Endstufen & Subwoofer - Impedanz von Subwooferverschaltungen

  • Da das Thema immer mal wieder aufgebracht wird hier einige Hinweise dazu.

    Als Beispiel verwende ich mein aktuelles Setup.



    Um die Leistung der Endstufen bestmöglich auszunutzen habe ich die Subs (Peerless 12'', Nennimpedanz 8 Ohm) parallel geschaltet:

    Front je 3 Subs parallel, damit 2,66 Ohm => ca. 450 W pro Sub

    Rear je 2 Subs parallel, damit 4 Ohm => ca. 500 W pro Sub


    Bei 400 Watt ergeben sich für Spannung und Stromstärke:

    8 Ohm => 56,5 V, 7,1 A

    4 Ohm => 40 V, 10 A

    2 Ohm => 28,2 V, 14,1 A


    Herstellerangaben Endstufe Yamaha P7000S (pro Kanal):


    8 Ohm4 Ohm2 Ohm
    20 Hz - 20 kHz, THD+N 0,1%650 W950 Wkeine Angabe
    1 kHz, THD+N 1%750 W1100 Wkeine Angabe
    1 kHzkeine Angabekeine Angabe1600 W



    Bei neuerlichem Studium der BDA fiel mir nun auf, dass die Leistungsangabe bei 2 Ohm zwar den höchsten Wert aufweist, jedoch gibt es nur eine Angabe bei 1 kHz und ohne THD+N.

    Das erweckt den Eindruck, dass bei 2 Ohm die THD+N größer als 1% ist und die anderen Werte nicht so vorteilhaft ausfallen.


    Nachdem ich dann etwas im weiten Netz geschaut habe fand ich einige Aussagen, wonach eine geringe Impedanz insbesondere im tieffrequenten Bereich nachteilig wäre da die Endstufe weniger Kontrolle über den Lautsprecher hätte und Ein- / Ausschwingen weniger kontrolliert wäre.


    Z.B. schrieb bolle :


    Zitat

    Außer dicken Eisenschweinen oder hochklassigen digitalen würde ich keine Endstufe an 2 Ohm pro Kanal betreiben wollen. Das geht nur zu Lasten der Kontrolle und der Stabilität. Da sind auch eine Menge eigener Erfahrungen drin - man hört das auch!


    Weitere Links dazu:

    https://paforum.de/forum/index…on-2-ohm-stabilit%C3%A4t/

    https://paforum.de/forum/index…i-4-oder-2-ohm-betreiben/


    Als eine Hypothese dazu habe ich noch folgendes gefunden:

    https://paforum.de/forum/index…g/&postID=64530#post64530


    Aus dieser Hypothese folgt, dass ein Lautsprecher mit nicht konstanter Impedanz, z.B. als Funktion der Frequenz, bei niedrigerer Gesamt-Impedanz eine ungleichmäßigere Ansteuerung durch die Endstufe erfährt da der Innenwiderstand der Endstufe einen Wert ungleich 0 aufweist.


    Ein weiterer Hinweis zum Einfluss der Impedanz auf die Stabilität sehe ich in den folgenden Diagrammen (hier als Beispiel für einen Verstärker mit Hypex nCore NCx500 Modulen):

    Quelle https://www.audiosciencereview…eview.47701/#post-1708630




    Bei 8 Ohm sind die Ausgangsspannungen für unterschiedliche Lasten konstant nahe am Ideal, mit niedrigerer Impedanz werden die Abweichungen größer.

    Ebenso sind die Maximalleistungen bei 8 Ohm für die unterschiedlichen Lasten konstant, mit niedrigerer Impedanz werden die Unterschiede größer.

    In Summe sehen wir also mehr Stabilität bei höheren Impedanzen.


    Mein Bauchgefühl meint dazu auch, dass für eine gegebene Leistung mehr Spannung günstiger ist als mehr Strom.


    Ein kleiner Effekt ist schließlich, dass die Lautsprecherkabel bei - wie im Heimkino typisch - größeren Längen einen Widerstand "hinzufügen", der anteilig bei einer geringen Impedanz stärker zu Buche schlägt.


    Last but not least zur Leistung.

    Ein Vorteil bei niedrigerer Impedanz ist die höhere Maximalleistung, siehe z.B. oben für die Yamaha P7000S.

    Oder für die hier im Forum beliebte Proline 3000:

    2 x 1150 W @ 8 Ohm

    2 x 1600 W @ 4 Ohm

    2 x 1700 W @ 2 Ohm


    Dabei ist zu berücksichtigen, dass die heutzutage üblichen Angaben nicht Dauerleistungen sind sondern nur kurzfristig zur Verfügung stehen.

    So wie ich das verstanden habe dienen die Elkos in den Endstufen dazu die nötige Energie für Lastspitzen abzupuffern.

    Da Elkos jedoch Stromspeicher sind und bei niedrigerer Impedanz größere Ströme fließen (siehe oben) sind die Elkos auch entsprechend schneller leer.

    D.h. die (relative) Pufferkapazität ist bei niedrigerer Impedanz geringer.

    Insofern relativiert das ein Stück die höhere Leistung bei geringerer Impedanz.


    Fazit:

    Die höheren Leistungsangaben bei geringen Impedanzen sind verlockend, jedoch gibt es weitere Aspekte dabei zu beachten.



    PS

    U.a. von beckersounds habe ich gelesen, dass er die Philosophie vertritt "jedem Subwoofer seinen eigenen Endstufenkanal".

    Ein Vorteil davon ist, dass so für jeden Subwoofer eine individuelle Anpassung des Pegels möglich ist um z.B. Serienschwankungen auszugleichen.

    Ansonsten habe ich dazu bisher keine Hypothesen gefunden.

    beckersounds siehst Du noch weitere Aspekte?

  • Hi Aries, bis hierher schon eine super Erklärung/Zusammenfassung. :respect:


    Das man nicht auf Teufel komm raus die meiste Leistung bei 2Ohm stabilen Endstufen rauskitzeln sollte, habe ich auch schon lange im „Gefühl“ . Es bedeutet ja nix anderes als die Geräte an der Leistungsgrenze zu bewegen. Kontrolle ist dann sicher schlechter als bei hochohmigen Schaltungen. Habe mein DBA auch einzeln verdrahtet. Also jeder Sub ein Kabel an einem Endstufenkanal.


    So hab ich alle Möglichkeiten um Dsp Spielereien durchzuführen.


    Das Thema schreit natürlich nach einem A/B Vergleich ob man den Unterschied der Impedanzen raushört.


    Bin gespannt was hier noch kommt.

  • dass ein Lautsprecher mit nicht konstanter Impedanz

    Ein Lautsprecher hat keine konstante Impedanz. Die Nennimpedanz ist immer nahe der Minimalimpedanz. Das bedeutet aber auch, dass die maximale Leistung nur bei der niedrigsten Impedanz umgesetzt wird. Das wiederum entspricht der Resonanzfrequenz.


    Technisch gesehen ist es doch so, dass das gesamte Ersatzschaltbild parallel bzw. in Reihe geschaltet wird. Wie Du bereits erwähnt hast, kann man so keine Serienschwankungen ausgleichen. Ansonsten sehe ich nennenswert nur praktikable Vorteile. Du bist ja auch ein ganz gutes Beispiel ;) Du hast eine Lautsprecherleitung geführt und dann an der Wand eine Aufteilung auf mehrere Subs vorgenommen. Nun möchtest Du umverkabeln und jedem Subwoofer ein eigenes Kabel gönnen.


    Edith: Eigentlich hast Du es schon beschrieben, je niedriger die Lautsprecherimpedanz und je höher die Ausgangsimpedanz der Endstufe, desto geringer der Dämpfungsfaktor.

  • "Kontrolle" ist ja ein Begriff, der sich ja aus mehreren Eigenschaften ergibt. Bei Themen wie Dämpfungsfaktor, Slew Rate usw. Muss man das gesamte System betrachten. Es geht schon damit los, was mit dem Dämpfungsfaktor passiert, wenn da auf einmal 10m Kabel davorhängen. Das kann man bei Jobsti auch schön durchrechnen.


    Weiterhin solltet ihr nicht nur auf die Nennimpedanz schauen, sondern auf den Gleichstromwiderstand bzw. Den Impedanzgang im Gehäuse. Gerade Peerless verlässt die 4ohm norm von Mind. 3,2 ohm da öfters deutlich und landet da auch schon mal bei 2,3-2,6ohm. Da wird es mit einer Parallelschaltung bei einigen Amps schon langsam eng.


    Im Carhifi waren die hochstromfähigen Old-school-Amps oft für mein Ohr die klanglich besseren. Am Ende wurde da aber auch so viel gesoundet, dass man auch schwer sagen kann, ob das der Grund war.

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  • Das kleine Hypex Netzteil ist auf 2ohm auch einfach überfordert. Selbst das 3kw Hypex liefert bei 10 Sekunden nur 1200 Watt, das Teil 3000 zu nennen ist für einen Bruchteil einer Sekunde korrekt, und im dem Stereo Amp ist ja nur das 1200er drin. ... das ist nix für Subwoofer in meinen Augen.

  • Sehr schönes und wichtiges Thema. Danke Aries für die Erstellung. Ich stand nach der Umstellung meines DBAs von 4Ohm JBLs auf 8Ohm Monacor Chasis genau vor derselben Fragestellung.

    Stand vor der Umstellung war eine Dynacord l2800 mit 2x 1300Watt an 4Ohm. Obwohl die Dynacord als 2Ohm stabil angegeben ist mit 2x 2200Watt an 2Ohm wollte ich sie aus den oben beschriebenen Gründen nicht im Grenzbereich betreiben.

    Nach der Umstellung auf 8Ohm Chasis (4+4DBA) war die Gitterimpedanz nun auch 8Ohm. Damit war die Leistung der Dynacord nur noch halb so groß (2x650Watt an 8Ohm). Da sie aber brückbar ist habe ich noch eine zweite dynacord dazu gestellt. Nun haben die beiden im Brückenbetrieb je 2600Watt an 8Ohm. Der kleine Vorteil des Brückenbetriebs ist aus meiner Sicht auch, dass dabei die Ausgangsspannung verdoppelt wird. Aus 2x 1300Watt an 4Ohm werden so 1x 2600Watt an 8Ohm raus. In Spannung werden also aus 2x 72Volt 1x 144Volt ausgegeben.

    Gibt es Nachteile des Brückenbetriebs? Bzgl Dämpfungsfaktor z.B.?

  • Ja, habe ich gemacht. Habe zunächst mit nur einer Endstufe gestartet, also mit 2x 650 Watt an 2x 4 Monacor sph380. Dabei musste ich die Dynacord auf 0dB stellen, also voll aufgedreht. Habe dann festgestellt, dass die Signalspitzen oft im Limiter gelandet waren. Daher habe ich die Leistung um Faktor 4 erhöht und konnte die Dynacords auf -6dB zurück zu stellen. Nun habe ich ausreichend Headroom für die Signalspitzen. Es klingt bei hohem Pegel einfach entspannter.

  • Brückenschaltung ist doch equivalent zu einer Halbierung der Impedanz.

    Bsp:

    2 x 1000W an 4Ohm: 63V mit 16A

    1 x 2000W an 8Ohm: 126V mit 16A


    Jeder Kanal sieht genau denselben Strom.

    Auch der Dämpfungsfaktor ist identisch, da sich bei Brückenschaltung die Ausgangsimpedanz der Endstufe verdoppelt.


    Gruss

    :sbier:

  • Ein wie ich finde recht gute Erklärung zu den Problemen einer Reihenschaltung gibt es hier:


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    Da wird erklärt, warum Reihenschaltungen vermieden werden sollten. Wobei ich nicht weiß, ob sich die Frequenzgangabhängigen unterschiedlichen Spannungsverteilungen bei einem Subwoofergitter nicht wieder ausgleichen, weil bei einer Frequenz ein Subwoofer halt lauter und der andere leiser ist. Förderlich für eine gleichmäßige Wellenfront ist es aber sicherlich nicht.


    Hat jemand denn schon mal die Impedanzverläufe der einzelnen Subwoofer im fertig verbauten Zustand gemessen? Gab es größere Abweichungen?


    Lieben Gruß


    Michael

  • Die Frequenzgänge sind eher nicht das Problem, aber das Chassis was am hubfreudigsten ist, bekommt noch mehr Leistung. Kurzum, der mögliche Maximalpegel reduziert sich wahrscheinlich etwas. Ich habe eine Palette der DCS385 vermessen und die Abweichungen sind auf jeden Fall vorhanden. Ich sehe es aber dennoch entspannt. Vermeide es, wo es geht, aber mache auch keine Probleme, wo keine riesigen sind.

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  • die Abweichungen sind auf jeden Fall vorhanden

    Im Video wird von bis zu 10 Hz Unterschied für die Impedanzmaxima bei der System-Resonanzfrequenz gesprochen, in der gezeigten Kurve macht das immerhin 22 Ohm (bei 60 Hz) und 13 Ohm (bei 70 Hz) aus.

    Falls z.B. LS1 22 Ohm @ 60 Hz, 13 Ohm @ 70 Hz und LS2 genau die umgekehrten Werte hat ergibt sich schon ein sehr deutlicher Einfluss auf den Amplitudengang über mehrere 10 Hz - und das wird in einem SBA/DBA die Symmetrie und damit die ebene Wellenfront erheblich stören.

    Insofern wäre mein Ratschlag bei Reihenschaltung auf jeden Fall die Chassis zu vermessen und paarweise möglichst gleiche Chassis zu matchen um solche unglücklichen Kombinationen zu vermeiden.

    Oder besser gleich auf Reihenschaltung verzichten.


    PS

    Noch einige Fragen zur Impedanz (falls sich jemand damit gut auskennt):

    Ist die Impedanz nur eine Funktion der Frequenz oder gibt es weitere Einflussparameter?

    Z.B.:

    Bei Einschwingvorgängen zeitliche Abhängigkeiten?

    Bei großen Chassisauslenkungen Nichtlinearitäten zwischen Nulldurchgang und Peak Auslenkung sowie zwischen + und - Auslenkung?

    Bei ansteigender Temperatur?

    Etc.

  • Habe nur kurz durchgeskipped, aber das gezeigte sind doch grundverschiede Lautsprecher?! Also wenn Chassis / Lautsprecher gleicher Bauart solche Unterschiede aufweisen, dann sind die einfach nur Kernschrott. Selbst eingespielt / uneingespielt liegen die Verläufe näher beieinander.


    Der Impedanzgang ist keine Ableitung des Frequenzganges. Im Impedanzgang sind aber Störungen zu erkennen, die im Amplitudengang auch erfasst werden können.

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  • Selbst eingespielt / uneingespielt liegen die Verläufe näher beieinander.

    Das ist auch ein wesentlicher Punkt. Im Frequenzgang tut sich da zwar auch was, aber im Impedanzgang noch mehr, da sich die Resonanzfrequenz verschiebt. Nehme ich also mehrere nicht eingespielte (schrickliches Wort!) Subwoofer und verknote die irgendwie, vermesse alles schön, wird es sich mit der Zeit stärker und wesentlicher verändern als Subwoofer, die alle einen eigenen Kanal haben. Da ändern sie sich auch, aber ohne gegenseitige Beeinflussung.

  • das gezeigte sind doch grundverschiede Lautsprecher?!

    Ja, die im Video gezeigten Impedanzverläufe beziehen sich auf unterschiedliche Lautsprecher.

    Danach sagt er jedoch, dass auch bei gleichen Lautsprechern deutliche Abweichungen ...

    - insbesondere im Bereich des Basses und

    - bis zu 10 Hz beim Impedanzmaximum

    auftreten können.


    Die als Beispiel bei 10 Hz Differenz abgeleiteten Zahlen 13 Ohm und 22 Ohm bedeuten 37% und 63% Spannungsabfall bei Reihenschaltung.

    Wenn ich richtig gerechnet habe sind das gut 4 dB Unterschied zwischen den Chassis, d.h. bei 60 Hz wäre LS1 4 dB lauter, bei 70 Hz wäre LS2 4 dB lauter.

    Nicht aufgrund eines unterschiedlichen Amplitudengangs des einzelnen Chassis sondern aufgrund der Reihenschaltung.


    Vielleicht sind die 10 Hz Differenz und das sich ergebende Verhältnis 37% zu 63% Spannungsabfall sehr hoch gegriffen und für die Praxis wenig relevant.

    Die Frage ist was typische Unterschiede sind, vielleicht ergeben sich dann eher 1 oder 2 dB Unterschied.

    Wie stark ein solcher Unterschied ein SBA/DBA beeinträchtigt müsste man einmal untersuchen.

  • Vielleicht finde ich die Messreihe der Daytons. Das waren 50 im Grunde recht billige Chassis und da konntest du schon von der Hälfte ausgehen, wenn überhaupt. Bei höherwertigen Produzenten, wie scan speak ist die Schwankung eher noch geringer.

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  • Solch eine Messreihen wäre sicherlich interessant. Hattest Du das reine Chassis oder komplette Boxen gemessen? Die Abweichungen werden ja größer, wenn die Lautsprecher eingebaut werden. Gerade der Selbstbauer bekommt ja nicht 100% gleiche Boxen hin. Denke nur mal an Dämpfungsmaterial, das wird anders verteilt und auch die Menge kann schon mal abweichen. Wird vermutlich alles kein großes Problem sein, ist aber auch nicht schlecht im Hinterkopf zu haben.

  • Ich habe die Chassis selektiert. Aber auch schon fertige Gehäuse zur Genüge. Ich messe jeden meiner Lautsprecher vor dem Verkauf sowohl im Frequenzgang, Klirr, als auch Impedanzgang. Mich wundert etwas, dass damals als ich auf das Thema hinwies hier und beschrieb deswegen Serienschaltungen zu vermeiden, das Thema als nicht existent kleingeredet wurde und jetzt widerum aber größer gemacht wird, als es ist. Irgendwie ein amüsanter Wandel. :big_smile:

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  • Imho muss man das auch im gesamten betrachten und abwägen.

    Es mag sein, dass es optimal wäre pro Sub eine Endstufe zu haben - nur was macht man dann? Entzerrt man Serienstreuung? Im Raum schwer möglich.

    Wie schaut es mit der Fehleranfälligkeit aus? Beispiel: Ich habe 8 Sub an der Front mit 8 Endstufen. Was ist, wenn eine ausfällt? Bekomme ich das mit?

    Wie Pegel ich alle Subwoofer ein? Das ist eine Sau Arbeit. Wie schnell passiert es, dass ich einen Pegel verändere beim Basteln?


    In der Theorie denke ich auch, dass eine Endstufe pro Chassis besser ist, in der Praxis denke ich, dass das Fehlerpotential um ein Vielfaches höher ist.

  • Nilsens, wie aries gut erklärte, entstehen die Probleme nicht durch die Toleranzen sondern durch die Reihenschaltung. Das bedeutet, wenn ich je Subwoofer einen Endstufenkanal nehme, ich das Problem (so gut wie) gar nicht habe.


    Edith: Warum ist das Fehlerpotential aus Deiner Sicht höher? Weil ich die Verkabelung vor statt nach der Endstufe aufsplitte?

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