hat z.B. 4Ohm bei 1000Hz
Der Ausgangswiderstand des Lautsprechers sollte dem des Verstärkers entsprechen. Dann ist die Leistungsübertragung maximal. Kleine Unterschiede gehen. Zu niedrig gefährdet den Verstärker.
um die Rechnung zu verstehen, muss ich alles qualvoll durchrechnen. Leider komme ich dabei nicht weit.
Nehmen wir eine Endstufe mit einer Last von 6 Ohm an. (Die tatsächlich vorliegende Last der Endstufen ist jeweils bekannt, ich ersetze sie in deiner Formel) Wir haben in unserem Beispiel Lautsprecher mit 4 Ohm Widerstand. Die 2 zu verwendenden Widerstände wollen wir wissen, die eine Absenkung von 3dB ermöglichen sollen.
Du gibst an: R1: Widerstand 1 (R1 und R2 sind gesucht) RL: Lautsprecherwiderstand (=4 Ohm) X: Senkung in dB (=3dB) LE: Last an der Endstufe (=6 Ohm) Wir müssen die Formel also nach R1 auflösen. R2 kommt nicht vor.
Also sind R1 und R2 doch in einer Serienschaltung? (siehe
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Dann sieh dir bitte die Grafik nochmal an. Ich habe dort R1 VOR R2, wobei R1 mit 1,5 Ohm und R2 mit 3,3 Ohm bei dem Hardwareteil vorliegen. Der schwächere Widerstand kommt zuerst dran, während in deinen Ausführungen R1 der stärkere Widerstand ist (da R1 = 0,7*(R1+R2)). Wie jetzt? Betrachte ich den Stromfluss von der falschen Seite aus?
D.h. erst auf dem Rückweg vom Lautsprecher durchläuft der Stromfluss den R2, wenn ich's richtig verstanden habe.
*heul* Mir als Mathematiker wurde das alles heute hingeknallt mit dem Befehl eine Tabelle aufzustellen, welche Bauteile (R1, R2) man benötigt wenn... Lautsprecher hat diesen Widerstand, Leistung ist nicht über 20W RMS, Muster des für 4 Ohm ausgelegten Spannungsteilers und fertig. Ich habe von Elektrotechnik nur leider keine Ahnung und der, der davon Ahnung hat kommt mit Newsgroups nicht zurecht... Hier ergänzt sich ein Rudel von Halbidioten. ^_^
Die Widerstände sollen je nach dem, was die jeweils zu verwendenden LP aushalten so ausgewählt werden, damit selbige nicht abrauchen können, weil zu viel Leistung draufknallt. Klingt simpel, ist es auch. Dazu gibt es herrlich viele Formeln und ich habe hier vieeele Bücher, derer zu lesen mich Jahre kosten. Ich weiß von Strom nur soviel mit Sicherheit: Spannung tut weh, Stärke macht klein, schwarz und hässlich.
Dann verhält es sich so wie die Dichte von Wasser je nach Temperatur. Danke, geklärt!
Ok, das ist bekannt.
Jau, auf dem Rückweg, um den Stromkreis zu schließen. Sorry, hab ich nicht bedacht.
Bei 8 Ohm einfach die doppelten Werte für R1 und R2 nehmen. Die Leistungsaufteilung bleibt gleich.
Ja.
Das entspricht ungefähr 24dB Abschwächung. Hast du auch nicht R1 und R2 vertauscht in deiner Skizze. 24dB Abschwächung ist eine ganze Menge.Natürlich knnt es trotzdem passen, wenn man zwischen normaler Lautstärke und Krach machen umschalten will um andere Autofahrer zu erschrecken.
Die Tabelle steht oben.
Hier fehlt ein Elektronik-Ing. im Team der seine Formeln natürlich auch durch Einsetzen von Werten überprüft. Eine Formel hinschreiben reicht nicht.
Nein. Stimmt so ungefähr für 24dB. 1,5 Ohm und 3,3 Ohm sind halt Standardwerte die es überall gibt.
"Manfred Ullrich" schrieb im Newsbeitrag news:46588a77$0$20289$ snipped-for-privacy@newsspool3.arcor-online.net...
Nochmal (seufz) Oh, ich muss korrigieren, denn die dB beziehen sich ja auf die Leistung und nicht auf die Spannung, also 40 wo 20 war:
Also angenommen, der Ausgang der Endstufe benötigt RLast und gibt die Leistung PEnd ab und eine Absenkung von PEnd um XdB an den Lautsprecher mit RLaut wird gewünscht. (Es kann sein, dass PEnd, RLast, RLaut und XdB nicht in jeder Größe zueinander passen!)
Murkslösung hin- oder her, hier ist jemand, der etwas wissen möchte, was du weißt und damit hast du den Vorteil, helfen zu können. Dafür danke ich dir auch ganz herzlich.
Ralf Kusmierz schrieb:
Klar, der Strom durchläuft parallel R1 und RL. Der Widerstand, der dabei insgesamt angefallen ist, ist R1'. Der Doppelbruch ergibt sich aus der Parallelschaltung: 1/Rges = 1/R1 + 1/RL -> R1' = 1/(1/R1 + 1/RL) Während hingegen in einer Serienschaltung die Widerstände einfach addiert worden wären... meine letzte Berechnung von Schaltungswiderständen in der Schule liegt 15 Jahre zurück. ;)
^^ Die 20 resultiert aus der Vorgabe der Leistung von 20 Watt?
Ok, das leuchtet ein.
Und genau das hat uns so große Probleme bereitet. Wir gingen von einem konstanten Verhältnis der beiden Widerstände aus, aber das war es eben nicht. Danke! Das bringt uns viel weiter.
Für eine Senkung um 3dB wäre das Verhältnis also 1:0,4, für 6dB etwa
1:1, für 9dB 1:1,8 etc. wenn ich nicht irre.
Genau.
ACK
Das schon, aber wenn die Widerstände zu gering werden, grillt man damit die Lautsprecher knackig durch. Und um diesen Punkt ging es - die Bestimmung des Sicherheitslimits, also jenen Wert, unter den R1 nicht fallen darf, da es sonst zum Tod der Brülltrichter führen würde.
Kann ich gerade nicht ganz folgen, aber ich versuche es morgen nochmal in ausgeruhtem Zustand.
Ja, aber wie komme ich auf jenen Widerstandswert, den R1 haben muss, um die Spannung zu überleben? Habe ich einmal R1 errechnet komme ich mit deinen Angaben zur Bestimmung des Verhältnisses wunderbar zu R2. Gibt mir doch bitte noch einen Tipp. (R = U^2/P wobei P=20?)
Du hast es durchblicken lassen, ja. Es gibt jedoch auch die Leute, die munter Feuerwerk in die Atmosphäre blasen, mit dem fetten 48l/100km Sprit fressenden A8 rumgurken, in der Nacht die Standby Geräte Strom lutschen lassen, fast täglich auf Rednerpulten rumsiechen und warme Luft abgeben, aus Spaß auf Rotwild ballern, das Wasser übermäßig laufen lassen, Flugzeuge in Hochhäuser jagen, jeden Pseudokunst-Hirnfick aufregend finden und beim Musikantenstadl noch fest in die Hände poschen müssen etc. und da macht auch keiner was vernünftiges zur Prävention. ;)
Tröste dich. Wir hatten ohne Vorwarnung 15 Minuten Zeit, kaum Infos und sind allesamt nicht aus D. Jetzt besser? ;)
Ich sag jetzt besser nicht, was ich arbeite. Das würdest du nicht überstehen. ^^
Von der Endstufe kommend würde zuerst R1||RL drankommen, erst danach R2.
Das vorliegende Muster schwächt bei Lautsprechern mit 4 Ohm Impedanz nach dem was mir gesagt wurde um die gewünschten 3dB ab. Ich kann es nicht testen. Dort ist R1 mit 1,5 Ohm und R2 mit 3,3 Ohm angeschrieben.
Diese Werte für R1 und R2 klingen mehr als abenteuerlich.
ACK.
Fein... Wenn ja, wie lautet sie? ^^ Ich glaub, ich schmeiß die Formeln am besten in ein Excel Dokument und lasse die Leutchen selber die Werte eintragen, die sie haben.
Nein. Willst ein Foto?
Immer wenn solche Spannungsteiler reinkommen werden sie aufgeschnippelt und jedes Mal sind andere Bauteile mit anderen Werten drinnen. ;)
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