Speaker impedance & stroomverbruik

[Speedway4]

Voor een project heb ik een Pioneer GM-D8604 versterker, Alpine 1243BR (4Ohm) subwoofer en 2x JBL E20 (8Ohm) speakers. De stroombron is een accu + zonnepanelen. Om dit laatste is het verbruik voor mij belangrijk.

De alpine wordt bridged aangesloten, de E20's één per kanaal. Omdat het 8Ohm speakers zijn gaat het grofweg om 50 W x 2 @ 8Ohm. Wat ik mij afvraag is of het met 4Ohm speakers net zoveel energie kost om dezelfde hoeveelheid geluid te produceren als met 8Ohm speakers?

Anders verwoord: Stel de E20's hebben 75watt nodig om 50watt aan geluid te produceren. Zouden 4Ohm speakers met 75watt dan 100watt aan geluid kunnen produceren of zou dit dan 150watt kosten?

Ik heb al een hoop gespeurd en ben tot de voorlopige conclusie gekomen dat 50watt @ 8Ohm net zoveel energie kost als 50watt @ 4Ohm, en dus 100watt @ 4Ohm 2x zoveel energie kost. Aangezien bij een hoge impedance speaker er een laag amperage en hoog voltage wordt gebruikt en bij een lage impedance speaker dit andersom is en voltage x amperage = verbruik in watt.

Klopt mijn beredenering? Zoniet, een uitleg is welkom!


De relevante specs van de versterker zijn als volgt, continuous power output:
100 W × 4 (at 14.4 V, 4Ohm, 20 Hz to 20 kHz,≦1 % THD)
150 W × 4 (at 14.4 V, 2Ohm,1 kHz,≦1 % THD)
125 W × 4 (at 14.4 V, 1Ohm,1 kHz,≦1 % THD)
300 W × 2 (at 14.4 V, 4Ohm BRIDGE, 1 kHz,≦1 % THD)
250 W × 2 (at 14.4 V, 2Ohm BRIDGE, 1 kHz,≦1 % THD)

[Jackxl]

100W is en blijft inderdaad 100W.

Maar het verbruik zal afhangen van hoe ver jij de volume knop opendraait. Die 100W is het maximale vermogen. Bij een 80 Ohmse speaker zou je misschien de knop wat verder open moeten draaien om aan een vergelijkbare verbruik/volume te komen.

[Jorgen]

In huiskamersituaties speel je altijd maar op een paar Watt. Waar wil jij gaan afspelen? Moet het heeeeeeel hard kunnen?

Daarnaast, een passieve speaker gebruikt niks. Het is het Wattage wat er doorheen kan, zonder dat hij stuk gaat.

[teacher]

Als je "hetzelfde" geluid wil krijgen, moet je ook de gevoeligheid van de drivers meepakken.

[Jackxl]

Jorgen schreef op donderdag 31 oktober 2019 @ 22:35:
Daarnaast, een passieve speaker gebruikt niks. Het is het Wattage wat er doorheen kan, zonder dat hij stuk gaat.

Een luidspreker is technisch gezien ook nooit passief. Hij zal ten alle tijden een bepaalde vorm van energie omzetten in beweging. Vaak dus elektrische energie naar beweging. Hij is dus net zo passief als een motor.

De versterker heeft op zijn beurt ook weer zijn verliezen en verbruik. Het gross van de energie zal (zoals in de meeste gevallen) omgezet worden naar warmte.

In hoeverre de luidspreker verantwoordelijk is voor het opgenomen vermogen, en hetzelfde voor de versterker zou ik echter geen idee van hebben. iig altijd minder dan de max power van de versterker. En indien de boel heel moet blijven niet boven het vermogen van de speakers.

Maar een 200 watt versterker met 4 speakers van 50 watt elk gebruikt maximaal 200W (in theorie). En geen 400.

Edit: misschien bestaan er passieve luidsprekers die geen geluid maken. Die zullen inderdaad ook hopelijk niets verbruiken.

[ Voor 5% gewijzigd door Jackxl op 01-11-2019 01:06 ]

[JvS]

Om een idee te geven van het vermogen dat daadwerkelijk naar de luidsprekers gaat:



Als je zuinigheid wilt, zou ik met name de sub achterwege laten.

[Jag]

Ook een sub kan efficiënt, maar dan moet je hogere orde afstemming gebruiken; een 6e orde banpass, een tapped horn of een hybride variant. Die kunnen een akoestische efficiëntie bereiken van orde grootte 10% waar een bass reflex sub vaak eerder op 1% of lager zit (ligt ook wel heel erg aan gebruikte driver). Zijn lastiger te ontwerpen wel though. Je kan een prefab ontwerp gebruiken zoals de cubo.

[timberleek]

Zoals al aangegeven zal het verbruik van de speakers niet echt een probleem zijn.

Sowieso is het een hele ingewikkelde om (zonder kennis van het systeem) eenduidig te beantwoorden.

In een 4 ohm speaker hoeft de versterker minder spanning te pompen om een bepaald vermogen te krijgen. Maar als het een lineaire versterker zou zijn, gaat het verschil tussen de voeding en de speaker gewoon op in warmte voor de versterker zelf. Voor zo'n versterker kan een hoogimpedante speaker juist handiger zijn. Maar dan wordt spelen op hoog vermogen waarschijnlijk moeilijk(er).

Voor een schakelende versterker (mag hopen dat dat er tegenwoordig wel in zit) is dit minder een probleem. Maar net afhankelijk van waar de optimale efficientie van het systeem zit kan een bepaald speaker impedantie optimaal zijn.

En dan nog het verschil in speakers. In jouw situatie zal het speaker rendement belangrijker zijn dan de impedantie. Als de ene speaker 90db/w/m efficientie heeft en de andere 93, moet je in de eerste speaker 2 keer zoveel vermogen pompen voor hetzelfde geluidsniveau (afgezien van verdere verschillen tussen de speakers).


Ik vermoed dat het hier gaat om een kist/kratradio achtige opstelling (toch?). Dan is het belangrijkste om de grote lijn goed te krijgen. voorkom componenten met een groot continu gebruik of inherent onefficient dynamisch verbruik (klasse A versterker bijvoorbeeld). Zoek voor zo'n opstelling naar een klasse D versterker. Verder is het grotendeels gerommel in de marge. Daadwerkelijk stroomverbruik voor normale geluidsniveau's is heel laag. Dus ook als je naar speaker gaat kijken, hou de kerk in het midden. Een kapitaal uitgeven aan het summum van efficientie, levert je uiteindelijk alsnog relatief weinig op. Maar het kan geen kwaad om de efficientie mee te nemen in een overweging.

Anders verwoord: Stel de E20's hebben 75watt nodig om 50watt aan geluid te produceren. Zouden 4Ohm speakers met 75watt dan 100watt aan geluid kunnen produceren of zou dit dan 150watt kosten?

75W --> 100W kan sowieso niet.
Bij gelijke speakers (zijn ze dat ooit?) kost het net zo veel vermogen voor hetzelfde "geluid"

[Speedway4]

Bedankt voor alle reacties!

Meer info over de JBL E20:

Nominal Output Power
60 Watt
Max (RMS) Output Power
125 Watt
Frequency Response
68 - 20000 Hz
Nominal Impedance
8 Ohm
Sensitivity
86 dB

@Jackxl
Bedankt voor je antwoord, toch is het me nog niet helemaal duidelijk.

Theoretisch, stel de speakers zijn identiek, op de impedantie na (4Ohm en op 8Ohm). Het volume is gelijk (of eigenlijk het aantal DB dat ze produceren in de theoretische situatie) en de versterker is ook hetzelfde. Kost het me dan meer energie om Xdb aan geluid uit de 8Ohms te krijgen dan uit de 4Ohm? Dus wat is het wattage dat de versterker dan uit de krachtbron trekt? Gelijk?

@JvS Daar had ik geen rekening mee gehouden, mijn vraag gaat over het aantal watt dat de versterker uit de krachtbron trekt (accu+zonnepanelen). Zie hierboven.

@timberleek
Nee dat leek mij ook niet te kunnen, mijn vraag was blijkbaar niet helemaal juist gesteld. Zie bovenstaande, hopelijk is dit duidelijker


Edit:
Ik geloof dat ik het begrijp en denk dat dit mijn vraag nog duidelijk kan maken. Net nog een artikel gelezen en dit stuk legt het als ik het goed heb uit:

The first thing to understand is that the voltage output from the amplifier does not change. (In reality, it might drop just a hair, but for this discussion let's assume a perfect amplifier.) So it's still 10 volts AC. And since each speaker is connected directly to the amp's output terminals, each speaker will receive 10 volts from the amplifier. As we saw earlier, if 10 volts is applied to an 8 ohm speaker, it will draw a current of 1.25 amperes from the amplifier. And if each speaker needs 1.25 amperes, then the amplifier must supply a total of 2.5 amperes to the two speakers. If you add a third speaker, it will also draw another 1.25 amperes, (total 3.75 amperes) as will a fourth (which would total 5 amperes). If you keep adding speakers, at some point the speakers will demand more current than the amplifier can deliver, and it gives up its smoke and dies. Too many loads is an overload. (See importance #1, above.)

In dit voorbeeld verbruikt de 4Ohm speaker 2x zoveel als de 8Ohm speaker. Om hetzelfde aantal dB te produceren met de 8Ohm als de 4Ohm speaker moet ik het volume daar 2x zover opendraaien. Dus bij gelijke hoeveelheid dB verbruikt een versterker net zoveel stroom als alles op de impedantie na gelijk is.

Toch?!

[ Voor 45% gewijzigd door Speedway4 op 01-11-2019 20:54 ]

[Fairy]

JvS schreef op vrijdag 1 november 2019 @ 02:20:
Om een idee te geven van het vermogen dat daadwerkelijk naar de luidsprekers gaat:

[Afbeelding]

Als je zuinigheid wilt, zou ik met name de sub achterwege laten.

Ik gok dat deze tabel over 1KHz gaat gezien de 90dB bij 1 watt. Ik vraag me af wat een gemiddelde is bij 'gemiddelde' muziek, voor 40hz bij 90dB heb je naar mijn weten veel meer vermogen nodig dan 90dB bij 1KHz.

[Jackxl]

Speedway4 schreef op vrijdag 1 november 2019 @ 20:19:
Bedankt voor alle reacties!

Meer info over de JBL E20:

[...]


@Jackxl
Bedankt voor je antwoord, toch is het me nog niet helemaal duidelijk.

Theoretisch, stel de speakers zijn identiek, op de impedantie na (4Ohm en op 8Ohm). Het volume is gelijk (of eigenlijk het aantal DB dat ze produceren in de theoretische situatie) en de versterker is ook hetzelfde. Kost het me dan meer energie om Xdb aan geluid uit de 8Ohms te krijgen dan uit de 4Ohm? Dus wat is het wattage dat de versterker dan uit de krachtbron trekt? Gelijk?

Identieke speakers van 40 en 80 Ohm zijn dus alles behalve identiek. Wanneer de eigenschappen verder vergelijkbaar zijn en je zult ze beide met hetzelfde signaal (zelfde amplitude) aansturen zou de 80 Ohmse speaker minder geluid produceren. Want P = U * I en I is U / R (alweer ruim 10 jaar geleden, ik hoop dat ik het goed heb).

Maar de strekking is dat een belasting met een hogere weerstand (of impedantie) bij een zelfde spanning een lagere stroom toe laat.


Energieverbruik maakt geen verschil.
10V x 10A = 100 Watt
20v x 5A idem.

Afhankelijk van hoe je versterker er mee om gaat zul je in het geval van een 80 Ohm speaker de volume knop wellicht verder open moeten draaien om hetzelfde geluid te krijgen als met een 40 Ohm speaker.

Heb verbruik zal er echter nog steeds niet om veranderen*

De versterker moet bij een 80 ohms speaker dus een hogere spanning (Volt) leveren. Maar bij een 40 ohms speaker juist weer een hogere stroom (Ampère). In welk van de twee gevallen de versterker het meest efficiënt functioneert zou ik niet weten. Maar ik verwacht dat als er een verschil is, deze verwaarloosbaar is.

[ Voor 19% gewijzigd door Jackxl op 01-11-2019 21:03 ]

[Speedway4]

Bedankt. Dan heb ik absoluut geen reden om voor 4Ohm speakers te gaan

[Jackxl]

Om een lang verhaal kort te maken: niet nee

[Speedway4]

Haha! Absoluut, maar ook fijn om te snappen hoe het allemaal werkt

[JvS]

Fairy schreef op vrijdag 1 november 2019 @ 20:33:
[...]


Ik gok dat deze tabel over 1KHz gaat gezien de 90dB bij 1 watt. Ik vraag me af wat een gemiddelde is bij 'gemiddelde' muziek, voor 40hz bij 90dB heb je naar mijn weten veel meer vermogen nodig dan 90dB bij 1KHz.

Bij een speaker die lineair weergeeft niet. Als de speaker bijvoorbeeld -10db weergeeft bij 40hz en je corrigeert daarvoor dan heb je tien keer meer vermogen nodig.

Elk octaaf bevat bij een lineaire speaker en hetzelfde geluidsniveau evenveel energie.

[Jackxl]

JvS schreef op zaterdag 2 november 2019 @ 02:07:
[...]

Elk octaaf bevat bij een lineaire speaker en hetzelfde geluidsniveau evenveel energie.

Dit klinkt voor mij een beetje vreemd. Ik ben geneigd te denken dat een lagere frequentie meer energie vergt omdat er daadwerkelijk meer lucht wordt verplaatst.

Is het dan zo dat bij een hogere frequentie er meer energie verloren gaat in het feit dat de conus een hogere snelheid zal hebben en dus meer energie 'verbruikt' ?

Hoe zit dit eigenlijk bij radiosignalen vraag ik mij nu af. Op google heb ik dit zo snel niet kunnen vinden.

[JvS]

Er wordt met laag minder slagen per seconde gemaakt en per slag is er meer beweging / energie. Netto maakt dat niet uit, per octaaf is er bij gelijk volume hetzelfde energie.

Wel heb je in het hele diepe laag vaak minder efficiënte speakers en heb je bij films bijvoorbeeld veel hardere pieken. Ook verspreid laag zich 360 graden rondom bij een normale speaker waardoor je in grote zalen of buiten of meer vermogen / laagweergevers nodig hebt (ouderwets wel).

Maar bij gelijke gevoeligheid (en dat zijn de meeste speakers vanaf zon 60hz wel) gebruik binnen, is het over het bereik gewoon hetzelfde. Ondanks alle onderbuikgevoelens :-)

[Verwijderd]

Wat @timberleek al schreef: Pioneer versterker de deur uit en klasse D versterker nemen. Heb er één in gebruik (China board, 2 tientjes) klinkt uitstekend (hoor geen verschil met Marantz receiver van 500€) maar is zo ontzettend veel zuiniger dat heel de discussie over impendaties en vermogens overbodig is

[timberleek]

Speedway4 schreef op vrijdag 1 november 2019 @ 20:19:
Theoretisch, stel de speakers zijn identiek, op de impedantie na (4Ohm en op 8Ohm). Het volume is gelijk (of eigenlijk het aantal DB dat ze produceren in de theoretische situatie) en de versterker is ook hetzelfde. Kost het me dan meer energie om Xdb aan geluid uit de 8Ohms te krijgen dan uit de 4Ohm? Dus wat is het wattage dat de versterker dan uit de krachtbron trekt? Gelijk?

Uitgaande van speakers met gelijke specs, rendement etc (even theoretisch), is het vermogen dat de speaker in gaat gelijk. De uitgangsspanning van de versterker is bij de 4 ohm echter lager dan voor de 8 ohm.
Voor 1W vermogen zal de versterker 2V moeten uitsturen in de 4 ohm speaker en ca 2.8V in de 8 ohm speaker. (vermogen gaan kwadratisch, dus de spanning is niet 2 keer zo hoog).

Het vermogen dat de versterker hier voor nodig heeft is afhankelijk van de versterker.

Een "lineaire" versterker stookt alles op wat niet aan de uitgang nodig is. Als je dus 12v voeding hebt, en maar 2V nodig hebt op de uitgang verstookt hij de overige 10V intern.
Uitgaande van dat (theoretische) model:

in 4 ohm = 0.5A bij 2V = 1W
Voor de versterker betekent dat (12-2V) bij 0.5A = 5W
Totaal uit de voeding: 1+5W = 6W

in 8 ohm = 0.354A bij 2.83V = 1W
Voor de versterker: (12-2.83) bij 0.354A = 3.25W
Totaal uit de voeding: 4.25W

Maar een ander verschil is, dat de 2e optie minder hard zal kunnen
maximaal 12V in 4 ohm = maximaal 36W
maximaal 12V in 8 ohm = maximaal 18W

Dit is echter maar 1 voorbeeld met hele theoretische omstandigheden.
Een klasse AB versterker geeft al een totaal andere rekensom dan een klasse a (grofweg het model van hierboven). Een klasse D versterker is helemaal een andere wereld.

Ik geloof dat ik het begrijp en denk dat dit mijn vraag nog duidelijk kan maken. Net nog een artikel gelezen en dit stuk legt het als ik het goed heb uit:

Dat is een beetje een vreemd verhaal. De uitgangsspanning varieert juist, allereerst omdat je wisselspanning aan het uitsturen bent, maar dat zal ik even buiten beschouwing laten. De uitgangsspanning bepaald hoeveel vermogen er de speaker in kan, en dus hoe hard de boel gaat.
Maar uitgaande van ideale componten zal je bij dezelfde volumeinstelling en input altijd dezelfde uitgangsspanning krijgen. Dan gaat de 4 ohm inderdaad harder, maar dat betekend niet dat het totaal efficienter is (zie berekening boven).

In dit voorbeeld verbruikt de 4Ohm speaker 2x zoveel als de 8Ohm speaker. Om hetzelfde aantal dB te produceren met de 8Ohm als de 4Ohm speaker moet ik het volume daar 2x zover opendraaien.
Toch?!

Waarschijnlijk hoeft hij niet 2x zo ver open. Zoals in mijn rekenvoorbeeld al staat hoeft de spanning maar van 2 naar 2.83V als je van 4 naar 8 ohm gaat. Maar dat is weer afhankelijk van hoe (non-) lineair de volumeregeling op de versterker is.

[quote]
Dus bij gelijke hoeveelheid dB verbruikt een versterker net zoveel stroom als alles op de impedantie na gelijk is.
[quote]

Nee:
Bij gelijke hoeveelheid dB verbruikt een >Speaker< net zoveel >Vermogen/energie< als alles op de impedantie na gelijk is.
De stroom verandert met de impedantie, de spanning ook, vermogen blijft gelijk.
Over de versterker is niks te zeggen zonder te weten wat er precies in het doosje zit.


Maar om terug te komen op de originele vraag.
In veel gevallen zal 8 ohm wat efficiënter zijn dan 4 ohm, maar deze verschillen zijn verwaarloosbaar.

Deze versterker die je hebt vervangen voor een klasse D variant zal een stuk meer helpen.
Een veelgebruikte klasse D versterker is bijvoorbeeld de TA2024 (link)

En voor je kapitalen gaat uitgeven of oneindig moeite gaat stoppen in efficientie verhoging. Voor normale geluidniveaus gebruik je echt weinig stroom (voor de speakers iig). Een simpele kratradio met een 7Ah brandalarm accu draait al een hoop uren zonder over al deze aspecten na te denken

[Speedway4]

Deze versterker die je hebt vervangen voor een klasse D variant zal een stuk meer helpen.

En voor je kapitalen gaat uitgeven of oneindig moeite gaat stoppen in efficientie verhoging. Voor normale geluidniveaus gebruik je echt weinig stroom (voor de speakers iig). Een simpele kratradio met een 7Ah brandalarm accu draait al een hoop uren zonder over al deze aspecten na te denken

Oke, ik begreep het alsnog niet helemaal blijkbaar, maar jouw uitleg heeft een hoop helderheid verschaft. De versterker die ik heb is klasse D.

Denk je dat er efficiëntie verschillen zitten tussen een klasse D die 7 jaar geleden op de markt is gebracht en een die halverwege vorig jaar op de markt is gebracht?
Wilde dat van de week gaan testen.

[Verwijderd]

Heb de versterker even opgezocht. Klasse D en 800 watt over vier kanalen. Ik heb een vermoeden dat zo'n eenvoudige 2-kanaals klasse D versterker met een TA2024 zuiniger gaat zijn. En die 15 watt is écht meer dan zat.

[timberleek]

Speedway4 schreef op zaterdag 2 november 2019 @ 12:35:
[...]
Denk je dat er efficiëntie verschillen zitten tussen een klasse D die 7 jaar geleden op de markt is gebracht en een die halverwege vorig jaar op de markt is gebracht?
Wilde dat van de week gaan testen.

Zit vast verschil tussen, maar dan ga je wel weer rommelen in de marge imo.
Tenzij je echt zwaar wegende redenen hebt om de laatste milliWatt te besparen zou ik het eerst zo eens proberen.

En als het echt gaat om de laatste milliwatt, dan heb je nog een hoop werk te doen.

[vinux]

Ik ben ook op zoek naar elektrisch verbruik van versterker + enkele boxen.

Ook hier wegens aansluiting op batterijsysteem. ( ik heb er van 1400 Wh , uitbreidbaar met modules van 1600Wh)

De geluidsinstallatie dient voor toespraak en zachte muziek voor 150 tal personen in buitenlucht.

Ik heb geen kennis van boxen en versterkers.
Deze worden ook door andere partij geleverd dus heb geen technische specs.

Is er iemand die dit elektrisch verbruik al eens heeft gemeten?
Hoeveel Watt moet je voorzien voor courante dj apparatuur voor kleine opstelling

Later wil ik deze ook gaan toepassen voor geluidsinstallatie carnavalswagen.
Iemand daar info over?

[teacher]

@vinux open even eigen topic.... nu kick en kaap je een ander topic.
En voordat er iets zinnigs over gezegd kan worden moet je de specs weten van de apparatuur.

[ Voor 12% gewijzigd door teacher op 09-08-2021 18:11 ]