Unterschied zwischen aktiver und passiver Frequenzweiche

[Inder-Nett]

Wie groß ist der tatsächliche Leistungsverlust in einer einfachen Frequenzweiche bei normalen Lautstärken zu Hause?

Bei den Nubert-Weichen sind's sicher mehr als 20%, völlig unabhängig von der Lautstärke.

[G. Nubert]

Hallo,

in HiFi-Lautsprecherboxen wird die Weiche außer zur Frequenzaufteilung für die verschiedenen Chassis auch zur Linearisierung des Frequenzgangs genutzt.
Wenn man diese Ambition nicht hat, kann man mit Passivweichen bei gleich starken Verstärkern insgesamt sogar etwas höhere Pegel erzielen.

In einer passiven Weiche wird überschüssige Energie in Wärme vernichtet...

das stimmt prinzipiell zwar schon,

Da eine passive Box keine Anhebung realisieren kann, muss der Wirkungsgrad...

- wie schon erwähnt, stimmt das nicht in jedem Fall. Im PA-Bereich wird auch manchmal mit Fullrange-Verstärkern gearbeitet und die Passiv-Weichen werden dann so dimensioniert, dass die Chassis in ihrem zugedachten Arbeitsbereich fast keinen Pegel verlieren, aber in einem bestimmten Frequenzbereich bis 3 dB "lauter" spielen als direkt am Verstärkerausgang.
Das ist kein "Perpetuum Mobile", der Pegelzuwachs wird durch "Blindstrom-Kompensation" erzielt.
Der Wirkungsgrad der Chassis scheint dadurch also zu steigen, ohne dass es dabei zu Impedanz-Unterschreitungen kommt.
Meistens wird vor den Verstärker dann noch ein Controller gesetzt, um den gewünschten Frequenzgang zu erreichen.

Am weitesten kommt man mit Verstärkern für jeden "Frequenz-Kanal" und noch zusätzliche Passivweichen, weil damit bessere Konzepte für Softclipping-Prozeduren in Verbindung mit nicht so kräftig wirkenden Limitern möglich sind.

Gruß, G. Nubert

[tiyuri]

Perpetuum Mobile

Danke für den aufschlussreichen Beitrag & es ist schön Sie hier wieder öfter zu lesen

[m(A)ui]

[...] kann man mit Passivweichen bei gleich starken Verstärkern insgesamt sogar etwas höhere Pegel erzielen.
[...] die Passiv-Weichen werden dann so dimensioniert, dass die Chassis in ihrem zugedachten Arbeitsbereich fast keinen Pegel verlieren, aber in einem bestimmten Frequenzbereich bis 3 dB "lauter" spielen als direkt am Verstärkerausgang.

mir fallen 2 Möglichkeiten ein, wie man mit einer Passivweiche den Pegel/Wirkungsgrad (scheinbar) erhöhen kann:
1. ein Filter mindestens 2. Ordung auf eine Güte>0,7 abstimmen. dann erhält man um die Trennfrequenz ein Überschwingen mit erhöhter Ausgangsspannung

2. Spannung und Strom am Verstärkerausgang exakt in Phase bringen. Im Vergleich zu 90° Phasendifferenz bringt das +3dB

Allerdings erhöht keine der beiden Möglichkeiten wirklich den Wirkungsgrad!
bei 1. wird die höhere Spannung durch eine geringere Impedanz erkauft, wodurch der Strom und damit die vom Verstärker abgegebene Leistung ansteigt.

bei 2. verändert sich das Verhältnis von elektr. Wirkleistung zu Schalldruck nicht. (nur das Verhältnis von Scheinleistung zu Schalldruck.)

Das ist kein "pepetuum Mobile", der Pegelzuwachs wird durch "Blindstrom-Kompensation" erzielt.
Der Wirkungsgrad der Chassis scheint dadurch also zu steigen, ohne dass es dabei zu Impedanz-Unterschreitungen kommt.

Ich denke, Sie haben in Ihrer Erklärung den 2. Fall gemeint.

gruß

[Kikl]

Ich habe bei einem meiner ersten Beiträge das Thema ausführlich diskutiert. Frank Klemm und Kevin Reisach haben mich damals (nachdem ich ziemlich lange Widerstand geleistet habe) davon überzeugt, dass man auch mit einem passiven Filter ein Spannungssignal verstärken kann. Nachzulesen unter Allgemeines/Angekündigte Nubert Neuigkeiten/... fängt auf Seite 18 etwa an.

Die Lösung ist die von Herrn Nubert erwähnte "Blindstrom-Kompensation". Die abgegebene Leistung (=Energie/pro Zeit) bleibt bei erhöhtem Spannungspegel unverändert, weil das Filter den Anteil des Blindstroms am Gesamtstrom erhöht. Blindstrom ist der Strom, der im Gegentakt schwingt. Die Stromschwingung ist der Spannungsschwingung um 90 Grad verschoben. Immer wenn ein hohes Spannungssignal auftritt ist der Strompegel sehr klein wird und umgekehrt. Das bewirkt, dass die abgegeben Leistung P(t)=U(t)*I(t) nicht zunimmt obwol der maximale Spannungspegel höher wird. Der größere Anteil am Blindstrom kompensiert den erhöhten Spannungspegel.

So verstehe ich Herrn Nubert jedenfalls. Ich glaube aber Frank Klemm und Herr Nubert können das besser erklären.

Gruß

Kikl

[Inder-Nett]

Ich habe bei einem meiner ersten Beiträge das Thema ausführlich diskutiert. Frank Klemm und Kevin Reisach haben mich damals (nachdem ich ziemlich lange Widerstand geleistet habe) davon überzeugt, dass man auch mit einem passiven Filter ein Spannungssignal verstärken kann.

Das ist zwar soweit durchaus korrekt, nur wurde dort nicht auf die Risiken & Nebenwirkungen eingegangen.

Die Blindstrom-Kompensation bzw. der Trafo-Effekt von passiven LC-Filtergliedern treten in Verbindung mit Resonanzen auf, d.h. eigentlich nur bei stationärere Erregung im eingeschwungenen Zustand. Natürlich haben diese Resonanzen auch ein gewisses "Eigenleben" (Einschwingen, Nachschwingen etc.), welches sich typischerweise nicht ganz passend zum "Eigenleben" akutischer Resonanzen verhält.
Allein aus diesem Grunde verbietet sich die Ausnutzung solcher Effekte im HiFi-Bereich.

In diesem Sinne war auch mein Einwurf bzgl. der 20% Verlusten in den Weichen der Nubert-Boxen in keiner Weise als Kritik oder Abwertung zu verstehen, sondern lediglich als neutrale Feststellung (bzw. Vermutung).
Im Sinne einer sauber gedämpften, resonanzarmen Boxen-Auslegung ist eine verlustbehaftete Filterung in meinen Augen nicht vermeidbar, solange man gezwungen ist, die Weiche in die Box zu packen.

[Kikl]

Inder-Nett, du bist jetzt bei einem anderen Thema.

Das ursprüngliche Thema lautete: Ist es möglich, mit einem passiven Filter ein Spannungssignal zu verstärken? Die Antwort ist: Ja.

Dein Thema ist: Ist diese Form der Filterung sinnvoll in einem Hifi-Lautsprecher?

Du meinst, dass die Spannungsverstärkung durch Blindstromkompensation nicht sinnvoll ist, weil dadurch das Impulsverhalten des Signals (Einschwingen/Ausschwingen) negativ beeinflusst wird.

Laut Herrn Nubert wird diese Technik allenfalls im PA-Bereich eingesetzt. Vielleicht erfahren wir noch aus berufenem Munde, was die Nachteile dieser Technik sind.

Gruß

Kikl

[Inder-Nett]

Das ursprüngliche Thema lautete: Ist es möglich, mit einem passiven Filter ein Spannungssignal zu verstärken? Die Antwort ist: Ja.

Dies war weder das ursprüngliche Thema, noch ist die Antwort ja!

Das Signal wird in passiven Weichen grundsätzlich nie verstärkt, sondern bestenfalls transformiert, d.h. durch Impedanz-Anpassung oder Blindstrom-Kompensation wird am Ausgang der Weiche eventuell eine höhere Spannung mit geringerer Belastbarkeit (und damit stets eine geringere Leistung) zur Verfügung stehen.
Im günstigsten Falle kann das zu einer besseren Ausnutzung der Verstärker-Leistung, eine Verstärkung ist es trotzdem nicht, bestenfalls eine Optimierung des Gesamtwirkungsgrades durch Minimierung der Verluste.

Einem Trafo würde auch kein vernünftiger Mensch eine Verstärkung andichten, nur weil er am Ausgang höhere Spannungen liefern kann als am Eingang

Und da wir uns hier in einem Forum eines Herstellers von HiFi-Lautsprechern befinden (und nicht bei den PA-Spezies) wird es wohl legitim sein, darauf hinzuweisen, dass die Gepflogenheiten aus dem PA-Bereich ganz andere Gründe, Risiken und Nebenwirkungen habe und deshalb die dort angewendeten Techniken nur bedingt übertragbar sind.

Im PA-Bereich hat die Optimierung des Wirkungsgrades einen ganz anderen Stellenwert. Wenn ich mit Leistungen im kW-Bereich zu hantieren habe, dann bedeuten 6dB Wirkungsgrad-Gewinn mehrere kW Leistungs-Einsparung, da rentiert es sich, die Nebeneffekte mit DSP's zu minimieren.
Super lineare Frequenzgänge und hohe Impulstreue sind im PA-Bereich ohnehin nicht sauber realisierbar, allein schon wegen der dort unerlässlichen Feedback-Unterdrückung etc...

Die ursprüngliche Fragestellung würde von Nubert ja schon an anderer Stelle beantwortet:
Eine aktive Weiche bringt bei einem kleinen System wie der CM-1 weder deutliche klangliche, noch ökonomische Vorteile. Je größer die Systeme bzw. die abverlangte Leistung wird, desto höher fällt der ökonomische Vorteil durch aktive Weichen und Wirkungsgrad-Optimierung im Leistungszweig aus.
Um den letzten Schliff bzgl. Klang-Optimierung rauszuholen ist allerdings auch die aktive Weiche nicht das Mittel der Wahl, weil sie die Probleme der analogen Filtertechnik (Phasen- und Group Delay) auch nicht wirksam umgehen kann.
In der Preisklasse der CM-1 oder der kleinen Regal-Boxen ist aber auch diese Diskussion albern...

[Kikl]

Also, lieber Indi:

Was das ursprüngliche Thema angeht, mag ich Herrn Nubert zitieren:

teite hat folgendes geschrieben:
Da eine passive Box keine Anhebung realisieren kann, muss der Wirkungsgrad...

- wie schon erwähnt, stimmt das nicht in jedem Fall. Im PA-Bereich wird auch manchmal mit Fullrange-Verstärkern gearbeitet und die Passiv-Weichen werden dann so dimensioniert, dass die Chassis in ihrem zugedachten Arbeitsbereich fast keinen Pegel verlieren, aber in einem bestimmten Frequenzbereich bis 3 dB "lauter" spielen als direkt am Verstärkerausgang. Das ist kein "pepetuum Mobile", der Pegelzuwachs wird durch "Blindstrom-Kompensation" erzielt.

Ein vernünftiger Mensch würde sagen: Ein Signal wird verstärkt, wenn der Ausgangspegel größer als der Eingangspegel ist. Ein anderes Wort dafür ist Pegelzuwachs. Die Ausgangsspannung des passiven Filter ist in einem vorgegebenen Frequenzbereich größer als die Eingangsspannung. Also verstärkt das passive Filter das Spannungssignal in diesem Frequenzbereich.

Gruß

Kikl

[m(A)ui]

kann mir bitte mal jemand den begriff "blindstromkompensation" erklären?
am besten mit einer einfachen wechselstrom ersatzschaltung...

gruß