Watt en rendement

Veel van de gestelde vragen die ons bereiken gaan over vermogen (Watt) van luidsprekers en versterkers. Hoeveel Watt is nodig en zinnig. Eerder plaatsten wij al een “Hoe werkt?” artikel over vermogen van versterkers en luidsprekers. Het is aan te raden het vorige artikel eerst te lezen voordat u met dit artikel aanvangt.

Ook bij dit artikel weer de opmerking dat, waar ik in deze tekst spreek over een luidspreker met een bepaald aantal Watt’s, u dat moet lezen als een bepaalde maximale belastbaarheid uitgedrukt in Watt’s.

Om een afweging te maken tussen beschikbaar vermogen en vereist vermogen dienen wij ons eerst te realiseren dat het gevraagde vermogen afhankelijk is van de gevraagde hoeveelheid geluid en van het rendement van de gebruikte luidsprekers. En wat de getallen inhouden.

De hoeveelheid geluid drukken we uit in de eenheid Bell, maar omdat die te groot is delen we de eenheid door 10 en krijgen zo DeciBell afgekort tot dB. Het is goed om te weten dat wij 1 dB verschil kunnen waarnemen als “iets luider”, 3 dB waarnemen als “een stap luider” en 10 dB waarnemen als “twee maal zo luid”. In versterkervermogen uitgedrukt betekent 3 dB meer een verdubbeling van het vermogen en 10 dB meer een vertienvoudiging.
Het rendement van een luidspreker wordt uitgedrukt in dB per Watt. De eenheid is om exact te zijn 2,83 Volt aan 8 Ohm is gelijk aan 1 Watt. De geluidsdruk die dan gemeten wordt op een afstand van 1 meter van de luidspreker geeft het rendement van de luidspreker in dB’s aan. Heeft een luidspreker een impedantie van 4 Ohm dan is bij een gelijkblijvende spanning van 2,83 volt 2x zoveel stroom nodig. Spanning vermenigvuldigt met stroom is namelijk gelijk aan vermogen. Geeft een leverancier een rendement op van 90 dB aan 4 Ohm dan is dat gezien vanuit het oogpunt van de versterker vergelijkbaar met 93 dB aan 8 Ohm en zo u wilt 96 dB aan 15 Ohm.

Stel onze luidspreker heeft een rendement van 80 dB en wij willen een geluidsdruk van 100 dB realiseren. Dat betekent dat er een vermogen nodig is van 1 x 10 x 10 = 100 Watt. 80 dB was vroeger (ruwweg 1965 tot 1985) een realistische waarde voor het rendement van een speaker. Tegenwoordig liggen rendementen hoger en veelal rond en boven 90 dB. In dat geval hebben we dus maar 10 Watt nodig om net zo hard te spelen. Een hoornluidspreker met een rendement van 97 dB (een heel normale waarde voor een hoorn) levert al 100 dB geluiddruk bij 1 x 2 = 2 Watt. Home Cinema liefhebbers, liefhebbers van zware klassieke werken en rock fanaten willen harder kunnen dan 100 dB en gaan soms tot meer dan 110 dB. 110 dB is extreem hard en vergelijkbaar met een motorzaag of een straaljager op 90 meter hoogte. Wie puur realisme zoekt moet weten dat de piek van een symfonie orkest tussen de 120 en 130 dB ligt. Niet zo wonderlijk dat veel musici vroeg doof zijn. Met onze luidspreker van 90 dB hebben we voor 130 dB 1 x 10 x 10 x 10 x 10 = 10.000 Watt nodig. De beroemde Klipschorn hoornluidspreker met zijn rendement van 104 dB zou kunnen volstaan met 1 x 2 x 2 x 10 x 10 = 400 Watt. De ouderwetse transmission line van eind jaren ‘70 zou 100.000 Watt vragen.

Met een luidsprekerrendement van 90 dB/1 Watt/8 Ohm is vrijwel altijd een versterker van 50 tot 100 Watt voldoende voor de huiskamer. De keuze zou dus makkelijk zijn, koop een speaker met een belastbaarheid van 75 Watt en een versterker van 75 Watt en het gaat altijd goed. Helaas gaat in de praktijk die stelling lang niet altijd op. De voornaamste oorzaak daarvoor is dat een luidspreker een complexe belasting vormt voor een versterker.
Tot nu toe rekenden we alleen met spanning, maar we hebben ook te maken met stroom en fase verschuiving. Voor onze voorbeelden stappen we daar gemakshalve overheen, maar weet wel dat als uw leverancier het heeft over “een moeilijk aanstuurbare luidspreker” uw versterker in staat moet zijn veel stroom te leveren en zijn vermogen eigenlijk moet kunnen verdubbelen als de impedantie van de luidspreker zakt van 8 Ohm naar 4 Ohm en wederom verdubbelen bij 2 Ohm. Voorbeelden van versterkers die van oudsher daartoe in staat zijn komen veelal uit de USA. Als het vermogen verdubbelt, verdubbelt ook de hoeveelheid stroom die door de versterker loopt en dat maakt de versterker warm tot heet. Een zware voeding en voldoende koeling zijn een absolute noodzaak waardoor de prijs van de versterker stijgt.

Nog een laatste voorbeeld. Uw versterker levert 100 Watt aan 8 Ohm en 150 Watt aan 4 Ohm. Onder de 4 Ohm belasting stort de voeding in en komt u nauwelijks hoger dan de 150 Watt en soms dat zelfs niet eens (let op, de waardes zijn realistisch). Uw luidspreker is maar 4 Ohm en zakt af en toe naar 2 Ohm (een willekeurige elektrostaat doet dat). Dan daalt dus de maximale geluiddruk. Uitgaande van 90 dB aan 8 Ohm houden we nog maar 84 dB over aan 2 Ohm. Omdat het geleverde vermogen van de versterker toeneemt winnen we weer iets. Maar met onze 100 Watt versterker halen we maar ongeveer 106 dB en niet langer 110 dB aan maximale geluidsdruk. Om die 110 dB weer te bereiken is dus al snel 200 tot 250 Watt noodzaak.

Handvaten:

• Wie op normaal niveau muziek speelt in een doorsnede Nederlandse huiskamer met een gemiddelde moderne luidspreker heeft voldoende aan een versterker van 25 tot 100 Watt per kanaal.
• Wie een “moeilijk aan te sturen” luidspreker kiest vanwege de geluidskwaliteit heeft een zwaardere en duurdere versterker nodig. Het gros van de surround receivers op de markt kan niet omgaan met complexe speakers.
• Wie graag werkt met kleine buizenversterkers tot 10 Watt zal zijn toevlucht moeten nemen tot hoogrendement (=hoornluidsprekers) om hard genoeg te kunnen spelen.
• Luidsprekers vormen een complexe belasting voor versterkers en daarom moet de versterker matchen met de luidspreker
• Het vermogen van de versterker mag rustig veel hoger zijn dan wat de luidspreker volgens de specificaties aankan (200 Watt versterker op een 50 Watt luidspreker). Omgekeerd (20 Watt versterker op een 50 Watt luidspreker) kan tot problemen leiden.