Strömstarka förstärkare - från HS presentation...

[IngOehman]

Detta är ingen kommentar till det specifika exempelt i tråden, men jag känner att jag vill berätta en lite historia om ström från förtärkare. Jag hoppas att något tycker den är intressant att höra, i desa tider då förstärkare som levererar >100 A anses vara värdefulla.

Saken är den att jag i en hifi-butik för ett antal år sedan kom in i denna diskussion, och försäljaren i butiken berättade för en kund hur mycket viktigare strömkapacitet var, än uteffekt.

Jag å min sidan försökte argumentera att ohms lag nog trots allt gäller.


Det hela slutade med att en högtalare (som på grund av krokig impedans kallats svår att driva i en skandinavist hifi-tidskrift, trots att minimumimpedansen inte sjänk under 6,5 ohm), kopplades till en förstärkare som enligt tillverkaren skulle leverera 100W i 8 ohm. Eftersom jag hade ett oscilloskop i bilen var det lätt att sätta på ett fonogram och vrida upp volymen till klippning och undersöka hur mycket ström som högtalaren krävde (eller rättare sagt släppte igenom, för det är det det handlar om - strömmen drivs ju av förstärkarens utspänning och bromsas a högtalarens impedans).

Jag kan avslöja att förstärkaren ifråga gav med än 28,3 volt RMS (40 V peak) vilket är 100 W i 8 ohm. Om jag minns rätt klippte den vid 36 V rms obelastad, och i den aktuella högtalaren 34 volt RMS (48 V peak). Om jag minns rätt (detta var ju några år sedan) påstod tillverkaren att förstärkaren kunde leverera mer än 150 A. En väldigt strömkapabel förstärkare med andra ord - mer än NAD 208 (som kan lämna 100 A).

Så nu är frågan: Hur mycket ström (peak) behövde förstärkaren släppa ifrån sig, in i denna enligt hifi-pressen krävande högtalare? Alltså vid musiksignal, spelad på gränsen till klippning, alltså vid maximal effekt, eller till och med mer än så! 34 V RMS är ju 144,5 W i 8 ohm, och 289 W i 4 ohm.

Vad tror ni?

25 A?

50 A?

75 A?

100 A?

125 A?

150 A?

Eller levererade den till och med mera ström än specifikationen?


Gissningar är välkomna.

Det kan tilläggas att mätningen gjordes under en hel låt, och det inte är medelströmmen vi talar om nu, inte heller maximala kortvariga RMS-värdet - utan den absoluta maximala peak-strömmen!

Hur många ampere?


Vh, iö

Vill bara förtydliga att de inledande inläggen här är delade ifrån hetsporrens presentationstråd.

/naqref

[CJNE]

Nånstans kring 25 A om min beräkning stämmer.
Det kan den mycket väl inte göra eftersom det var längesedan jag
räknade på sånt där.

Hur räknar du ut att 34 V = 144,5 W i 8 ohm utan att känna till I ?
(japp så lite koll har jag )

[Naqref]

Hur räknar du ut att 34 V = 144,5 W i 8 ohm utan att känna till I ?
(japp så lite koll har jag )

Du har spänning och impedans så då får du fram I. U/R=I Och eftersom Effekt är U*I så blir Ekv U^2/R=P. Men men men detta är nog inte rätt tråd för ekvationer om jag känner HS rätt.

6-7A är f ö min gissning.

[IngOehman]

Hotspur: Det låter klokt.


Din gissning Nagref (inte oväntat) är verklighetsförankrad, men det blev inte ens så mycket, faktiskt aldrig mer än 4,9 A. Den enligt hifi-pressen "svåra" högtalaren var tydligen inte så svår ändå?


Detta är ingen ovanlig situation - alltså att folk sitter med förstärkare som klipper i förtid, bara för att de köpt snacket om ström, och därför köpt en förstärkare med en nätdelsimpedans som är 5- till 50-faldigt lägre än belastingsimpedansen! Alltså en förstärkare som ger mycket mindre effekt än den skulle kunna ha gjort.

Verkligen trist att betala extra massa pengar för att få en felaktig dimensionering. Bara för att marknadsavdelningarna har lyckats förankra ström-snacket så hårt att en apparat med optimal dimensionering inte går att sälja...


Nu finns det förvisso exempel på högtalare så illa dimensionerade att onormalt strömkapabla förstärkare behövs, men Förstärkare som kan leverera mer än tre gånger fler ampere än volt är vansinnigt, även tillsammans med de mest felkonstruerade högtalarna.


Det kan (och bör) tilläggas att en förstärkare med lagom mjuk nätdel till effekttransistorerna, kan behöva ha stabbad spänning till resten av elektroniken, således att oönskade modulationer undviks.


Kortversion (i quiz-form) av det ovanstående: Vilken förstärkare än bäst?

1. Den som ger en kontinuerlig uteffekt om 112 W i 8 ohm - 200 W i 4 ohm - 324 W i 2 ohm - 450 W i 1 ohm - 506 W i 0,5 ohm och 450 W i 0,25 ohm. (Kortvarigt mycket mer i impedanser under 1 ohm.)

eller,

2. Den som ger 450 W kontinuerligt i 8 ohm - 506 W i 4 ohm - 450 W i 2 ohm och 324 W i 1 ohm? (Kortvarigt mycket mer i impedanser under 8 ohm.)

(Förutsättningar: Alla andra data = samma, samt dina högtalares impedans ligger över 3 ohm vid alla frekvenser.)



Vh, iö

[Naqref]

Hmmm gissade att det skulle bli något mer eftersom steget tilläts klippa men där ser man

När det gäller svar på din senare fråga så säger jag utan tvekan alternativ 2. Den spänningsklipper mycket senare än den förra (och det är ju det som låter otrevligt) speciellt på musik. Men något säger mig att du redan visste min ståndpunkt.

[Svante]

Alltså, vad har jag missförstått om jag tar toppspänningen (48 volt) och delar den med minimiimpedansen (6,5 ohm) för högtalaren och får 7,4 ampere?

Gjorde du en verklig strömmätning, tex genom att mäta spänningen över ett litet seriemotstånd?

[Naqref]

Svante: Det kräver att man får max spänning vid just den frekvens som högtalaren har sitt minimum för att det ska vara sant. Om det är flera frekvenser överlagrade och om man inte träffar frekvensen rätt så blir strömmen lägre. Det är fråga om den statistiska sannolikheten för att det ska inträffa med musik som gör att det inte sker normalt...

[Svante]

Jo, jag tänkte i de banorna, men man är ju van att tänka "worst case". Kanske var det lite det som IÖ vände sig emot iofs. Men visst HADE det blivit så om man hade spelat en kort sinusskur med just 6,5-ohms-frekvensen?

Undrar fortfarande om han verkligen mätte strömmen...

[Naqref]

Men visst HADE det blivit så om man hade spelat en kort sinusskur med just 6,5-ohms-frekvensen?

Eh... det är du som är vetenskapsman i det här sammanhanget. Litar du inte på teorierna?


(Svar: Ja.)

[Jax]

Jag kom själv fram till c:a 5A.

Vid minimi-impedansen* är ju högtalaren rent resistiv dessutom, inga fasvinklar att ta hänsyn till.

* Minimat visar på en serieresonans och jag hoppas alla känner till att en tvåpol är rent resistiv vid dess resonansfrekvenser. En impedanstopp visar på motsvarande sätt en parallellresonans.

[Svante]

Men visst HADE det blivit så om man hade spelat en kort sinusskur med just 6,5-ohms-frekvensen?

Eh... det är du som är vetenskapsman i det här sammanhanget. Litar du inte på teorierna?


(Svar: Ja.)

Jo, det gör jag. Men ibland när man tar klivet ut i den olinjära verkligheten är det ju lite svårt att begripa allt fullt ut. Vilka konsekvenser får det tex för toppströmmen om signalen för konen bortom Xmax? Blir det mer eller mindre toppström? Intuitivt tycker jag att det borde bli mindre, men f*n trot.

Fast det kanske var en annan fråga, åtminstone litegrann.

[IngOehman]

Svante: Ja, det hade det blivit, men nu spelade vi musik, och hade ställt nivån så att de allr starkaste transienterna precis skulle klippa. Det var högt som tusan! (Och om det inte framgick/framgår så - ja, det var en verklig mätning som gjordes.)


Nagref: Att du har klippt bort Hotspurs kommentar (som jag kommenterar) blir väldigt konstigt.


Svante igen, samt alla andra:
En liten lustighet i sammanhanget är att den praktiska mätningen har dåliga odds att visa verklig worst case, om man inte spelar oändligt många låtar (och så många finns ju inte), eller någon av de som spelas råkar innehålla en sann worst case-framkallande signal.

En ultra-lustighet är, att den maximala strömmen som teoretiskt kan komma att fordras av den aktuella högtalaren faktiskt är större än matningsspänningen delat med minimumimpedansen!

Betydligt större till och med.

Chansen att en verklig musiksignal skall kräva den värsta strömmen är dock minimal. I labbet kan man dock bygga specialsvåra signaler. Sådant har jag förstås roat mig med, och slutsatsen är att man i regel (med normala högtalare som last) kan konstruera specialsignaler som, avspelade vid signaler strax under klippning, ger strömmar som är 2-3 ggr STÖRRE än matningsspänningen delat med minimumimpedansen!

Detta förvånar många, men det handlar och mycket kortvariga strömmar (inte sådana som ställer stora krav på nätdelen alltså, men väl på slutstegets dimensionering, och eventuella strömbegränsningar) som beror på, att det finns flera spänningsgeneratorer inblandade i leken än de som finns i förstärkarens nätdel...

De jag talar om är den EMK som högtalaren genererar omedelbart efter kraftiga insignaler.


Vh, iö

[Naqref]

Nagref: Att du har klippt bort Hotspurs kommentar (som jag kommenterar) blir väldigt konstigt.

Jepp! Det stämmer men någonstans ska man dela och vissa saker hör bättre hemma i orginaltråden. Just den kommentaren kanske passade bättre här egentligen men nu är det för sent att ändra! Det bästa för att man ska slippa sådana här dåliga delningar är att man håller sig till topic. Fast nu delar vi ju inte överdrivet mycket ändå...

[Svante]

De jag talar om är den EMK som högtalaren genererar omedelbart efter kraftiga insignaler.

Och vad är orsaken till detta? Jag menar i småsignalvärlden ger ju denna EMK en extra impedans, det är hyfsat enkelt att härleda det. Därför antar jag att du syftar på nåt olinjärt fenomen i högtalaren, som provocerar fram ett extramycketwörstkejs?

[WuXian]

UV ultra-värst; skulle detta vara maximal spänning till spolen,
när denna (och konen osv) redan är på väg i begärd riktning?

Som att skjuta ett andra skott med hagelgevär på
någonting som redan åker iväg pga en första träff.

/don´t try this @ home!

[IngOehman]

Det där blir kanske lättare att förklara med papper och penna, men låt mig köra en kortvariant.

Tänk dig att vi ha ett högtalarelement där vi försummar effekterna av allt annat än talspoleresistansen (säg 10 ohm) motorn (säg 10 Tm) och den rörliga massan (säg 10 gram). Det blir en RC-länk.

Kör sedan en DC-spänning (säg 10 volt) in tills kondensatorn laddat upp sig (tills maximal* rörelseenergi byggts upp). Startströmmen blir 10/10 = 1 A, men när rörelseenergin går mot max minskar strömmen mot noll.

DÅ! ...slår vi om inspänningen till -10 volt.

I detta läge har vi faktiskt initialt hela 20 volt över talspolerestiatansen, och 2 ampere går genom talspolen.

Är du med så långt?

Med detta enkla resonemang har jag visat att en krets med minimumimpedansen 10 ohm driven av en förstärkare med klippspänningen 10 volt (+/-) kan ge upphov till 2 och inte 1 ampere, genom impedansen.


I en verklig högtalare är det förstås mycket mera komplicerat, men principen är densamma - genom att signaler i historien kan ha byggt upp lagrad energi i rörliga delar och i filterkomponenter i högtalaren - kan större strömmar än "U-matning/impedansminimum" komma att flyta genom talspolen.

I praktiken är det dock sällsynt att se strömmare ens i närheten av "U-matning/minimumimpedansen" när man spelar musik. Så det blir rationellt att argumentera en dimensionering av slutsteg som ger effektmaximum vid aktuell belastningsimpedans eller strax under, och inte vid en belastning som är 5-50 ggr värre. Jag talar hela tiden om dimensionering för statisk belastning. Dynamiskt i svåra impedanser, bör slutsteg alltid kunna lämna betydligt mer än nominell effekten, kortvarigt.

Fast verkligheten är mer komplicerad än så också, så för att undvika risken att dela ut missbrukbara tumregler, lämnar jag resonemanget vid detta.


Vh, iö

[Svante]

Det där blir kanske lättare att förklara med papper och penna, men låt mig köra en kortvariant.

Tänk dig att vi ha ett högtalarelement där vi försummar effekterna av allt annat än talspoleresistansen (säg 10 ohm) motorn (säg 10 Tm) och den rörliga massan (säg 10 gram). Det blir en RC-länk.

Kör sedan en DC-spänning (säg 10 volt) in tills kondensatorn laddat upp sig (tills maximal* rörelseenergi byggts upp). Startströmmen blir 10/10 = 1 A, men när rörelseenergin går mot max minskar strömmen mot noll.

DÅ! ...slår vi om inspänningen till -10 volt.

I detta läge har vi faktiskt initialt hela 20 volt över talspolerestiatansen, och 2 ampere går genom talspolen.

Är du med så långt?

Med detta enkla resonemang har jag visat att en krets med minimumimpedansen 10 ohm driven av en förstärkare med klippspänningen 10 volt (+/-) kan ge upphov till 2 och inte 1 ampere, genom impedansen.

Ja, OK, då är du fortfarande i linjära området, då. Och faktum är att man kan se det på ett annat sätt, där mot-EMKn visar sig just som en impedans. Massan ses ju som en kapacitans på elektriska sidan och försummar vi allt annat utom talspoleresistansen så har vi ett motstånd (Re) och en kondensator i serie med det. Lägger vi på samma likspänning på den RC-kretsen så kommer kondingen att laddas till likspänningen och när vi byter polaritet så kommer drivspänningen och den laddade kondensatorn att ge dubbla strömmen.

Två olika synsätt, båda är lika riktiga.

"Felet" jag gjorde var att vara kvar i frekvensdomänen för att leta reda på den frekvens (med sinusvåg) som ger mest ström. I tidsdomänen är det lättare att inse att andra signaler än sinusar kan ge högre strömmar. I konstruerade fall, alltså.

Men vad som händer när tex Bl blir olinjär har jag fortfarande inte grepp om. Kan strömmen bli större av det? Och är det ens intressant, så starkt ska man ju inte spela i alla fall.

[IngOehman]

I princip ger inte olinjäriteterna i Bl upphov till ökade strömmar, snarare tvärtom. Det blir lättare och lättare att få stora toppstämmar med hjälp av sinnrik insignal ju högre Q-värden man ser i impedansen. Eftersom det finns ett (icke linjärt) omvänt förhållande mellan överföringsfunktionens och impedansens Q-värden, minskar typiskt toppstömmarna om motorsystemet överstyr. Men som du själ säger - det vill man ju ändå inte att det skall göra. Gör det det, så bör man byta högtalare till något som är lagom mycket kapablare.

Ditt RC-exempel var ju för övrigt just det som jag exemplifierade också, med enda skillnaden att jag berättade vad de där R och C var för något, egentligen.

En sak som är lite intressant är att allt inte handlar om rörelserelaterade EMKer dock, utan även samspelet mellan basens LP-filter och mellan- eller diskantregistrets HP-filter brukar ge en impedanstopp som är utmärkt bra på att lagre energi (vilket inte är bra, fast heller inget problem för en kapabel förstärkare - faktiskt tvärtom statistiskt) ehuru en kortare tid, men inte sällan lika många perioder som kan lagas i basområdet på en typiska högtalare.

Hittar man på en maximalt sinnrik insignal kan man som sagt inte sällan uppnå korta strömspikar som är tre gånger större(!) än maxspänning/minimumimpedansen.


Vh, iö

[IngOehman]

I princip ger inte olinjäriteterna i Bl upphov till ökade strömmar, snarare tvärtom. Det blir lättare och lättare att få stora toppstämmar med hjälp av sinnrik insignal ju högre Q-värden man ser i impedansen. Eftersom det finns ett (icke linjärt) omvänt förhållande mellan överföringsfunktionens och impedansens Q-värden, minskar typiskt toppstömmarna om motorsystemet överstyr. Men som du själ säger - det vill man ju ändå inte att det skall göra. Gör det det, så bör man byta högtalare till något som är lagom mycket kapablare.

Ditt RC-exempel var ju för övrigt just det som jag exemplifierade också, med enda skillnaden att jag berättade vad de där R och C var för något, egentligen.

En sak som är lite intressant är att allt inte handlar om rörelserelaterade EMKer dock, utan även samspelet mellan basens LP-filter och mellan- eller diskantregistrets HP-filter brukar ge en impedanstopp som är utmärkt bra på att lagre energi (vilket inte är bra, fast heller inget problem för en kapabel förstärkare - faktiskt tvärtom statistiskt) ehuru en kortare tid, men inte sällan lika många perioder som kan lagas i basområdet på en typiska högtalare.

Hittar man på en maximalt sinnrik insignal kan man som sagt inte sällan uppnå korta strömspikar som är uppåt tre gånger större(!) än maxspänning/minimumimpedansen.


Vh, iö

[Svante]

Undrar egentligen varifrån tanken kommer. Alltså den att en förstärkare ger en spänning och att sen strömmen ska räcka till och bli över. På nåt sätt så luktar det intuitiv kortslutning. Att förstärkaren skulle vara "svag" om max utspänning sjunker vid ett ökat strömuttag.

Konstigt är det iaf att det ses som fullt naturligt att en förstärkare klipper om utspänningen är för hög, men att om den klipper pga att strömuttaget är högt så skulle det vara dåligt. Beror det kanske på att man kan mäta på en förstärkare med öppen utgång, men att man sällan eller aldrig mäter med kortsluten utgång?

[IngOehman]

Det får vi nog aldrig svar på, men alla som är insatta i förstärkarkonstruktion är nog överens om att dimensioneringen är långt ifrån optimal om nätdelsimpedansen är <<1/10 av belastningsimedansen. Den dynamiska impedansen (frekvensberoende) får förstås gärna vara så låg, eller till och med lägre än så dock, således att transienter kan hanteras utan spänningsklippning

Skulle gissa att de helt ensidiga mätningarna av "effektkuben" (helt utan komplettering med några som helst mätningar som skulle kunna avslöja något om ljudkvalitetsegenskaper) i viss kommersiell hifi-press, har lett till att både tidskrifterna och läsarna desperat försöker utläsa ljudkvalitetsegenskaper ur den enda mät-presentationen (kuben) trots att ingen som helst ljudkvalitetsrelevant information ryms i mätningen...

Mätning av effektkuben är en ren uteffektmätning, ingenting annat. Den säger INGENTING om hur förstärkaren kan tänks färga musiken vid effektnivåer under klippning. Att hifi-pressen inte fattat detta är häpnadsväckande, efter alla dessa år.

Att folk kommer att utgå ifrån att effektkuben är viktig för ljudet (läs: att strömstyrka är en väsentlig förutsättning för ljudkvalitet) så länge denna kub är den enda objektiva information som hifi-pressen förmedlar, är lätt att förstå dock - om den inte betyder något för ljudkvaliteten, varför redovisar hifi-tidskriften kuben så omständigt då?

Det borde ju räcka med att redovisa klippeffekt i 8, 4 och 2 ohm. Vill man få ledtrådar till ljudkvaliteten är mätning av tonkurva, dämpfaktor och distorsion mycket relevantare.

Om man tog man bort den irrelevanta kubformen ur blickfånget på de stackars läsarna kanske det vore uppenbarare för alla att de förstärkare som har vettigt dimensionerade nätdelar är de som ger överlägset mest uteffekt (minst risk för klippning) per krona.


Vh, iö

[Svante]

Jag minns mätningar som gjordes i gamla Radio & Television där man hade THD+N på höjden och frekvens respektive utnivå på det två andra axlarna. Jag minns att de då menade att man kunde se när förstärkaren växlade mellan klass A och Klass B på "fåror" som uppstod i graferna.

Antagligen är det för jobbigt att göra såna här mätningar idag, de tar ju flera timmar att köra igenom. Dessutom drivs inte pressen av att avslöja sanningar om hifi utan av att sälja lösnummer. Det damp ner en sån där blaska på jobbet för ett tag sen och jag höll på att baxna över sakerna som stod där. "Kan folk verkligen gå på det här", var tanken som snurrade i huvet medans jag bläddrade.

[IngOehman]

Tyvärr gör de nog det, men det är inte läsarnas fel - de (som går på det) är ju inga tekniskt insatta människor, utan de är bara så godtrogna som man borde kunna vara, om pressen hade tagit sitt ansvar att utbilda sig och ta reda på fakta själv, innan de började föreläsa för andra inom tekniska ämnen.


Vh, iö

[WuXian]

Kortversion (i quiz-form) av det ovanstående: Vilken förstärkare än bäst?

1. Den som ger en kontinuerlig uteffekt om 112 W i 8 ohm - 200 W i 4 ohm - 324 W i 2 ohm - 450 W i 1 ohm - 506 W i 0,5 ohm och 450 W i 0,25 ohm. (Kortvarigt mycket mer i impedanser under 1 ohm.)

eller,

2. Den som ger 450 W kontinuerligt i 8 ohm - 506 W i 4 ohm - 450 W i 2 ohm och 324 W i 1 ohm? (Kortvarigt mycket mer i impedanser under 8 ohm.)

(Förutsättningar: Alla andra data = samma, samt dina högtalares impedans ligger över 3 ohm vid alla frekvenser.)



Vh, iö

Retorisk fråga:
Varför inte en (respektive två) och
samma förstärkare, bryggkopplad?

Praktisk följdfråga:
Skapar detta andra hörbara problem/begränsningar?

Här kommer en omständig filosofisk frågeställning:

Även om vardagsanvändar-vänligheten talar mot detta;
att låta konsumenterna få ansvara för inställningarna...
...så blir kommer man väl förbi dessa "för lågt utväxlade"
kopplingar med omkopplare för bryggning på slutstegen

/Heja Bridge

[Lazyworm]

är det ett bryggkopplingsbart slutsteg kan det dock vara ganska bra om det klarar belastningen 2ohm relativt bra i Stereoläge, detta medför att steget klarar en 6ohmshögtalare med relativt sunkigt delningsfilter bra i bryggkopplat läge och värre än så blir det oftast inte.

[MKo]

Hej alla,

om man får göra en liten spekulation i saken angående strömkapabiliteten så tror jag att det kommer från ett fall som kan tänkas se ut så här:

Ingenjören har valt till sin konstruktion en mycket fin transistor för sitt slutsteg a 150 W styck, MEN för att det här råkar vara en riktig audiofil designer så ser han i databladet att den här fina transistorns Hfe viker av redan efter 1 Ampere, den här ingenjören tar då istället 10 par komplementära BJT:are som han inte låter överstiga mer än 1 Ampere styck i peak för att ligga inom det linjära området.

Dock när ingenjören presenterade stolt sin nya design för ledningen så drog han lite "ingenjörs dravel" o skröt att det sitter så pass många transistorer på utgångs steget att denna förstäkare KAN lämna 100 Ampere i peak om det så skulle vara, det snappade ju förståss marknads-Nisse upp som var med på mötet o börjar skriva ihop marknadsmaterialet för att "impa" på mindre tekniskt kunnade kunder.

Jag tror definitivt inte på att det hanlar om okunnande från dom som har konstruerat förstärkaren och vet vad som gäller utan det är helt enkelt en ren o kär marknadsavdelnings produkt om de där strömkapabla förstärkare, för det andra så är det sällan några mera tekniskt kunniga människor som i sin tur säljer i butikerna.

OT, kom ihåg för några år sedan då jag var på jakt efter en 28" TV till min mor från nån utav dom stora hemelektroniks-butikskedjorna hadde i sin kampanj, det visade sig att TV fanns ingenstans i Stockholms trakten, dock den sista butiken jag åkte ut till var i Täby, där fick jag mitt livs supernördnasarbetjäning: den unge o hurtige killen visade enbart demo exet o sa att alla TV apparater redan var sålda av den modellen, då slängde jag ur mig att "jag köper demo exet"... dår får jag till svars av killen: "nääh, det går inte... de här demoexet är special designade TV apparater gjorda enbart för att demas o håller bara 1 år....."...vahhh??????
Man kan ju bli bara sååå trött!

mvh Michael