Knacksen bei Musik mit hoher Dynamic und Loudness

Alles über größte Endstufe der 100mm Serie hier rein

Moderator: timundstruppi

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oldiefan
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Re: Knacksen bei Musik mit hoher Dynamic und Loudness

Beitrag von oldiefan »

Der TE (mampfi) hat die Antwort auf seine Frage (Schaltungsbeschreibung Endstufe V 5000 und A 5000) ja bereits verlinkt.
Er vermutete bereits, dass es die elektronische Kurzschluss-Sicherung sein könnte (Thyristorschaltung in der Endstufe), die das Knacken bei Überlast verursacht.

Das geht so auch aus der Beschreibung hervor:
Ohne auf die Schaltung selbst eingehen zu wollen, die in den Grundig Technische Informationen im Einzelnen beschrieben ist, genügt bereits, sich die Wirkung vor Augen zu führen.

Wenn der Kollektorstrom eines der Leistungstransistoren die Auslöseschwelle von 5,6 A (Spitzenstrom) erreicht, greift die Kurzschlussicherung und "schaltet die Endtransistoren schlagartig ab". Der Lautsprecher ist u.a. eine induktive, niederohmige Last und setzt dem Abschalten des Stroms eine Gegenspannung entgegen (Induktionsspannung). Dadurch entsteht ein Impuls, der als Knacken im Lautsprecher hörbar wird. Ein übersteuerter Sinus bleibt so - bis auf die Restpeaks der Abschaltung an jeder Sinus-Halbwelle - dauerhaft "gemutet". Es fliesst dabei kein hoher Strom mehr durch die Leistungstransistoren, wie das sonst bei hoher Endstufenlast der Fall wäre. Und zwar dauert die Abschaltung so lange an, wie ein Signal mit zu hoher Stromamplitude am Leistungstransistor anliegt (> 5,6 A)

Nun ist aber Musik kein einfaches Sinussignal, sondern eine "Überlast" (> 5,6 A Kollektorstrom pro Endtransistor) kommt evtl nur kurzzeitig oder einmalig (z. B. bei einer bestimmten Frequenz und bei einem bestimmten "Ton-Impuls"in einer bestimmten Zeitspanne vor. Dann gibt es an diesem Punkt kurz den "Abschaltstörpeak" der Kurzschluss-Sicherung, danach ist das Musiksignal wieder unterhalb der Ansprechschwelle der Kurzschluss-Sicherung und der Lautsprecher spielt dann normal weiter - anders als beim kontinuierliichen Überlast-Sinus. Es wird dabei mit so einem Puls weit mehr "Musik-Spitzenleistung" abgerufen als 100 W/4 Ohm Nennleistung.

In der Grundig-Beschreibung ist der Verlauf der Eingangsspannung and der Endstufe und der Ausgangsspannung (an der Lautsprecherlast) für einen "Überlast-Sinus" schematisch dargestellt:
Funktion der Kurzschluss-Sicherung.jpg
Bei der Simulation der Grundig V 5000 (A 5000) Endstufenschaltung greift die Kurzschluss-Sicherung bei einem Pegel, der auf ca. 100 W Sinus an 4 Ohm Last eingestellt ist (d.h. bei 20 Veff Ausgangsspannung), wenn dabei die Lastimpedanz auf 3,2 Ohm oder darunter fällt (simuliert für 100 Hz Sinus-Eingangssignal). Es besteht also eine Abhängigkeit vom tatsächlichen Impedanzverlauf (über die Frequenz) der angeschlossenen Last (Lautsprecherbox).

Aufgrund unterschiedlicher Impedanzverläufe über die Frequenz (im Tieftonbereich, denn nur dort hat ein Musiksignal entsprechend hohe Pegel) bei verschiedenen Lautsprecherboxen, reagieren diese entsprechend verschieden.
Natürlich führt eine Bassanhebung (Loudness oder Bass-Steller angehoben) im Tieftonfrequenzbereich zu einer Amplitudenanhebung, so dass damit die Kurzschluss-Sicherung ggf. öfter ("eher") greift. Das stimmt mit den Beobachtungen von mampfi überein.

Eine Änderung von Elkos wird diesbezüglich wirkungslos bleiben, denn es ist...

"kein bug, sondern a feature!" = so gewollt!

Ich rate dazu, auf Tests der Kurzschluss-Sicherung dieser Art an angeschlossenen Lautsprechern besser zu verzichten. Zwar soll ja die Kurzschluss-Sicherung - wenn sie korrekt arbeitet - vor Schäden bewahren. Es muss aber klar sein, dass evtl. nicht mehr alle Bauelemente in der Endstufe "taufrisch" sind, z.B. Endtransistoren gestresst/gealtert sind. Fällt dabei z.B. ein Endtransistor mit C-E-Schluss aus, gelangt die volle Railspannung auf den Endstufenausgang. Dann bleibt nur noch zu beten, dass die Gleichspannungserkennung und die Relais top in Schuss sind und die Ausgangsrelais wie vorgesehen augenblicklich abschaltet.

Gruß
Reinhard
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mampfi
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Re: Knacksen bei Musik mit hoher Dynamic und Loudness

Beitrag von mampfi »

Vielen Dank Reinhard,

Ja, Du hast Recht, die "DC" (Displacement Control) Funktion.

Zitat von Canton:
"Die von Canton entwickelte DC-Technologie ("Displacement Control") verhindert, dass die Membran des Basslautsprechers bei tiefen Tönen unkontrolliert auslenkt. Dazu unterdrückt sie subsonische (d.h. nicht hörbare) Frequenzen und lässt die Bässe gleichzeitig spürbar straffer und präziser klingen."
Zitat Ende

Leider besitze ich keinen Schaltplan von den Ergos, so daß ich die von Dir genannten Werte nicht prüfen kann.

Ich habe auch bei Canton einen "Impedanzverlauf" der Ergos angefragt. Man darf gespannt sein, ob und was ich da bekomme.

Außerdem habe ich mich aufgrund Deiner ausführlichen Erläuterung an den Hinweis in der Bedienungsanleitung erinnert.
Überlast.jpg
Das würde also bedeuten bei 2x Kollektorstrom 5,6A und ca. 20V treten bei diesen Spitzen Leistungen von ca. 200W auf?
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Grundig forever :D
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timundstruppi
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Re: Knacksen bei Musik mit hoher Dynamic und Loudness

Beitrag von timundstruppi »

Hat mein Sohn (damals 10) vor über 15 Jahren mal erstellt, da fing er an mit dem Basteln und war bei jeder Reparatur dabei. Heute leider schon lange nicht mehr, obwohl er seit 2015 ET studiert und jetzt den Master macht. :cry:
Ich "hoffe", dass sein XVA-Kombi mal abraucht und er dann nebenbei einen Elkotausch machen muss. Aber da ist nichts, seit Jahren. Er konnte damals den SP lesen und verstand es. Hat ihn etwas im Studium geholfen.
Canton Ergo 122 DC.pdf
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oldiefan
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Re: Knacksen bei Musik mit hoher Dynamic und Loudness

Beitrag von oldiefan »

mampfi hat geschrieben: So 15. Jan 2023, 08:41Das würde also bedeuten bei 2x Kollektorstrom 5,6A und ca. 20V treten bei diesen Spitzen Leistungen von ca. 200W auf?

Nur im allerersten Moment, wenn die Kurzschluss-Sicherung greift, kommt es in diesem Sekundenbruchteil weniger als eine Millisekunde lang zu einer Leistungsspitze von ca. 200 W. Nicht zu verwechseln mit RMS- (Effektivwert-) Leistung. Die Effektivwert-Leistung ist dabei sehr viel niedriger.

Wenn ein überlastender Sinus oder ein Dauerkurzschluss permanent anliegt, gibt es nach der ersten "Abschaltspitze" keine Leistung mehr. Das ist von Grundig genial gelöst!

Dass sogar die Grundig V5000 Bedienungsanleitung das Knacken beim Schalten der Kurzschluss-Sicherung erläutert, daran hatte ich mich gar nicht mehr erinnert. Danke für den Auszug aus der BDA!

Gruß
Reinhard
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mampfi
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Re: Knacksen bei Musik mit hoher Dynamic und Loudness

Beitrag von mampfi »

oldiefan hat geschrieben: So 15. Jan 2023, 19:19
Die Effektivwert-Leistung ist dabei sehr viel niedriger.
Auch das ist Richtig. Kommt es zu dem beschriebenen Effekt, passiert das immer bei Power Anzeige -4dB (A5000)
Leider löst die nur 4dB weise auf. Dafür ist sie aber sehr genau, sofern nach SM abgeglichen.
Also in der Gegend um 40W !!!

Auf jeden Fall gelernt. Ich werde zukünftig meine Einstellungen (etwas) mäßigen. Weitere Experimente können außen vor bleiben.

Danke
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Re: Knacksen bei Musik mit hoher Dynamic und Loudness

Beitrag von timundstruppi »

Reinhard bezieht es nicht auf den Pegel, der geht kurz in die Richtung bei einer Halbwelle über 100W zu schaffen, da aber angeschaltet wird, ist die Leistung über die begrenze Halbwelle viel geringer, vielleicht 10 W. Da aber diverse Obertöne entstehen, sind MT und HT gefährdet.

Wenn dort ein Impedanzminimum auftritt, die Leds aber eine Spannungsanzeige bei 4 Ohm ist, so hast du an dieser Stelle wohl schon eine höhere Leistung, wenn auch nicht die 100W, es löst ja eine Strombegrenzung aus. Man hat einfach schon bei einem geringeren Widerstand bei gleicher Spannung eine höhere Leistung.
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oldiefan
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Re: Knacksen bei Musik mit hoher Dynamic und Loudness

Beitrag von oldiefan »

Ein plötzliches Abschalten durch die Kurzschluss-Sicherung führt zu einer senkrechten Flanke im Strom- und Spannungsverlauf an der Last. So wie auch in einem Rechtecksignal, enthält so ein Signalverlauf - wie von timundstruppi schon geschrieben - höhere Frequenzen. Das Knacken wird deshalb (auch oder vornehmlich) im Mitteltöner vernehmlich sein. Übrigens auch, weil unser Hörvermögen im Mitteltonbereich besser ist.

Die Frage ist tatsächlich, ob das ggf. dem Mitteltöner (bzw. u.U. noch dem Hochtöner) schaden könnte. Ich denke, bei Grundig hat man daran gedacht und die Schaltung ist so ausgelegt, dass kein Risiko besteht.

Sehen wir uns das mal an:
Eine Simulation kann uns dabei helfen. Ich gehe dabei von bewusst sehr ungünstigen Verhältnissen aus, nämlich einer induktiven Last (TT-Schwingspule) mit 5 mH und nur 2 Ohm DC-Widerstand. Eingangsamplitude in die Treiberstufe von 0,8 Vs mit 100 Hz Sinus. Die Treiber-/Endstufe des A 5000 hat eine Spannungsverstärkung von V = 36-fach. Das würde also am Endstufenausgang eine Amplitude V(out) von 28,8 V(Spitze) ergeben.
elektronische Kurzschluss Sicherung A 5000.jpg
Bei einem Kollektorstrom Ic(T1006) am Endtransistor von fast 5 A greift die Kurzschluss-Sicherung. Die Amplitude bricht schlagartig ein, bildet aber aufgrund der beim Zusammenbruch des Magnetfelds der TT-Schwingspule sich aufbauenden Gegenspannung einen negativen Spannungspuls aus V(out). Dieser Puls hat den Amplitudenverlauf eines singulären Rechtecks von knapp weniger als 1 ms Länge (800 µs) und 45 V Amplitude.

Die Spitzenleistung dieses Pulses an der TT-Schwingspule V(out) x I(L2) beträgt ca. 450 W (Spitze). Aufgrund der Dreiecksform des Amplitudenverlaufs ist aber die mittlere Leistung über die Pulslänge aber nur halb so groß, ca. 225 W. Die Energie ist aber aufgrund der kurzen Dauer winzig, nur 0,18 Ws (nämlich 225 W x 0,8 ms).

Eine Tieftöner-Schwingspule ist dadurch nicht in Gefahr, ist sie doch so ausgelegt, über 10 W Dauertonleistung zu vertragen. Bei 10 W über eine Zeit von 10 Sekunden lang, wären also 100 Ws für sie kein Problem. Also keine Gefahr für den Tieftöner.

Nehmen wir nun zur Abschätzung vereinfachend an, der 45 V Rechteckpuls, den auch der Mitteltöner- und Hochtöner-Zweig der LS-Weiche sieht, ginge ungeschwächt auf die Schwingspule des Mitteltöners (bzw. Hochtöners) und diese hätten eine enorm ungünstige (kleine) Impedanz von nur 2 Ohm. Dann fiele an dessen Schingspule die Leistung von P= U^2 / Z während der Rechteckpulslänge an, also 1000 W. Das klingt unglaublich viel, aber es ist ja die sehr kurze Pulslänge von nur 0,8 ms zu beachten und damit ist die Energie, die die Schwingspule dissipieren muss 1000 W x 0,8 ms, also nur 0,8 Ws.

Eine Mitteltöner-Schwingspule ist für eine Dauertonleistung von mehr als 5 W ausgelegt. Wieder für 10 Sekunden betrachtet, also für mehr als 50 Ws, ohne Schaden zu nehmen. Die 0,8 Ws des Pulses können ihr also auch nichts anhaben.

Die gleiche Betrachtung für die Hochtöner-Schwingspule: Die Hochtöner-Schwingspule ist für eine Dauertonleistung von mehr als 1W ausgelegt, bei 10 Sekunden Belastung, also für mehr als 10 Ws. Auch ihr kann deshalb der Puls mit < 1 Ws nicht schaden.

Also: Entwarnung!
Das Knacksen ist im Hörempfinden unangenehm, kommt aber nicht in einen Energiebereich, der dem Lautsprecher schaden kann.

Oder anders gesagt: Es kommt hier nicht primär auf die Leistungsspitze (Watt) in einem verschwindend kleinen Zeitintervall (Bereich einer ms) an, sondern vor allem auf die Energie (Ws, Ws = J), die über eine "längere" Zeitspanne ( z.B. eine Sekunde und mehr) verkraftet/verbraten wird und wie dazu im Vergleich die erlaubte Dauerleistung für das LS-Chassis ausgelegt ist.

Gruß
Reinhard
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Re: Knacksen bei Musik mit hoher Dynamic und Loudness

Beitrag von timundstruppi »

Interessant aber fiktiv wäre es, je einen weiteren Transistor parallel zu schalten. Ob der Treiber es schaffen würde. Dann hätten wir 15 A.
Der V/A würde dann aber 10 cm breiter werden, zumindest der KK.
;) :lol: :lol: :lol:
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Re: Knacksen bei Musik mit hoher Dynamic und Loudness

Beitrag von mampfi »

timundstruppi hat geschrieben: Mo 30. Jan 2023, 00:59 Interessant aber fiktiv wäre es, je einen weiteren Transistor parallel zu schalten. Ob der Treiber es schaffen würde. Dann hätten wir 15 A.
Der V/A würde dann aber 10 cm breiter werden, zumindest der KK.
;) :lol: :lol: :lol:
Bräuchte man das überhaupt? Die Transistoren die wir als Ersatz einbauen, schaffen doch allesamt weit mehr als 6A.
Genauso fiktiv gedacht.....wäre es nicht interessant die Strombegrenzungsschaltung so anzupassen daß anstatt der 6, 8 oder 9A fließen könnten?

Oder irre ich mich da?
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Re: Knacksen bei Musik mit hoher Dynamic und Loudness

Beitrag von timundstruppi »

Dann ist ggf. die Stromverteilung nicht mehr so gut gegeben. Hatte da mal vor über 40 Jahren im Labornetzteil mit experimentiert, die Widerstände zu bestimmen, um einen weiteren 2n3055 im Ausgang zu verbauen. Ggf, wird der Transistor im verbotenen Bereich betrieben bei Nennlast im halb durchgeschalteten Bereich.
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