Luidsprekers parallel, luidsprekers in serie, impedantie, vermogen, dempingsfactor, fase, aanpassing, rendement

Wat gebeurt er nu als je speakers parallel of in serie aansluit op een versterker? Wat is impedantie? Wat is het maximale vermogen als je meerdere speakers gebruikt? Hieronder volgen de antwoorden en nog meer. We gaan hier uit van elektrodynamische luidsprekers, dus werkend met een magneet, een spoel en een conus. Dit is verreweg het meest gangbare type luidspreker.

Luidspreker
Elektrodynamische luidspreker

Impedantie, Ohm

De impedantie van een luidspreker wordt aangegeven in Ohm of met het symbool Omega: Ω. De impedantie is de wisselstroomweerstand van de luidspreker. De weerstand die je meet met een weerstandmeter aan de twee aansluitingen is de gelijkstroomweerstand. Een speaker met een impedantie van 8 Ohm heeft vaak een gelijkstroomweerstand van zo'n 6 Ohm. De impedantie (= wisselstroomweerstand) is afhankelijk van de frequentie van het signaal. Hij is bij een speaker zonder behuizing het hoogst bij de resonantiefrequentie, daalt daarboven weer en stijgt weer bij nóg hogere frequenties vanwege de toenemende wisselstroomweerstand van de spreekspoel. Afhankelijk van de soort luidsprekerkast is het impedantieverloop per frequentie ook anders. De opgegeven impedantie van een luidspreker is de zgn. nominale waarde, gedefinieerd als 1.15 x de minimale impedantie.

Vermogen, Watt

De hoeveelheid vermogen die een luidspreker kan verwerken wordt uitgedrukt in Watt. Krijgt een luidspreker meer vermogen toegevoerd dan hij aan kan, dan gaat hij stuk. Het kan zijn dat de spreekspoel te heet wordt en verbrandt of vervormt, het kan ook zijn dat er mechanisch iets mis gaat, scheurt of vervormt. Een luidspreker die is ontworpen voor een groot vermogen, bijvoorbeeld 100W, die je op een veel te laag vermogen laat werken gaat niet stuk, maar zal niet klinken zoals bedoeld.

Dempingsfactor

Een ideale versterker kan oneindig veel stroom leveren en heeft een eigen uitgangs impedantie van nul Ohm. Zo'n versterker bestaat niet. In werkelijkheid is de uitgangsimpedantie bijvoorbeeld 0.02 Ohm. Als die versterker is ontworpen voor een luidsprekerimpedantie van 8 Ohm is de dempingsfactor dan 8/0.02 = 400. Algemeen: hoe hoger de dempingsfactor, hoe "strakker" een speaker klinkt. De speaker "zwabbert minder na". Een slechte (te dunne en/of te lange) luidsprekerkabel heeft een niet te verwaarlozen weerstand en kan dus een goede dempingsfactor van de versterker weer om zeep helpen! Ook slechte stekkerverbindingen (gecorrodeerde jacks!) kunnen hier een slechte invloed hebben. Gebruik schroef- of soldeerverbindingen voor een zo laag mogelijke weerstand, niet simpelweg de draadjes om elkaar draaien!

Aanpassing, matching

Hierbij is er een groot verschil tussen buizenversterkers en transistorversterkers. Als je bij een transistorversterker een 4 Ohm spaker op een 8 Ohm versterkeruitgang aansluit, wil de versterker 2x zo veel vermogen gaan geven omdat de weerstand verlaagd is en raakt waarschijnlijk oververhit en gaat stuk. Als je geluk hebt zit er een beveiliging in die op tijd aanslaat... Bij aansluiten van een 8 Ohm speaker op een 4 Ohm uitgang kan de versterker niet zijn maximale stroomsterkte leveren, het vermogen wordt dus niet gehaald, maar er gaat niets stuk. Geen luidspreker aansluiten (open uitgang) kan geen kwaad.

Bij een buizenversterker zit er een transformator tussen de eindbuizen en de speaker. Bij een te lage luidsprerimpedantie zal de spanning over de eindbuizen dalen, maar de buizen blijven heel. Ideaal is de situatie niet omdat niet het maximale vermogen kan worden geleverd. Mogelijk wordt ook de trafo te heet. Omgekeerd: als je een te hoge impedantie aan luidspreker(s) aansluit stijgt de spanning van de eindbuizen en de trafo en die kunnen daardoor stuk gaan. Ook als je geen speaker aansluit gebeurt dat!!!

Voor beide typen versterkers geldt: alleen bij optimale aanpassing (versterker impedantie = luidsprekerimpedantie) krijg je het opgegeven vermogen en de beste klank.

Praktijkvoorbeeld: een versterkervermogen van een stereo eindtrap is opgegeven als:

  • 2 x 2200W aan 2 Ohm
  • 2 x 1500W aan 4 Ohm
  • 1 x 4400W aan 4 Ohm in bridged mode

Dat betekent dat de versterker als hij op 2 Ohm boxen is aangesloten 2200W vermogen per kanaal geeft. Aangesloten aan 4 Ohm boxen gaat er een kleinere stroomsterkte lopen (meer weerstand) en wordt het vermogen dus lager: 1500W per kanaal. In bridged mode worden de twee eindtrappen van de stereo versterker gekoppeld en heb je dus feitelijk één mono versterker. Die kan in dat geval 4400W aan 4 Ohm boxen afleveren.

Rendement

Wordt meestal opgegeven in dB SPL (Sound Pressure Level) op 1 meter afstand bij 1 Watt toegevoerd vermogen. Dit is een onderschatte parameter! Niet alleen de hoeveelheid Watts die je naar een luidspreker toe stuurt is een maat voor hoe hard het klinkt, maar vooral ook wat de speaker daar mee doet: warmte opwekken of geluid! 3dB meer rendement betekent een verdubbeling van het vermogen in Watts, dus een speaker met 100dB/1W/1m klinkt bij 50W ongeveer even hard als een speaker van 97dB bij 100W!

Polariteit, fase

Op een speaker zie je meestal bij een van de twee aansluitingen een rode (of andere kleur) kleurcode staan. Dit is de pluskant. Normaal is het dan zo dat als je daar de plus van een batterijtje op aansluit en op de andere aansluiting de min, dat dan de conus naar voren gaat. Als je meerdere speakers op één versterker aansluit, dan moeten ze "in fase" staan, dus met zijn allen tegelijk dezelfde kant op bewegen, let daar dus op met aansluiten. Als een of meer luidsprekers in tegenfase zijn, werken ze de andere tegen en krijg je minder geluid voor je vermogen. Bij combineren van speakers van verschillende fabrikanten polariteit checken!

Luidsprekerkabel

Door een luidsprekerkabel gaat een vrij sterke stroom (veel Ampères). Gebruik dus, ook binnen in een speakerkast, geen te dunne kabels. Over het nut van extreem dure kabels met zilver en goud er in en met prijzen die je doen duizelen valt te twisten. Gebruik een kabel met voldoende dikke aders, die zelf weer uit een hele boel dunne aders bestaan, geen massieve draad dus. Luidsprekerkabel heeft gemerkte aders. Dat merken van de aders kan op allerlei manieren zijn uitgevoerd: één is rond, dan andere vierkant, een is rood de ander zwart, een heeft koperkleurige aders, de andere zilverkleurige, er zit een gekleurd draadje bij, of iets dergelijks. Zo kun je beter op de juiste fase aansluiting letten.

luidsprekerkabelLuidsprekerkabel

Het "skin-effect" zorgt er voor dat hoge frequenties vooral langs de buitenkant van een koperkern stromen. Vandaar dat een luidsprekerkabel bestaat uit een groot aantal dunne koperdraden. Een enkele dikke ader zou de kabel erg stug maken, maar ook de hoge tonen slechter geleiden.

Pluggen, connectors

Ook de pluggen moeten de grote stroomsterkte aan kunnen. Ouderwetse banaanstekkers of DIN luidsprekerplugjes zijn uit den boze. Jack pluggen zijn ook niet ideaal, zeker niet als ze al wat geoxideerd zijn. Beter is XLR, beste, en tegenwoordig meest gangbaar, is Speakon verbindingen. Zie ook de pagina over pluggen en stekkers >>

Serie

Als je meerdere luidsprekers (n stuks) achter elkaar schakelt sluit je de pluskant op je versterker aan, de minkant van die speaker gaat naar de plus van de volgende speaker, enz. Van de laatste speaker sluit je de min ook op de versterker aan. De luidsprekers staan nu in serie. Het vermogen van het totaal is n maal het vermogen van één speaker alleen, uitgaande van identieke speakers. De impedantie is n maal de impedantie van een enkele speaker, uitgaande van identieke speakers. Rtot= R1 + R2 + ... Rn Zie ook: aanpassing!

Luidsprekers in serie

Calculator serie schakeling

Vul de impedanties van de gebruikte luidsprekers in als geheel getal of met decimale punt, gescheiden door een komma, klik dan op "bereken".

Ohm

Parallel

Parallel aansluiten doe je door van n speakers de plussen aan de plussen en de minnen aan de minnen aan elkaar te maken en het hele zaakje op een versterker aan te sluiten. Ook nu is het te verwerken vermogen n maal het vermogen van een enkele speaker, uitgaande van identieke speakers. De impedantie is te berekenen met: 1/Rtot = 1/R1 + 1/R2 ... + 1/Rn Zie ook: aanpassing!

Luidsprekers parallel

Calculator parallel schakeling

Vul de impedanties van de gebruikte luidsprekers in als geheel getal of met decimale punt, gescheiden door een komma, klik dan op "bereken".

Ohm

Combinatie serie-parallel

Je kunt ook groepen parallel geschakelde speakers in serie schakelen om bijvoorbeeld de ideale impedantie te bereiken. Om dan de impedantie van het geheel te berekenen, moet je eerst de impedantie van de parallel geschakelde groepen apart berekenen. Daarna beschouw je zo'n groep als één luidspreker met als impedantie de berekende waarde. Je houdt dan uiteindelijk een paar in serie geschakelde waarden over, die je op kunt tellen.

Filter

Als een of meer luidsprekers via een filter, een scheidingsfilter ofwel cross-over, zijn aangesloten ligt de situatie wat betreft impedantie een stuk ingewikkelder... Dan hebben de spoelen, condensators en weerstanden van het filter ook een invloed. Die invloed is dan ook nog eens afhankelijk van de frequentie f van het signaal:

Van een spoel is de impedantie: 2 * Π * f * L (L = zelfinductie in Henry)

Van een condensator is de impedantie: 1/(2 * Π * f * C) (C = capaciteit in Farad)

Hieruit volgt dus dat de impedantie van een spoel stijgt bij een hogere frequentie en dat die van een condensator daalt met de frequentie. Van die eigenschappen wordt in luidspreker-scheidingsfilters gebruik gemaakt om de hoge tonen alleen naar de hoge tonen speaker te laten gaan en de bassen alleen naar de basspeaker enz. In het onderstaande schema zie je een Bass (bas), een Mid (midden) en een Treble (hoog) speaker met een zgn. "tweede orde" scheidingsfilter met spoelen (L) en condensatoren (C).

Luidspreker scheidingsfilter
Luidspreker scheidingsfilter (passief)

Een passief scheidingsfilter zit tussen de eindversterker en de luidsprekers en bestaat uit spoelen, condensators en weerstanden: passieve componenten.

Men spreekt van een aktief scheidingsfilter (active cross over) als er versterking is ingebouwd. Het filter heeft dan voeding nodig en zit vóór de eindtrappen. Een actieve cross over splitst het geluid (op line signaal niveau) in bijv. laag, midden en hoog. Die signalen gaan dan naar de aparte eindtrappen (eindversterkers) voor elk frequentiegebied. Actieve cross overs hebben meestal instelmogelijkheden voor de scheidingsfrequenties en het volume per frequentiegebied. Actieve filtering heeft veel voordelen.

Links

Donatie

Dit is een gratis site, die al sinds 2003 voortdurend wordt uitgebreid en geactualiseerd. Als jij ook wilt dat dat zo blijft, doe dan een donatie aan Popschool Maastricht >>

QR code https://www.popschoolmaastricht.nl:443/college_luidsprekers_parallel_serie.php?menu=menuBasgitaar

Bijgewerkt op: 8 Februari, 2017