Mange elementer og krav til effektforsterker

[afoelges]

Jeg planlegger et prosjekt som innebærer rundt 40 3-tommere per kanal (symmetrisk linje-kilde). Disse vil bli koblet serie-parallell til en last mellom 4 og 8 ohm i virkningsområde, og vil sånn sett ikke være en 'vanskeligæ last. Ideelt sett kan jeg tenke meg å drive alle 40 med en monoblokk, men jeg er litt usikker på hvordan dette vil belaste forsterkeren. Min oppfatning av dette (og mine kunnskaper på dette er noe begrenset må jeg innrømme) er som følger:

-Jeg har ikke behov for vesentlig forsterkning i spenning, ettersom selv relativt lav spenning per element vil gi relativt friskt lydtrykk totalt.

-Forsterkern må ha en svært veldimensjonert strømforsyning for å takle potensiell belastning ved peaker.

Rent konkret er spørsmålet hvilke parametre som bestemmer om en forsterker vil trives under slike betingelser? Er PWM / klasse D ratet til å gi eks 1kw i stand til å levere dette under disse betingelsene?

...og om noen kan gi en kjapp forklaring på den teoretiske sammenhengen mellom V, A og W når antallet elementer øker hadde det uten tvil vært nyttig!

 

[AAaF]

Dersom du seriekoplar to elementer vil spenningskilda bare greie å presse gjennom halvparten så mykje strøm (Amp) som om du har ett element fordi to elementer i serie har dobbelt så stor motstand.

Effekten er strømmen ganger spenninga (Watt = Amp x Volt (eller på fagspråket: P = I x U)). Spenninga frå forsterkaren heile tida omtrent konstant, men strømmen er altså halvert(faktor 0,5). Dette betyr altså at Watt = 0,5 x Amp x Volt. Altså er effekten som forsterkaren leverer halvparten av den som blir levert for eit element.

Ved paralellkopling blir det omvendt, altså dobbelt så stor strøm og dobbelt så stor effekt.

Ein annan sak er at du treng ikkje overdimensjonere strømforsyninga/transformatoren. Dette fordi eit musikksignal ikkje krever at strømforsyninga må levere full effekt heile tida. Men det kan være greit å ha litt kondensatorar for at ikkje rippelspenninga skal bli for stor. Rippel = (Ampere x 0,01) / kapasitans. Kapasitansen er i Farad. 10.000µF skrivast 0,01.

Ville brukt minst 2000µF pr. Amp. Dette vil gi ei rippelspenning ved full last på 5 V. Du kan gjerne bruke meir, sjølv hadde eg nok brukt i overkant av 4000µF.

 

[afoelges]

Hmm... Dette forstår jeg ikke helt. Jeg er enig med deg når det gjelder konfigurasjoner med enten kun parallell eller kun serie-kobling, men med kombinerte oppsett med f.eks 8 serier med 5 elementer i hver blir vel saken litt annerledes ift. krav til strøm?

Mulig jeg er litt på jordet med en eller annen forutsetning her. Min tankegang baserer seg på følgende:

-For hvert enkelt element er watt det relevante parameter når vi snakker om relasjonen mellom elektrisitet og lydtrykk.
-Spenning (V) som trengs for å forbruke 1 watt energi i et gitt element (med en gitt motstand) er konstant uavhengig av hvordan dette elementet kombineres med andre element.
-For å holde samme spenning over 40 element behøves da 40 ganger så mye strøm (A) som om vi kun drev 1 element.

...og i så fall trengs det en bra stor strømforsyning eller kondensatorbank dersom vi skal omsette eks. 20 watt i hvert element, dvs. totalt 800 watt for en kanal. Eller?

 

[AAaF]

Tja, det er framleis ohms lov som gjeld. 1/Rtot = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 osv... Så om du td. seriekoplar fire og fire elementer og så paralellkoplar fire slike rader igjen vil det gå samme strømmen som i eit element. Men om du då paralellkoplar åtte slike rader vil det gå dobbelt så stor strøm og dermed dobbelt så stor effekt.

Så i ditt døme med åtte seriar med fem element vil du vel nærme deg halve impedansen av det èit element har.

Det som eg meinar er, men som ikkje eg kan forklare i detalj, er at du vil spele høgare med fleire element som til saman omsetter 1W enn bare èit element som omsetter 1W. Dette har eg forstått er på grunn av det auka membranarealet. Dette kan nokon andre forklare litt meir inngåande. Er nok meir elektronikar enn fysikar.

Ang. strømforsyninga så er det slik at dei nemnte 800W gjer at du treng ein trafo på 800VA/ virkningsgraden til forsterkaren, for ein typisk klasse D; 800/0,9 = 889VA. Typisk for klasse AB er 800/0,6 = 1333VA. Så kan det utbroderast i det vide og det breie med fasevinklar på lasta osv., men det er bare avgjerande i veldig spesielle tilfeller. Vanlegvis er det eigentleg ikkje farleg(for transformatoren) å ha transformatoren halvparten så stor som i dei respektive tilfella fordi det er snakk om eit musikksignal og ikkje eit kontinuerleg signal.

Storleiken på kondensatorane er bestemt av strømmen som skal leverast. Er totalmotstanden 4 ohm betyr det ein strøm på rota av (800W/4ohm) = 14 Amp. Då ville eg brukt to kondensatorar på 47.000 eller 68.000µF.

 

[afoelges]

Det som eg meinar er, men som ikkje eg kan forklare i detalj, er at du vil spele høgare med fleire element som til saman omsetter 1W enn bare èit element som omsetter 1W. Dette har eg forstått er på grunn av det auka membranarealet.

Enig i det, men for å gjøre det enklere kan vi vel i utgangspunktet se bort fra effekter fra akustisk kobling, endrede spredningsmønster osv. tror jeg. Det som er mer interessant er i hvilken grad elementets virkningsgrad endrer seg ved økt utslag. De fleste element begynner vel å komprimere til dels betydelig når de presses mot maks, og da faller effektiviteten. Uansett, 40w fordelt på 40 element spiller helt klart mye høyere enn 40w på 1 element.

Ang. strømforsyninga så er det slik at dei nemnte 800W gjer at du treng ein trafo på 800VA/ virkningsgraden til forsterkaren, for ein typisk klasse D; 800/0,9 = 889VA. Typisk for klasse AB er 800/0,6 = 1333VA. Så kan det utbroderast i det vide og det breie med fasevinklar på lasta osv., men det er bare avgjerande i veldig spesielle tilfeller. Vanlegvis er det eigentleg ikkje farleg(for transformatoren) å ha transformatoren halvparten så stor som i dei respektive tilfella fordi det er snakk om eit musikksignal og ikkje eit kontinuerleg signal.

Storleiken på kondensatorane er bestemt av strømmen som skal leverast. Er totalmotstanden 4 ohm betyr det ein strøm på rota av (800W/4ohm) = 14 Amp. Då ville eg brukt to kondensatorar på 47.000 eller 68.000µF.

Høres rimelig ut dette her. Konklusjonen blir uansett at jeg trenger en forholdsvis kraftig forsterker for å kunne utnytte de 40 elementene optimalt. Virkningsgraden på elementene jeg planlegger å bruke er lav (79db / 2.83V /1m) - det må mao litt krefter til for å komme opp i bra lydtrykk, spesielt siden de vil stå i en noe underdimensjonert lukket kasse med dertil høyere impedanse ved høyere utslag (Tidlig avrulling korrigeres med EQ)

Takker!

 

[Gunnar_Brekke]

Hei.

Rent elektrisk-teoretisk er det kun Ohms lov som gjelder. Med den koblingen du antyder vil system-impedansen bli 5 Ohm om du benytter 8 Ohms elementer (2.5 Ohm om du benytter 4 Ohms elementer). Klarer forsterkeren du velger å drive disse lastene skulle det rent teoretisk være grei skuring. Men det man må ta med i betraktningen er at plutselig skal forsterkeren starte og ikke minst stoppe 40 elementer. Det er 40 ganger så stort areal og 40 ganger så stor masse på elementene. Av denne grunn er det viktig å ha en forsterker med god dempningsfaktor og gode strømresurser.

Når du seriekobler 5 elementer vil disse tilsammen gi samme lydtrykk som et element. Men siden du benytter 8 serier vil systemets følsomhet være 8 ggr større enn følsomheten i et element mao. + 9 dB.

Membranutsving vil være 1/5 av det du får med et element, noe som gir en effekttålighet som vil være 5 ggr. så stor som det du har med et element.

Så mye for det teoretiske. Når det kommer til det praktiske kan dette føre med seg noen problemer. Ved seriekobling av flere elementer (liksom med motorer) risikerer man at en, to eller flere av elementene gir alt lydtrykket, mens den resterende nærmest fungerer som seriemotstander. Dette innebærer sannsynligvis ikke noe stort problem siden du skal ha 8 serier i paralell, men kan bety at du må ta høyde for å moderere dataene jeg oppga mao; litt lavere følsomhet og litt lavere effekttålighet.

Uansett får du ha lykke til med noe som høres veldig spennende ut.
Hva slags elementer vurderer du?

mvh
Gunnar Brekke

 

[afoelges]

Elementene er Hivi B3S - planen er en symmetrisk linjekilde (stablet MTM) med 20xB3S på hver side av en linje med planarer eller bånd. B3S er ikke en tungvekter når det kommer til mms heldigvis - 40 elementer gir ca. 125g masse, mer enn en Peerless XXLS 12", men mindre enn de XLS12 jeg bruker, og med godt over dobbelt sd samlet. Re er 6,5 så jeg havner på vel rett under 4ohm med 8x5 kobling.

Kobling av relativt mange element i serie er ikke uvanlig i linjekilder så jeg tror ikke jeg møter på noen problemer der. Men det vel mulig at elementet i midten av serien får noe mindre spenning enn flankene. Vi får se!