an unsere Mess Spezialisten: Verstärker Test für Krit. Lasten bauen

[Olaf_HH]

Moin
komplizierte Frage, Antwort ist einfach, oder ?
Klar, Oszi dran, Last R dran und Sinus messen, ist soweit klar und bekannt und wird so auch gemacht.

Aber, bedingt durch einen Klangvergleich unterschiedlicher Verstärker und deren Verhalten an unterschiedlichen Lasten und Lautsprechern, würde ich gerne mit "einfachen" Mitteln Verstärker auch mit komplizierten Lasten, also Induktiv und Kapazitiv und mit Starken Phasendrehungen messen. Ich will mir aber keine Infiniti Kappa 9 hinstellen, ist mir zu groß

Habt ihr Tipp's, wie ich sowas mit einfachen Mittel aufbauen kann, um die Stabilität und Lastverhalten von Verstärker nicht nur an einer ohmschen Last messen kann ?

[walwal]

https://www.stereophile.com/content/real...asurements

[Olaf_HH]

Hallo walwal
vielen Dank für den Link.
Wenn ich das richtig verstehe, auch nach Recherchen, soll diese Schaltung eine komplexe Last simulieren bei der typischen 2,83 Volt Messung.

Ich suche sowas für Leistungen bis mind. 100 Watt an 8R  200W an 4R
Ich denke, das wird diese Schaltung so nicht Leisten können.

[Slaughthammer]

Im E-Gitarrenbereich gibt es die sogenannte Reactive Load Box, die an einem Röhrenverstärker die Interaktion mit der Lautsprecherimpedanz nachbilden soll. Möglicherweise gibt es dafür auch DIY-Bauanleitungen... Das Problem ist dann halt die passend belastbaren Bauteile zu bekommen. Ob man da mit DIY am Ende was sparen kann ist zumindest fraglich.

Gruß, Onno

[Olaf_HH]

Hallo Onno, danke für den Tipp
auch eine Möglichkeit. Ich werde schauen, es geht mir nicht ums Geld sparen, sondern meine Messmöglichkeiten zu verbessern.
Ich habe mich auf Basis eurer Tipps mal ein bisserl schlauer gemacht, und die Suchmaschine befragt.
Für mich sieht das erst einmal Plausibel aus. 

   


Hier noch die Infos der Zusammenfassung:
Die Schaltung des IHF-A-202-Messnetzwerks arbeitet exakt so, wie Sie es zusammengefasst haben. 
Alle drei Zweige liegen vollkommen parallel an den Hauptklemmen des Audioverstärkers. [1, 2]

Hier sind die tieferen technischen Details zur Funktionsweise, den Impedanzverläufen und den Anforderungen an die Bauteile:

Warum diese Parallelschaltung die Realität perfekt simuliert
Wenn Sie ein Sinussignal durch die Frequenzen jagen (Frequenz-Sweep), verändern die Bauteile dynamisch ihren Widerstand (Blindwiderstand / Impedanz). Das führt zu folgendem Verhalten der drei parallelen Pfade:

1. Der Bass-Resonanzpunkt (bei ca. 50,3 Hz) [1]

• Das Verhalten: Bei genau 50 Hz heben sich die Blindwiderstände der Spule L₂ (12,5 mH) und des Kondensators C₁ (800 µF) gegenseitig auf (Reihenresonanz). [1]
  
• Der Stromfluss: Der Strom fließt in diesem schmalen Band fast ungehindert durch diesen Zweig. Da R₂ (12 oder 24 Ohm) parallel zu C₁ geschaltet ist, bestimmt R₂ maßgeblich die Gesamtimpedanz der Box in diesem Moment. Die Impedanz des Gesamtsystems schießt hier auf knapp 24 Ohm nach oben. Das simuliert exakt die mechanische Resonanz des Tieftöners in einer Box. [1, 2]
  

2. Der lineare Mitteltonbereich (200 Hz bis 1 kHz)

• Das Verhalten: Die große Spule L₂ wird für höhere Frequenzen immer hochohmiger (sie sperrt den mittleren Zweig ab). Gleichzeitig ist die kleine Spule L₁ (0,12 mH) bei diesen Frequenzen noch so niederohmig, dass der Strom dort vom Kondensator bzw. Widerstand R₃ blockiert wird. [1]
  
• Der Stromfluss: Der Strom hat keine andere Wahl, als fast ausschließlich durch den Hauptwiderstand R₁ (Ihre 4- oder 8-Ohm-Kombination) zu fließen. Hier misst sich der Verstärker wie an einer reinen, ohmschen Last.
  

3. Der Hochtonbereich (ab 2 kHz bis über 20 kHz)

• Das Verhalten: Zu sehr hohen Frequenzen hin sperrt der Basszweig komplett. Dafür öffnet sich der Hochtonzweig, da der Widerstand der Spule L₁ frequenzabhängig ansteigt.
  
• Der Stromfluss: Der Strom fließt nun verstärkt durch L₁ und R₃. Da dieser Pfad parallel zu R₁ liegt, erzeugt die Kombination den typischen induktiven Impedanzanstieg. Dies fordert die Gegenkopplung des Verstärkers massiv heraus, da die Phase des Stroms der Spannung hinterherläuft. [1]
  

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Die Belastungsgrenzen Ihrer 100W-Widerstände im Detail (Anm. Hier habe ich  etwas angepasst, daher stimmt das was kommt nicht ganz)

Da Sie die Schaltung mit 300W an 4 Ohm belasten möchten, müssen die Widerstände im Extremfall folgende Abwärme bewältigen:

• R₁ (Hauptlast): Im 4-Ohm-Modus schalten Sie vier 16R/100W-Widerstände parallel. Da sich die Leistung absolut symmetrisch aufteilt, muss jeder Widerstand im schlimmsten Fall (reiner Mittelton-Dauersinus) exakt 75 Watt ableiten. Das ist thermisch absolut im grünen Bereich.
  
• R₂ (Resonanz): Im 4-Ohm-Modus (12 Ohm Gesamtwert benötigt) nutzen Sie einen 8R/100W und einen 4R/100W in Reihe. Sollten Sie versehentlich einen Dauersinustest bei exakt 50 Hz fahren, teilen sich die maximal auftretenden 100 Watt Leistung im Verhältnis 2:1 auf. Der 8-Ohm-Widerstand trägt ca. 66 Watt, der 4-Ohm-Widerstand ca. 33 Watt. Auch das verkraften beide Gehäuse problemlos.
  
• R₃ (Hochton): Hier nutzen Sie im 4-Ohm-Modus einen einzelnen 4R/100W-Widerstand. Da der Hochtonanstieg parallel geschaltet ist, wird dieser Widerstand bei Frequenzen über 10 kHz spürbar belastet. Da Audio-Leistungstests im Hochtonbereich (z.B. bei 10 kHz oder 20 kHz) meistens nur wenige Sekunden dauern (um die Slew-Rate oder Verzerrungen zu messen), ist der 100W-Widerstand hier mehr als ausreichend dimensioniert.
  

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[ArLo62]

Einen popeligen Pa LS einfach in eine Schalldichte Kiste Packen wird das einfachste sein. Ich wüsse nicht wie man eine komplexe Last in diesem Bereich nachbildet. Für meine Gitarrenröhrenkiste habe ich einen Dummy Load als fetten Widerstand.
Vielleicht hat JFA einen Rat oder Franky?

[JFA]

Einen popeligen Pa LS einfach in eine Schalldichte Kiste Packen wird das einfachste sein. Ich wüsse nicht wie man eine komplexe Last in diesem Bereich nachbildet. Für meine Gitarrenröhrenkiste habe ich einen Dummy Load als fetten Widerstand.
Vielleicht hat JFA einen Rat oder Franky?

Ja, hat er. Einen popeligen Pa LS in eine schalldichte Kiste packen

Ansonsten: einfach eine Frequenzweiche nehmen. Ohne Last dran ist die hochkomplex, mit Last lässt die sich zähmen. Irgendwelche Spannungsteiler an den Ausgängen sollten entfernt bzw. durch austauschbare Hochlastwiderstände ersetzt werden.

[josh_cpct]

Hallo

Zur Belastbarkeit:
Ich erinnere mich an VituixCAD Powergrafik, dass die Belastbarkeit der Bauteile dieser Ersatzschaltung (Komplexe Last von Stereophile) nicht bei allen Teilen kritisch ist.
Man müsste die Schaltung mal in Vituix anlegen und schauen welche 2-3 Bauteile besonders Lastkritisch sind und diese durch ggf. gekühlte Widerstände ersetzen.

Noch ein grundsätzlicher Gedanke:
Mir würde bei der Absicht (Amps so zu messen dass sie mit Klangeindruck korrelieren) aber noch ein Faktor fehlen. Bei realen Lautsprechern wird beim Eintauchen der Spule ein Signal an den Amp zurückgegeben. Diese destabilisieren die Gegenkopplung des Amps unterschiedlich stark je nach Amp Stabilität.

So eine komplexe Ersatzlast vom Ersatzschaltbild zeigt zunächst einmal sehr gut, wie sich ein Verstärker bei unterschiedlichen Impedanzen und Phasenwinkeln verhält: also Stromlieferfähigkeit, Spannungsabfall und im Extremfall, wann ein knapp dimensionierter Verstärker an einer besonders ungünstigen Lautsprecherlast in einen anderen Betriebszustand gerät. Das erklärt aber noch nicht unbedingt, warum zwei Verstärker bereits deutlich unterschiedlich klingen können, obwohl beide bei dieser Last noch ausreichend Reserven haben.

Das führt mich untuitiv eher zum Punkt: Ein realer Lautsprecher ist nicht einfach nur eine statische komplexe Impedanz, sondern eine elektromechanische, induktiv/kapazitive Last, die über die Bewegung der Membran auch wieder Spannung in den Verstärkerausgang zurück speist. Damit können Probleme mit der Stabilitätsreserve der Gegenkopplung sichtbar werden, die eine einfachere Ersatzlast unter Umständen nicht provoziert.

Auf dem Oszilloskop sieht man dann typischerweise im Bereich einiger 100 kHz bis MHz:

- kurzes HF-Ringing nach einem Impuls
- stärkeres Überschwingen
- im schlimmeren Fall burst oscillation

Eine straffe globale Gegenkopplung kann das eher begünstigen. Und gleichzeitig bei statischen Messbedingungen besonders glänzen mit hervorragenden Werten. Bei hoher Frequenz kommen Phasendrehungen dazu, und aus Gegenkopplung wird Mitkopplung.

Das kann dann Hart, Nervig, Ermüdend, Heller, Glitzernd, Scharf, Unnatürlich, weniger Organisch weich fließend wirken. Man hört die 500 kHz natürlich nicht. Aber wenn die Endstufe dort schwingt oder unmittelbar vor dem Schwingen steht, werden Transistoren und Treiber durch diese HF zusätzlich ausgesteuert. Dadurch entstehen Nichtlinearitäten, Intermodulation, Gleichrichtung/Demodulation, Strombegrenzungs- und Erholungseffekte. Diese erzeugen neue Komponenten im hörbaren Bereich.

Vereinfacht:
Schwingspulenbewegung -> Mikrofonie -> Gegenkopplung -> HF-Instabilität -> neue Verzerrungen -> hörbare IM


Wie könnte man die Ersatzschaltung dazu bringen hier realistische Störungen einzuspeisen, welche selbst für das Messystem unsichtbar bleiben, deren Störkomponenten die der Verstärker darauf hin produziert aber sichtbar werden?
Ein Kollege von mir schließt einen Lautsprecher an, trommelt auf der Membrane, und betrachtet das UHF Spektrum im Oszi. Das dient dazu vorhandene GGK möglichst unkritisch einzustellen.
Das dient aber nicht dazu, gleichbleibende Laborbedingungen zu schaffen, bei denen zB ein Clio im hörbaren Spektrum zeigt welche konkrete Performance Amp A gegen B hat.


**falls das ungewollt off topic führt kann es gerne gelöscht werden**

[Olaf_HH]

Hallo Josh, Jochen und ArLo62
vielen Dank für die Infos.
Box in schalldichte Kiste ist "unprakatisch" wegen der größe
Die Schaltung die ich aufgemalt habe ist ja fast eine Frequenzweiche ?
Die Belastbarkeiten aller Teile sind gegeben, alls R die ich einsätze haben 100Watt und werden auf einen großen KK geschraubt.
Nur die Großem Spulen muss ich kaufen, das wird natürlich "aua", weil ich will das in 2 Kanal aufbauen. Ich denke es wird eine I Kern Version werden.

[Koaxfan]

Sorry, wenn ich die Universalfrage stelle, aber: Was ist eigentlich das Ziel? Eines oder alles?

Was macht der Verstärker unter Lautsprecherlast? Also nicht nur 4 oder 8 Ohm Widerstand, sondern mit Impedanz- und Phasenverlauf wie bei einem echten Lautsprecher. Dann schauen, was mit Leistung, Verzerrungen, Clipping und Strombegrenzung passiert.

Wie stabil ist der Verstärker bei artgerechter Haltung, sprich, richtig Last? Also gezielt kapazitiv oder induktiv belasten und schauen, ob irgendwo Ringing, HF-Schwingen oder sonstige Schweinereien auftreten.

Was passiert bei Rückspeisung? Kontrolliert Energie in den Ausgang zurückschicken und schauen, wie der Verstärker das abkann.

[Olaf_HH]

Hi
am besten alles 
Nein, ich möchte neben dem reinem Test der möglichen abgegeben Leistung an einem Widerstand auch sehen, was mach das Gerät bei unterschiedlichen Lasten

Fängt er bei starker Kapazitiver oder Induktiver Last an, den Sinus zu verformen, sprich bei welcher Ausgangsspannung unter einer definierten Last ist der Amp noch in der Lage, ein sauberen Sinus zu Liefern, wann fängt er an zu klippen.
Ich will das auch nur an 4 und 8 Ohm Lasten messen können.
2 Ohm wird nur am Lastwiderstand gemessen, wenn nötig. (meine im Bau befindliche F5 z.B)
Geht mir nicht nur um die Auslegung der Endstufen bzw der Menge an parallelen Transistoren, sondern auch um zu schauen, wie sich die Netzteile bzw. die Spannungsversorgung dabei verhält.

[ArLo62]

Hallo Olaf! 
Ich hatte den Chat gbt eingegeben "Wie könnte man eine komplexe Last zum Messen von HiFi-Verstärkern aufbauen?" und auch eine komplexe Antwort bekommen das modular mit Kondensatoren, Spulen und Widerständen parallel aufzubauen.
Ich will das jetzt hier nicht alles ausbreiten. 
Ich denke nur das ist alles in allem keine billige Aktion sein wird. Die Widerstände müssen schon echt Leistung haben und gegebenenfalls mit Wasser/ Öl gekühlt werden. Außerdem sollte die eigeninduktivität der Widerstände gering sein. Das kann dann schon ziemlich ins Geld gehen. Ebenso für Spulen und Kondensatoren. Wenn du da 200 Watt nominal verbraten willst musst du vermutlich die dreifache Leistung für die Widerstände haben, bevor die ihn Raucher aufgehen. Denn die impulsleistung  vom Verstärker kann ja, dann erheblich höher sein, denke ich. Ist jetzt alles mal so ins Unreine.

[Olaf_HH]

Hallo Arnim
ich habe 
24x 16R 100W
8x 8R 100W
8x 4R 100W 
als R im Kühlkörper schon länger liegen. Schön in Gold und diesem Alu Grün.
Die 2 bzw 4 Spulen mit 2mm Draht fehlen, und die werden bestimmt nicht Preiswert sein. I Kern Varinte möglichst Niederohmig sollte reichen.

LG
Olaf