GRC:

Vermogen in Luidsprekers

Bij versterkers wordt vaak een output-vermogen vermeld, een waarde (in Watts uiteraard) die de versterker maximaal aan de luidspreker kan afgeven.

Bij normaal luisterplezier in een huiskamer wordt maar een klein deel van dit maximum benut, wat je al kunt zien aan de vermogensmeter op de Akai AM2600. Deze versterker kan 80W (per kanaal) afgeven, maar de meters kunnen zo ingesteld worden dat hun bereik maar tot 3W loopt. Fabrikanten vermelden met trots waarden van tientallen Watts. De hifi-verkoper zal je graag vertellen dat 2x30W niet genoeg, en een versterker van 2x80W toch echt nodig is.

Hoeveel van die Watts je echt nodig hebt, of gebruikt, zal natuurlijk per persoon, per luidsprekerset, en per luisteraar verschillen, maar het is verrassend veel minder dan je zou denken.

1. Metingen

De theorie van vermogen is simpel genoeg, want we kunnen de luidspreker als een weerstand (van 4 of 8 Ohm) zien, en het vermogen afleiden uit spanning. Het opmeten van de spanning op de luidsprekerklemmen is helaas heel lastig, omdat een geluidssignaal geen vlakke sinus is, maar een steeds wisselend signaal van groteske golfvormen.

1.1 Mijn eigen metingen: Punaiseversterker

In januari 2023 heb ik zelf een paar waarden opgemeten. Om niet aan grillige golfvormen te hoeven meten, heb ik simpelweg het vermogen opgemeten

dat de versterker opneemt uit het lichtnet. Om precieze waarden te krijgen, is dit natuurlijk een heel bedenkelijke methode. Want van de energie die uit het lichtnet wordt opgenomen, wordt een deel gedissipeerd in de voeding en in de versterker, en de luidsprekers ontvangen dus zeker minder dan de lichtnet-opname. Eigenlijk kun je zo'n meting alleen zinvol doen met een uiterst zuinige klasse D versterker en een geschakelde voeding. Daarom is de Punaiseversterker gebruikt die speelt op een USB stekkervoeding.

Het ging me niet om het opmeten van de maximaal haalbare output, daarvoor zou je het best een dummyload gebruiken, maar om het daadwerkelijk gebruikte vermogen. Daarom zijn ook luidsprekers nodig om de geluidssterkte te beoordelen. Voor de test werd de punaiseversterker aangesloten op een setje Aristona SA5423 boxen (1972) en gevoed via een Profile centiWatt meter.

Wat is hard? Voor de test heb ik muziek gedraaid van de band Trinity en orgelmuziek van Bach. Trinity werd zo hard gedraaid dat de zang verstaanbaar was op de verdieping eronder en erboven, door de betonnen vloeren van mijn huis heen. Uiteraard kun je zulke proefjes alleen doen als de buren niet thuis zijn! Het geluid in de kamer met boxen was niet te harden. Ik kan me situaties voorstellen dat je het geluid nog harder wilt hebben, maar ik weet wel zeker dat ik bij normaal gebruik nooit meer nodig heb.

Dan de meetwaarden. Als alleen de voeding onbelast op het net wordt aangesloten, gebruikt hij 0,03W. Als ik de versterker aan zet, met luidsprekers maar zonder signaal, is het gebruik 0,22W. Bij het afspelen van muziek lees je steeds wisselende waarden van de vermogensmeter, door het dynamische karakter van de muziek. Het Bach orgel, hoorbaar van zolder tot keuken, bracht vermogens tussen 0,80W en 2,00W in beeld. De vrolijke wijsjes van Trinity brachten de meter tot 2,00W en in de pieken van de muziek tot 4W.

De conclusie is dat tijdens mijn proefjes met het keihard draaien van muziek, het vermogen dat aan een luidspreker is afgegeven, vrijwel nooit boven 1W is geweest en helemaal nooit boven 2W.

1.2 Pano's internet poll

Een leuk experiment werd in 2012 beschreven en uitgevoerd door Pano. Pano loste het probleem van de grillige golfvormen op, door de meting met een sinustoon te doen. Eerst zet je de versterker zo hard als de hardste stand die je ooit gebruikt, dan draai je een continue toon af met dezelfde stand van de volumeknop. Pano deed niet alleen deze meting zelf, maar vroeg ook forumdeelnemers deze meting te doen en kreeg zo bijna 800 metingen.

De verhalen in de thread geven wel aan, dat sommige deelnemers de zaak wel degelijk wat harder zetten dan ze ooit tijdens normaal gebruik zouden doen. En ook dat de meting werd afgebroken als de buren of huisgenoot thuis kwamen. We mogen dus aannemen dat ook hier de gevonden waarden aan de ruime kant zijn.
Bijna de helft van de deelnemers vond bij de testtoon een amplitude van 2 Volt of minder, wat betekent dat de toon werd afgespeeld met een vermogen van maximaal 1 Watt (bij 4 Ohm speakers) of 500mW (8 Ohm).

1.3 Metingen met een oscilloscoop

Als je een audiosignaal (spraak of muziek) op een scope-beeld bekijkt, zie je dat het heel grillige vormen heeft van zeer wisselende hoogten. Het is daarom erg moeilijk om van zo'n beeld het vermogen aan de speakers in te schatten.

Anton schrijft dat hij het vermogen bij luid spelen heeft opgemeten en dat het 4 à 5W was. Marcel schrijft dat hij een piekvermogen van 4W heeft gemeten tijdens knallen met reggae-muziek. Bij dit niveau van muziek bleek helaas de buurvrouw niet te kunnen slapen, en na een klacht is het volume flink verlaagd.

1.4 Hoeveel Watt gaat er in een luidspreker?

De drie beschreven meetmethoden zijn zeer verschillend. Maar ruwweg komen de uitkomsten wel overeen, en die komen hierop neer. Tijdens mijn proefjes met het keihard draaien van muziek, is het vermogen dat aan een luidspreker is afgegeven, vrijwel nooit boven 1W geweest en helemaal nooit boven 2W. Meestal luister je met beduidend minder dan 1W per kanaal. Ga je lekker knallen met je lievelingsmuziek dan kom je ook wel eens tot 2W per kanaal. Als je 3W, 4W of meer in een speaker stuurt, veroorzaak je geheid oorschade of een burenconflict.

2. Commentaren

Deze conclusie zal niet voor iedereen opgaan, omdat geluidsbeleving subjectief is en situaties erg verschillen. Op het NFOR werden dan ook diverse kanttekeningen bij de metingen geplaatst. Wat werd er zoal gezegd over mijn metingen?

Vooral voor lage tonen is veel vermogen nodig, en jouw speakers geven die onvoldoende weer.
De Aristona speakers werken vanaf ongeveer 45Hz. Voor zover er in de muziek nog lagere tonen zaten, zijn die door de versterker wel doorgegeven en, ook al zijn die tonen niet weergegeven, wel meegenomen in de meting.
Jij hebt geluk met zulke gevoelige speakers, maar mijn speakers zijn minder gevoelig dus ik heb meer nodig.
Heel kleine speakers, of juist met veel bewegende massa, kunnen wat meer vermogen gebruiken. In een tijd waarin we massaal onze 60W gloeilampen naar de stort brengen en vervangen door 6W LED lampen, kun je natuurlijk ook overwegen om zuinige speakers te zoeken.
Je hebt altijd extra vermogen nodig in de pieken.
De meetwijze van Pano houdt wel rekening met pieken, de gerapporteerde scope-metingen gaan over de pieken, en mijn eigen meting gaat ook over de luidst genietbare muziek, inclusief pieken.
Vervormde muziek lijkt harder te klinken, dus bij superhoge kwaliteit kun je harder en heb je meer vermogen nodig.
Het vermogen in mijn meting was ongeveer 10% van de belastbaarheid van de speakers.
Het rendement van speakers is enorm laag, het acoustisch vermogen is nog veel lager.
Neem je versterker altijd ruim, want dichtbij het maximumvermogen is de vervorming hoog.
In plaats van een hoog vermogen als uitgangspunt te nemen, kun je ook kijken naar de vervorming van de versterker bij laag vermogen.

Helaas zijn me geen metingen gerapporteerd van luisteraars die in hun huiskamers geluid afspelen op significant hogere vermogens dan 2W.

3. Mini-versterkers

Een versterker kan, wanneer hij veel wordt gebruikt,

een flinke kostenpost aan stroomverbruik geven. Een 2x50W versterker van JVC neemt wanneer hij aan staat 20 Watt. Bij gebruik van 10 uur per dag (vaak vergat ik hem uit te zetten na het draaien van muziek, en bleef hij de hele nacht aan) is dat jaarlijks ruim 70kWh.

Een kleine versterker met TDA7297 IC klinkt hetzelfde, wordt gevoed door een USB oplader en gebruikt (zonder aansturing) maar 300mW.
Later heb ik met pakketjes en onderdelen van AliExpress nog flink wat andere mini-versterkertjes gemaakt. Links zie je de Punaiseversterker, een setje op basis van een IC van 5x11mm, door Ali geleverd op een klein printje met volumeregelaar. Er zijn ook modules verkrijgbaar die de versterker combineren met Bluetooth, FM radio, MP3-speler en afstandsbediening. Deze kun je inbouwen in een leuk (of saai!) kistje en dit levert dan een kleine, handige en goed klinkende stereoset. Even naar de Kringloop voor een setje boxen erbij, en je hebt een leuk knutselwerkje voor (klein)kinderen!

Gerard Tel.