die thermische Kompression

Dr.-Ing. Peter Strassacker
Email: peter@lautsprechershop.de
Die meisten Lautsprecher erhöhen Ihre Impedanz unter Vollast um 40% oder mehr. Das entspricht im Beispiel unten (Alcone AC 12 SW 4) einer Verschiebung von der braunen 8-Ohm Linie zwischen die 12- und 14-Ohm Linie (die 4 Ohm Grundimpedanz sind mitzurechnen) oder noch stärker. in geschlossener Box

Auch bei Bassreflexsubwoofern mit Vifa PLW 22/450 oder Peerless CSX 315 führt die Erhöhung der Impedanz um 40% zu einer Bassübertreibung um ca. 2,5 dB.

oder:
Für den erwärmten Subwoofer wäre für einen flachen Freqenzgang die optimale Gehäusegröße etwa 2,5-3 mal so groß.

Mit derartigen Einschränkungen sind heute die meisten Tieftöner versehen.
 

Was kann man dagegen tun?

Ganz einfach: Verwenden Sie einen Lautsprecher mit stärkerem Antrieb. doppelter Drahtquerschnitt, doppelte Luftspaltbreite, halbem Gleichstromwiderstand und zum Ausgleich ein Widerstand extern (siehe auch Bild in Anlage, unten). Lautsprecher

Wo sind die Vorteile:
1) die interne Spule wird nur noch halb so heiß, da nur die halbe Leistung umgesetzt wird
2) der externe Widerstand kann groß sein, so dass er nie heiß wird
3) der externe Widerstand ist aus einem Material, das kaum temperaturabhängig ist
  (das sich aber für die Schwingspule selbst nicht eignet)
4) höhere Haltbarkeit des Tieftöners durch geringere thermische Belastung

die Entlastung in % ist etwa Eth = 100 * Rext / (Rext + RL)

die Verminderung der thermische Kompression Ekomp ist sogar noch deutlich höher, da weniger Temperatur direkt eingeht und zusätzlich zu berücksichtigen ist, dass nur der Widerstandsanteil im Lautsprecher der hohen Temperaturabhängigkeit unterworfen ist.

Ekomp = 100 - 100 * (RL / (Rext + RL))2.

Verwenden Sie als Vorwiderstand unsere 20 Watt Zementwiderstände, so haben diese sogar eine entgegengesetzten Temperaturabhängigkeit, so dass die Kompression noch geringer als berechnet ist.
 

therm. Kompression Komma bitte als "." eingeben
Gleichstromwiderstand des
Lautsprechers / Ohm
Vorwiderstand / Ohm therm. Entlastung
in %
weniger Kompression
in %
Kompression aufgrund der Spulenerwärmung.
100% entspricht keiner Belastung/Kompression = Idealzustand.
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mit 6 Ohm Vorwiderstand (Gesamtgüte: Qtc = 0,79) weist der der Alcone AC 12 SW4 somit 66% weniger thermische Belastung und 88% weniger thermische Kompression auf, als ein vergleichbarer Lautsprecher mit schwächerem Antrieb.

Wichtig:
Die Vorwiderstände sind natürlich nur zulässig, wenn der Antrieb des Lautsprechers so stark ist, dass die Wiedergabe nicht wumpsig wird (nutzen Sie eines unserer Berechnunsprogramme unter Tools).

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Anlage: Bild zum Lautsprecher mit doppeltem Spulenquerschnitt

Nachfolgend ist nochmals mit Formeln skizziert, wie ein stärkerer Antrieb wirkt.

Dazu ein Beispiel, das zeigt, wie ohne Klangänderung die Kompression beseitigt wird:
Verwenden Sie statt Kupferdraht einen Aluminiumdraht mit 3,2-fachem Querschnitt, so bleibt das Gewicht der Spule gleich (der Luftspalt muss breiter werden), die Impedanz sinkt um etwa Faktor 2, dies wird durch einen Vorwiderstand außerhalb des Lautsprechers ausgeglichen. Die Eigenschaften des Lautsprechers bleiben gleich, da die Antriebskraft B x L, die induzierte Spannung in der Spule und die Masse gleich bleiben; nur dass der neue Antrieb kaum thermische Kompression aufweist.
Falls Sie irgendwelche Hinweise haben, freuen wir uns über jede Diskussion.

Literaturhinweise

Wenn Sie sehr viel mehr über die Wechselwirkung stromdurchflossener Leiter und von elektrischen und magnetischen Feldern erfahren wollen, so empfehlen wir folgende Bücher:
- Strassacker, Süsse: Rotation, Divergenz und Gradient,
    eine leicht verständliche Einführung in die Elektromagnetische Feldtheorie, 5. Auflage, B.G. Teubner, 2004
- P. und G. Strassacker: Analytische und numerische Methoden der Feldberechnung,
    Teubner-Verlag, Stuttgart, 1993