Benutzer-Werkzeuge

Webseiten-Werkzeuge


leistung-impedanz

Was macht eigentlich der Impedanzwahlschalter und wozu ist er gut?

Es herrscht häufig Verwirrung um den Impedanzwahlschalter und den Zusammenhang zwischen Impedanz und Leistung bei einem Verstärker. Zum einen wird mitunter die Impedanz des Lautsprechers mit der Stellung des Impedanzwahlschalters am Verstärker verwechselt. Zum anderen ist vielen nicht klar, was dieser Schalter eigentlich bewirkt. Die Bedienungsanleitungen machen fast nie Angaben darüber, was das Umstellen eigentlich bewirkt.

(Hinweis: Die folgenden Ausführungen basieren auf einer sehr guten Zusammenfassung des Themas von Reference_100_Mk_II, siehe hier.) In den Formeln werden die üblichen Zeichen für Leistung (P), Widerstand (R), Strom (I) und Spannung (U) verwendet.

Leistung und Impedanz

Grundsätzlich gilt: Mit sinkender Impedanz der Lautsprecherbox steigt die maximal bereitstellbare Leistung des Verstärkers. Die folgende Grafik zeigt den Zusammenhang:

Zu sehen ist ein Diagramm eines modernen Class-D-Chipverstärkers im BTL-Modus, wie er so oder so ähnlich auch in vielen AVR verbaut sein könnte. Namentlich ist es der TAS5630, wobei dies absolut keine Rolle spielt. Die Linien gelten (in etwa) auch für alle anderen Class-D-Verstärker.

Links ist die abgegebene Leistung zu sehen, unten die Versorgungsspannung des Chips. Dazu drei Kurven: blau für 8 Ω, grün für 6 Ω und rot für 4 Ω.

Aus diesem Diagramm lässt sich nun ablesen, wie hoch die unverzerrte Ausgangsleistung bei einer gewissen Versorgungsspannung mit einer gewissen Anschlussimpedanz maximal sein kann. Dreht man weniger doll auf, kommt weniger Eingangssignal zur Endstufe, und es wird weniger Leistung abgerufen. Uns geht es hier um die maximale Ausgangsleistung.

Gemäß P = U² / R liegt die grüne Kurve höher als die blaue und die rote höher als die grüne. Die maximal mögliche Ausgangsleistung nimmt wie zu erkennen ist in zwei Fällen zu:

  1. mit sinkender Impedanz der Boxen,
  2. mit steigender Spannung.

Demnach muss auch der Strom ansteigen, wenn die Spannung steigt, denn I = P / U. Da P und U auch was mit R zu tun haben, steigt der Strom auch, wenn R sinkt.

Und was passiert noch, wenn Strom und Leistung zunehmen? Die Abwärme durch Verluste wird auch größer. Zudem muss darauf geachtet werden, die maximale Strombelastbarkeit der Endstufe nicht zu überschreiten.

TAS5630 Figure 12

Hier habe ich nun ein paar Geraden eingezeichnet und diese auf die Leistungsangaben eines Marantz SR7012 bezogen.

Die horizontale gelbe Linie bei 125 W kreuzt die blaue Kurve für 8 Ω bei ca. 46,5 V. Vertikal habe ich dazu eine braune Linie eingezeichnet. Diese Spannung von ca. 46,5 V ist die Höhe der Versorgungsspannung der Endstufe. Nun können wir mittels I = √(P/R) den Strom ausrechnen. Dieser beträgt also bei 46,5 V mit 8 Ω (also bei 125 W) rund 4 A.

Wozu Impedanzwahlschalter?

Was passiert nun, wenn wir die angeschlossene Impedanz verringern, die Versorgungsspannung aber gleich hoch lassen? Also statt 8-Ω-Boxen verwenden wir jetzt 6-Ω-Boxen. Richtig, die Leistung, und damit auch der Strom, geht hoch, denn der Widerstand sinkt.

Die braune 46,5-V-Linie kreuzt die grüne Kurve für 6 Ω bei ca. 162 W. Die horizontale Linie in orange passt also ebenfalls zu den Leistungsangaben von Marantz. Die Physik stimmt.

Der Strom beträgt nun schon gut 5,2 A - eine Steigerung von ca. 32 %. Dieser Strom und damit auch die erhöhte Verlustwärme mag noch im Bereich der Spezifikationen der Endstufe liegen. Doch wie schaut es mit 4 Ω aus?

Nun kreuzt die braune 46,5-V-Linie die rote 4-Ω-Kurve bei gut 225 W! (hellgrüne Linie) Warum so viel? Wir erinnern uns: P = U² / R

Was bedeutet das nun für den Strom? Nun, dieser liegt gemäß unserer Formel bei heftigen 7,5 A − eine Steigerung von satten 90 %. Wir verdoppeln also fast den ursprünglichen Strom der 8-Ω-Rechnung!

Das bedeutet auch einen massiven Anstieg an Abwärme, eventuell ein überschreiten der Strombelastbarkeit der Endstufe sowie auch eine Überlastung des Netzteils. Es kommt somit zu Verzerrungen und (hoffentlich) zu einer Temperatur-Abschaltung. Der Amp ist am Ende. Feierabend.

Was macht nun der Hersteller, um diesem Fehlerfall vorzubeugen? Er schreibt dem Anwender vor, die Versorgungsspannung im Fall von Boxen mit sehr niedriger Impedanz herab zu setzen. Dies macht der Anwender entweder über einen rückseitigen Schiebeschalter oder in einem Untermenü des Verstärkers. Der Schalter/die Option ist dazu einfach mit „Impedanz“ benannt, denn mit dem Umweg über die Versorgungsspannung kann ein technisch unbedarfter Anwender wenig anfangen.

Rechnen wir ein wenig: Um mit 4 Ω auf die (noch sicheren) 5,2 A im 6-Ω-Betrieb zu kommen, müsste die Leistung auf 108 W begrenzt werden: P = R * I² = 4 Ω * (5,2 A)² = 108 W. Die Spannung bei 108 W und 4 Ω liegt gemäß Diagramm bei ca. 32 V.

Das steckt dahinter. Ganz einfach.

Hat man nun statt eines AVR große, gut gekühlte Endstufen mit jeweils üppig dimensionierten Netzteilen, so hat man eher selten mit der Situation zu tun, manuell die Spannung herabsetzen zu müssen. Solche Endstufen sind einfach auf den sicheren 4-Ω-Betrieb ausgelegt. Manche sogar für 2 Ω oder gar für 1 Ω.

Begrenzend ist in solchen Geräten mit sehr hohen Leistungen meist das (sehr teure) Netzteil. Die Endstufen-Baugruppen an sich sind nicht selten bei kleinen sowie großen Vertretern einer Endstufen-Serie exakt gleich.

Diese Website verwendet Cookies. Durch die Nutzung der Website stimmen Sie dem Speichern von Cookies auf Ihrem Computer zu. Außerdem bestätigen Sie, dass Sie unsere Datenschutzbestimmungen gelesen und verstanden haben. Wenn Sie nicht einverstanden sind, verlassen Sie die Website.Weitere Information
leistung-impedanz.txt · Zuletzt geändert: 2020/08/23 10:00 von dadof3