Kan man skada högtalaren när förstärkaren klipper?

[ollenorell]

Att musiken låter illa när förstärkaren klipper det köper jag! Det är självklart!

Men jag har också hört att man kan skada högtalaren genom att använda en klippande förstärkare.
Alltså att högtalaren hade klarat sig vid samma effekt och en icke klippande förstärkare!

Jag tänkte kolla hur det ser ut på skåpet med en klippande förstärkare.
Här är min testuppstättning:


Ett bilslutsteg får utgöra den klippande förstärkaren. Jag ville inte exprimentera på min vanliga förstärkare... Lasten är 7 parallellkopplade effektmotstånd på en liten nätt kylfläns
6ohm ungefär.
Frekvensen är 200hz sinus.

Oscilloskopet mäter på förstärkarens utgång, alltså över lasten.


Oklippt får jag ut 30V toppvärde. (10V per ruta)
Det blir 150W just i toppen, och 106WRMS.


Nu klipper den lite...


Mycket...


Klipp klipp!


Jag tycker inte att det ser så farligt ut!
Jag testade en massa olika frekvenser, och alla ser lika ut!
Vågformen börjar likna fyrkantsvåg, och inte tar högtalaren stryk av det inte...
Även om det säkert är svårt för ett högtalarelement att återge fyrkantvåg...


Alltså: Kan man skada högtalaren ifall förstärkaren klipper?

Har jag isåfall gjort några mätfel? För på mina mätningar ser klippningen mycket snäll ut tycker jag!

Min last är helt resistiv, det kanske är fusk?
Vågformen är sinus, det kanske blir värre med musik-signal?

[Naqref]

Oklippt får jag ut 30V toppvärde. (10V per ruta)
Det blir 150W just i toppen, och 106WRMS.

Nja jag får det till 75W RMS. Det råkar nämligen vara exakt hälften av peakeffekten när det gäller sinusar (och cosinusar ).

[paa]

Kan du få ut något frekvensspektrum, så man ser vid vilka frekvenser effekten ligger, när det klipper?

[ollenorell]

Nja jag får det till 75W RMS. Det råkar nämligen vara exakt hälften av peakeffekten när det gäller sinusar (och cosinusar ).

Jag trodde att man skulle ta toppvärde genom roten ur två för att få effektivvärde.

Paa: På alla bilder är frekvensen 200hz, men jag testade alla möjliga frekvenser, och det blev ingen skillnad vad jag märkte i utseendet på den klippta sinusen!

[Naqref]

Jag trodde att man skulle ta toppvärde genom roten ur två för att få effektivvärde.

Jepps. Toppvärdet på spänningen genom roten ur två. Blir samma som att ta effekten genom två.

[IngOehman]

Man kan definitivt köra sönder högtalare när förstärkaren klipper.

Vissa förstärkare klipper ju vid flera tusen watt, och det klarar inte
många högtalare.
Sådana förstärkare är dock potentiellt farliga även innan de klipper.


Så frågan borde väl vara om högtalare kan ta skada AV klippandet
hos förstärkare. Det kan de, men det finns programmaterial som är
värre för högtalarna än själva klippandet.

Om klippnadet är farligt eller inte för högtalarna (närmare bestämt
deras högfrekvenshanterande element) beror på om deras effekt-
tålighets frekvensberoende sluttar brantare när man går uppåt i frek-
vens än energin hos en fyrkantvåg.

Det är i varje fall nästan sant.

De kan dock ta skada ändå, eftersom frekvensberoende effekttålig-
heten har stora diskontinuiteter, så i princip alla högtalare har inom
några register en hastigare fallande effekttålghet, än enegin hos en
fyrkantvåg, över dess grundton.

Då blir det som värst när det som klipper är en grundton som ligger
i frekvens strax under fallet. I praktiken brukar det betyda att det är
energimaxima strax under delningsfrekvenser brukar vara det som
gör klippning som allra farligast.


Vh, iö

[paa]

Paa: På alla bilder är frekvensen 200hz, men jag testade alla möjliga frekvenser, och det blev ingen skillnad vad jag märkte i utseendet på den klippta sinusen!

Förändringen av sinusens form beror på övertoner. Det är deras frekvensspektrum som i värsta fall kan hamna väldigt mycket uppe i diskantelementet som inte tål så mycket effekt.

Men jag tror det utretts här tidigare att det inte blir fullt så mycket effekt till diskanten som man skulle kunna tro.
Kanske går att hitta någon tråd om man söker?

Edit: Här var det: http://www.faktiskt.se/modules.php?name ... 906#451906

[ollenorell]

Paa sökaren har slagit till igen!
I sista inlägget fanns en jättebra förklaring av Svante!

Nu fattar jag varför diskanten får jobba!

För att bygga en perfekt fyrkantvåg behövs oändligt många sinusar, som kommer att spelas upp i diskanten!


Den klippta vågen är liknar en fyrkantvåg ganska väl, och därför blir det lite jämförbart!

Angående effektlagen så är jag med på noterna nu!

[Svante]

Jag trodde att man skulle ta toppvärde genom roten ur två för att få effektivvärde.

Jepps. Toppvärdet på spänningen genom roten ur två. Blir samma som att ta effekten genom två.

Ja, fast det gäller ju inte fyrkantvågen. Jag tror det var det som ollebolle missade.

[ollenorell]

Effekten vid fyrkantvåg blir ju egentligen samma sak som för DC-spänning om stigtiden är oändligt kort...

[Svante]

Effekten vid fyrkantvåg blir ju egentligen samma sak som för DC-spänning om stigtiden är oändligt kort...

Ja, precis. Inses lätt om man likriktar fyrkantvågen .

[pLudio]

Power Amp Clipping and Its Effects on Loudspeakers skrev Rane om ämnet 1991.

[Svante]

Power Amp Clipping and Its Effects on Loudspeakers skrev Rane om ämnet 1991.

Den där förklaringen ger jag inte mycket för. De visar en signal som är en summa av en lågfrekvent sinusskur och en kontinuerlig högfrekvenst sinus. Så säger de att om den lågfrekventa delen klipper så hörs inte det så mycket, men att det som egentligen orsakar skadan är tiden före och efter, när det bara finns högfrekvens.

Säkert är det så att testsignalen skulle ge precis de effekter som de förutser. Det är bara det att det är ytterst ovanligt att högfrekvensen ligger kvar mellan bastransienterna. Det är snarare typiskt så att högfrekvensdelen av en transient signal dör snabbare än den lågfrekventa.

Hmm, jag har precis för mig att jag gjorde ett exempel på vad som händer när en musiksignal klipps för ett tag sen, och att jag gjorde kurvor på hur energin fördelade sig i spektrum då.

[celef]

trevligt labbande och med bilder, kanon

och svantes fina inlägg i den gamla tråden som paa så fint hittade borde quotas i denna tråd

[ollenorell]

Då gör vi så! Om inte myten stämmer måste man ju ta död på den Som i mythbusters alltså

Att det är lättare att spela sönder en högtalare med en liten förstärkare än en större är defintivt inte en myt men det drabbar i första hand diskantelementet. När man driver en liten förstärkare i klippning får utsignalen en helt annan spektral fördelning med avsevärt mycket mera energi i diskantregistret.

Mja. Antag att vi har ett högtalarsystem som är specat att tåla 100 W. Det brukar betyda att diskantelementet tål ungefär 10 W.

Antag vidare att vi har en förstärkare som levererar 100 W.

Antag att den matas med en sinussignal på 500 Hz som förstärkaren hårdklipper.

Spektrum för en fyrkantvåg har bara udda deltoner. Tredje deltonen ligger på 1/3 av grundtonens amplitud, dvs 1/9 av dess effekt, femte deltonen på 1/25 av effekten, sjunde på 1/49 osv. Om delningsfrekvensen ligger vid 2000 Hz kommer endast 9,1% av effekten att hamna i diskantelementet, dvs 9,1 W. Detta räcker inte för att spela sönder diskanthögtalaren.

Trots ett nära "worst case"-scenarium.

Problemet är alltså inte den spektrala fördelningen.

Problemet är i stället att en överstyrd förstärkare kan lämna mer effekt än märkeffekten. En 100 W förstärkare lämnar ungefär 200 W om den styrs ut till fyrkantvåg. Räkneexemplet ovan ger då i stället 18,2 W effekt till diskanthögtalaren, vilket förstör den.

Om man har en festrusig användare som inte bryr sig om att det distar, ska man då ge honom en starkare förstärkare? Vilket är bäst, 100W fyrkantvåg (som diskanten klarar) eller 200W fyrkantvåg (som bränner diskanten)?

Det är det jag menar med myten om för svaga förstärkare. Diskanter går inte sönder pga att förstärkaren är för svag. De går heller inte sönder av att förstärkaren distar (så mycket mer diskant blir det inte). De går sönder av att förstärkaren lämnar mer effekt än märkeffekten och att dynamiken i musiken försvinner om man driver den till konstant klippning.

En festprisse ska ha en 2W rörförstärkare.

Tur att jag har en hemmabyggd 3W rörförstärkare för festbruk

[Ragnwald]

Lite läsvärt av Elliot. Länk

[Svante]

Lite läsvärt av Elliot. Länk

Ja, fast DC-effekt är ju inte värre än annan effekt, egentligen. Inte i meningen att det bränner talspolar. Och speciellt inte diskanthögtalarens.

[paa]

Hmm, jag har precis för mig att jag gjorde ett exempel på vad som händer när en musiksignal klipps för ett tag sen, och att jag gjorde kurvor på hur energin fördelade sig i spektrum då.

Kan det varit här (fast det inte är bilder på några kurvor):
http://www.faktiskt.se/modules.php?name ... 844#648844

[ollenorell]

Ja, fast DC-effekt är ju inte värre än annan effekt, egentligen. Inte i meningen att det bränner talspolar. Och speciellt inte diskanthögtalarens.

Nu har jag läst Elliots artikel.
I exemplet med två sinusar:

Han menar alltså att när förstärkaren klipper blidas osymetri så att integralen, eller arean av överperioden och underperioden blir olika där de skulle ha varit lika med en icke-klippande förstärkare.
Då bildas en DC-komponent!

Sen kan man läsa att helt vanlig musik har osymetrik vågform:

* Human voice (spoken or singing)
* Wind instruments (flute, horns, reed instruments, etc.)
* Plucked and struck stringed instruments (guitar, harp, piano, bass, etc.)

Alltså skulle man kunna se det som att vanlig musik innehåller oftast DC-komponent?
Det kan ju inte vara så farligt?

Det känns lite konstigt om man skulle behöva filtrera bort den...

[Piotr]

Ett lågt D på min aluminiumflöjt, inte så mycket osymetri.

En mick vid munnen och en vid änden av flöjten. man ser at båda ljudkällorna ligger i fas men med en liten skillnad i övertonsinnehåll.




/Peter

[norman]

Alltså skulle man kunna se det som att vanlig musik innehåller oftast DC-komponent?
Det kan ju inte vara så farligt?

Nej, så kan man inte se det. Det är först när en osymmetrisk signal (utan dc) klipps på ena halvan som det bildas dc.

(tänk dig en fyrkantsvåg som är 1v positiv i 2ms och 2v negativ i 1ms, där blir det ingen dc. Sen kör du vågen genom en förstärkare som bara klarar +-1v, då klipps signalen till 1v pos i 2ms och 1v neg i 1ms och det resulterar i en positiv dc spänning)


Piotr: Du får sjunga lite i micen också! Har sett rätt osymmetriska signaler på sång när jag haft skåpet inkopplat och lyssnat på musik.

[Svante]

Här är ett ljud som jag just gjorde:



...och visst kan klippning av en sån här vågform ge en DC-komponent, men vad jag menar är att det i sig knappast är något som eldar upp högtalare. DC är i sig inte farligare än andra lågfrekventa ljud för högtalaren. Dessutom så blir det inte så hemskt mycket DC av det här fenomenet. Och det är mycket mindre farligt än högfrekvens, som ju gärna eldar den klenare diskanthögtalaren.

[IngOehman]

Ja, fast DC-effekt är ju inte värre än annan effekt, egentligen. Inte i meningen att det bränner talspolar. Och speciellt inte diskanthögtalarens.

Nu har jag läst Elliots artikel.
I exemplet med två sinusar:

Han menar alltså att när förstärkaren klipper blidas osymetri så att integralen, eller arean av överperioden och underperioden blir olika där de skulle ha varit lika med en icke-klippande förstärkare.
Då bildas en DC-komponent!

Sen kan man läsa att helt vanlig musik har osymetrik vågform:

* Human voice (spoken or singing)
* Wind instruments (flute, horns, reed instruments, etc.)
* Plucked and struck stringed instruments (guitar, harp, piano, bass, etc.)

Alltså skulle man kunna se det som att vanlig musik innehåller oftast DC-komponent?
Det kan ju inte vara så farligt?

Det känns lite konstigt om man skulle behöva filtrera bort den...

I praktiken är det ovanligt att förstärkare klipper på grund av asymmetrisk vägform, eller rättare sagt - om man spelar okomprimerad musik och når nivån då det börjar klippa, så brukar det ske av enstaka transienter först och främst. Inte av statiskt pågående toner med övertoner med ett fasinnehåll som renderar asymmetrisk klippning.

Sedan vet jag inte varifrån du fått det att en asymmetrisk vågform i sig skulle betyda att det finns ett DC-innehåll?

Däremot finns det ett intressant med klippning närbesläktat fenomen som ofta tydliggör DC-förskjutningar mycket tydligare - nämligen fantombaseffekter från förstärkare med krafig andratonskomponent.

När man spelar på förstärkare med en kraftig kvadratisk term så kommer ett intressant blandningsfenomen att visa sig, nämligen att dynamiska modulationer, alltså envelope-rörelser, renderar lågfrekvensljud. Eftersom det inte är ovanligt att musik har en rytmisk dynamisk kontur, det vill säga att styrkeförändringarna följer musikens rytm, blir den fantombas som bildas av fenomenet också en rytmiskt verkande komponent i musiken.

Troligen är det en av orsakerna till att så många sitter med anläggningar med en påtaglig fantombas*, utan att de ens reflekterat över det.


Vh, iö

- - - - -

*På grund av det sätt som högtalare kommnicerar med verkligheten uanför dem - närmare bestämt via några inre integrerande och deriverande länkar, är det inte vanligt att fantombaseffekter av signifikant styrka bildas av högtalare, även om de genererar en hel del andratonsdisktorsion. Förstärkare med kraftig kvadratisk term däremot, kan skapa kraftig fantombas.

(Det är samma förhållande som gör att man i högtalare med 1% distorsion ändå kan höra effekter från förstärkare med en olinjäritet som bara renderar 0,1% THD. Eller med andra ord - det är därför som det kan vara rimligt att ställa högre krav på förstärkare än på högtalare med avseende på THD.)

[Piotr]

Piotr: Du får sjunga lite i micen också! Har sett rätt osymmetriska signaler på sång när jag haft skåpet inkopplat och lyssnat på musik.

Säg aaaaaaaa!




/Peter

[Svante]

Piotr: Du får sjunga lite i micen också! Har sett rätt osymmetriska signaler på sång när jag haft skåpet inkopplat och lyssnat på musik.

Säg aaaaaaaa!




/Peter

Det där var ett soft "a"... Vad är det för mik? Antingen tror jag du är väldigt försiktig, eller så har du minnen nära en kardioidmik (?).

[Piotr]

Jamen asså man har ju en sån där sweet varm Iglesias-stämma vettu!

Hehe, nä jag minns inte vilken mick jag använde, kula eller njure, men det var nog ganska soft sjunget.


/Peter

[ollenorell]

Sedan vet jag inte varifrån du fått det att en asymmetrisk vågform i sig skulle betyda att det finns ett DC-innehåll?

Jag försöker förstå vad DC-komponent och asymmetrisk vågform betyder!
Jag gör ett försök:

Alltså skulle man kunna se det som att vanlig musik innehåller oftast DC-komponent?
Det kan ju inte vara så farligt?

Nej, så kan man inte se det. Det är först när en osymmetrisk signal (utan dc) klipps på ena halvan som det bildas dc.

(tänk dig en fyrkantsvåg som är 1v positiv i 2ms och 2v negativ i 1ms, där blir det ingen dc. Sen kör du vågen genom en förstärkare som bara klarar +-1v, då klipps signalen till 1v pos i 2ms och 1v neg i 1ms och det resulterar i en positiv dc spänning)

Jag skissade:


Översta oklippta vågen innehåller alltså inte DC-komponent!
8 rutor uppe och 8 rutor nere i varje period! Summan är noll!

Understa klippta vågen har 8 rutor uppe, och bara 4 nere på grund av klippningen vid -1V!
Då får man en positiv DC-komponent som är orsakad av klippningen!

Signalen är symetrisk från början, men klippningen gör den asymetrisk, eller hur?

Vad menar ni med asymetrisk signal? Har jag fattat fel?

Jag har fått uppfattningen att en en symetrisk signal har lika stor area på positiva perioden som den negativa!
Längden på perioden spelar egentligen ingen roll.
Man kan ha en positiv del med låg amplitud, som är lång, och en negativ del med hög amplitud som är kort, och få en symetrisk signal om areorna på positiv och negativ period är lika!

En asymetrisk signal däremot har olika area på positiv och negativ period!

[JB]

Borde det inte isåfall skada högtalarna mer om man spelar tex dödsmetall eller liknande? =P

Och när det gäller gitarrförstärkare så är det väl snarare en grundregel att man drar på tills det klipper så man får lite extra dist =P

[Svante]

Assymetrisk betyder att den ser annorlunda ut om man vänder upp-och-ner på den. Fast... När jag tänker efter så används nog ordet lite olika ibland. Här betyder det nog att positiva toppvärdet är skiljt från det negativa.