HiFi
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Gesammelte Informationen zum Thema HiFi im Mini
Grundlegendes
Obwohl bei Car-HiFi dieselben physikalischen Gesetze gelten wie bei Home-HiFi, gibt es doch einige zusätzliche Punkte zu beachten:
Lautsprechereinbaupositionen und Hör-/Sitzpositionen sind bei Car-HiFi kaum beeinflussbar. Daher können Effekte von Raumresonanzen nicht durch die Wahl von alternativen Positionen gemildert werden, sondern sie müssen konstruktiv kompensiert werden (z.B. Equalizer oder spezielle Weichenanpassung)
Die Randbedingungen im Fahrzeug sind denkbar schlecht. Neben einem hohen Hintergrundgeräusch (allerdings nur im Fahrbetrieb) sind die Begrenzungs- bzw. Montageflächen nicht sehr stabil und können leicht zu unerwünschten Schwingungen angeregt werden.
Um das Hintergrundgeräusch im Fahrbetrieb zu übertönen muss der Wiedergabepegel im Bassbereich angehoben werden (idealer Frequenzgang laut autohifi s.u.), so dass häufig Subwoofer zum Einsatz kommen. Durch die beengten Platzverhältnisse (z.B. Reserveradmulde) sind Extrem-Lautsprecher nötig (sehr harte Aufhängung, extrem schwere Membran -> niedrige Resonanzfrequenz in kleinem Gehäuse aber nur geringer Wirkungsgrad trotz sehr kräftigem Antrieb).
Aus den beiden letzten Punkten ergibt sich, dass häufig nicht nur Luftschallanregung vorliegt (Schallabstrahlung durch Membran) sondern starke Körperschallanregung überlagert wird (Anregung von Blechflächen (-> Resonanzen!) durch Reaktionskräfte). Diese Überlagerung kann zur Addition oder Auslöschung führen und macht die Angelegenheit nicht eben leichter :-( .
Da sich insbesondere die Lautsprecher für den Mittel- und Hochtonbereich sehr nah am Ohr befinden (weniger als 1m) führen bereits sehr geringe Abstände zwischen den Lautsprechern zu stark ausgeprägten und räumlich stark variierenden Überlagerungen. Der Abstand und Schalleinfallswinkel zum linkem bzw. rechtem Lautsprecher ist stark unterschiedlich, so dass beide Kanäle oft sehr unterschiedlich empfunden werden. Eine exakte räumliche Lokalisation ist daher im Fahrzeug nur schwer zu erreichen.
Um dieses zumindest verbal zu kompensieren wurde der Begriff des Frontstaging erfunden. Darunter versteht der Car-HighEnder in der Regel 2 Hochtöner die im Spiegeldreieck oder auf dem Armaturenbrett positioniert sind und dafür sorgen sollen, dass zumindest Töne oberhalb von 5 kHz von vorne wahrgenommen werden (und nicht aus der Kniekehle). Das ist allerdings eher eine Verschlimmbesserung, da nun das Klangbild (z.B. zwischen Stimme und Schlagzeug) vollends auseinander fällt. Um wirklich eine Ortung von vorne (wie im Wohnzimmer) zu erzielen müsste der gesamte für die Ortung relevante Frequenzbereich ab 500 Hz (insbesondere Stimmen etc.) von dort abgestrahlt werden.
Am Ende jedoch ist HiFi im Auto immer noch eine höchst persönliche und subjektive Sache. Dieser Artikel soll daher allenfalls eine Richtlinie sein, an der sich jeder mehr oder weniger orientieren kann.
Physikalisches
Im Auto gelten im Gegensatz zum Heim-HiFi leicht andere physikalische Gesetze, die es aber zu berücksichtigen gilt. Lautsprecher -und das gilt insbesondere für Bassreflex Subwoofer- arbeiten nicht auf ein idealerweise unendliches Volumen (Wohnzimmer) sondern auf das Fahrzeugvolumen, was in diesem Fall eine Druckkammer darstellt. Die Abweichung vom "Normalfall" ist auf keinen Fall zu vernachlässigen, soll das Ergebniss dem Sollzustand nahe kommen.
Besonders wichtig scheint es mir mit der missbräuchlichen Verwendung von "Leistung" im Auto aufzuräumen. Fas jedes ebay Angebot bei Autoendstufen prahlt mit einer mindestens 4-stelligen Leistungsangabe. Kaum einer fragt sich unter welchen Bedingungen das denn zu stande kommen soll... Typischerweise haben Lautsprecher im Auto einen Widerstand (Impedanz) von 4 Ohm. Daher bemessen sich die Sinus-Leistungen normalerweise bezogen auf eine Last von 4 Ohm. Sollte ein Lautsprecher 8 Ohm Impedanz haben, dann halbiert sich diese Leistung, weil bei gleicher Spannung sich der Strom durch den Lautsprecher halbiert.
Aus <math>P = U * I</math>
und <math>I = U / R</math>
folgt <math>P = U^2 / R</math>
Zum anderen gilt wie überall auch im Auto der Energieerhaltungssatz. Daraus folgt, das eine Endstufe mit einer Nennleistung von 2x 100W sinus an 4 Ohm eben auch eine Leistungsaufnahme von 2x 100W haben muss. Bedingt durch elektrische Verluste bei der Spannungswandlung und im Verstärkerzweig ist der Wirkungsgrad einer Endstufe jedoch immer kleiner als 100% was dazu führt, das die aufgenommene Leistung etwas grösser ist, als die Leistung, die an die Lautsprecher abgegeben wird. Die Verlustleistung mact sich als Wärme bemerkbar, die unter Umständen sogar mittels kleiner Lüfter abgeführt werden muss.
Was heisst das jetzt genau?
Nehmen wir das Beispiel mit der oben genannten Endstufe:
Die Nennleistung ist mit 2x 100W Sinus angegeben, also folgt daraus für die abgegebene Leistung <math>Pab</math> : <math>Pab=200W</math> Bei einem Wirkungsgrad von 80% muss die aufgenommene Leistung demzufolge <math>Pauf=250W</math> betragen. Bei einer Spannung im Auto von 14,4V beträgt der bei Nennleistung aufgenommene Strom <math>I=Pauf/14,4V=17,4A</math> Die Endstufe muss daher also mindestens mit Sicherungen im Gesamtwert von 20A abgesichert sein, damit die Nennleistung überhaupt abgegeben werden kann.
Kondensatoren oder PowerCaps
Offensichtlich gehört es heutzutage zum Standard wirklich bei jeder Auto-Steroanlage einen Kondensator mit zu verbauen. Dabei macht dieser nur in wirklich sehr extremen Set-Ups überhaupt Sinn. Was macht so ein Kondensator überhaupt? Kondensatoren können blitzschnell elektrische Energie speichern und diese ebenso schnell wieder abgeben, vergleichbar mit einem Schwamm. Wenn eine leistungsstarke Verstärkeranlage im Auto stossartig hohe Leistungsspitzen abgibt, dann ist die Stromaufnahme auch relativ stossartig. Liegen zwischen der Anlage und der Batterie längere Kabelwege, dann stört der ohmsche Widerstand des Kabels bei der Leistungsaufnahme der Endstufe. Um bei unserem Beispiel zu bleiben: nehmen wir an, das der Gesamtwiderstand des Kabels, der Sicherung und aller Schraubverbindungen 250mOhm (0,25 Ohm) beträgt, dann fallen nach dem Ohmschen Gesetz <math>U = I * R</math> bei Nennleistung <math>Uv = 17,4 A * 0,25 Ohm = 4,43 V</math> ab. Anders gesagt: bei Vollast sinkt die Versorgungsspannung von 14,4 auf nur noch ca. 10V! Damit kann die Endstufe nicht mehr die volle Leistung bereit stellen und "bricht ein". Statt eines satten "Wumm" produziert der Bass nur noch ein schepperndes "Plöpp" (übertrieben dargestellt). Dadurch sollte auch klar werden, das Kondensatoren direkt an die Anschlüsse der Endstufen angeschlossen werden müssen, damit sie funktionieren können.
Diese Spannungseinbrüche können von einem Kondensator geglättet werden, in dem die Spannungsversorgung bei impulsartiger Leistungsaufnahme vom Kondensator übernommen wird (und dieser sich anschliessend wieder aufläd). Wichtig ist dabei die Kapazität des Kondensators <math>C</math> (in der Einheit Farad) denn sie ist massgeblich dafür verantwortlich wie viel Ladung im Kondensator gespeichert werden kann. Für die Ladung <math>Q</math> (in der Einheit Coulomb) des Kondensators gilt <math>Q = C * U</math>. Die Zeitkonstante <math>tau</math> (in der Einheit Sekunden), mit der sich der Kondensator entläd folgt der Gleichung <math>tau = R * C</math>, wobei R prinzipiell der elektrische Widerstand der Endstufe ist. Bei Vollast liegt der im Bereich von <math>R = 14,4V / 17,4A = 0,8 Ohm</math>. Daraus folgt theoretisch, das ein Kondensator mit einer Kapazität von immerhin 1 Farad nach <math>tau = 0,8 Ohm * 1 Farad = 0,8 Sekunden</math> 63% seiner Ladung abgegeben hätte. Dies ist aber in sofern nur von theoretischer Natur, da ja die Endstufe und der Kondensator kontinuierlich vom Kabel weiter mit Strom versorgt werden.
In der Praxis ist das alles knapper und so ein Kondensator kann vielleicht Spannungseinbrüche von 0,1 bis 0,2 Sekunden überbrücken. Wie gesagt: für wirklich leistungsstarke Anlagen sind Kondensatoren ein muss! Aber dann reden wir von Lautstärken, die weit jenseits der Schmerzschwelle sind.
Kabel
Hier eine Tabelle (auszugsweise DIN 57100 Teil 523/430) Dies sind alles die Maximalwerte (Dauerströme) der Kupfer-Leitung, die nicht überschritten werden dürfen. Die Nennströme der Sicherungen müssen jedoch geringer gewählt werden. (Angenommen wird Kabel Gruppe 2 für bewegliche Leitungen.)
Das AWG-Maß (American Wire Gauge) gibt die (ungefähre) Drahtstärke nach dem amerikanischen Format an.
| Drahtquerschnitt | d (mm) | AWG | R (mOhm) | max. Strom (A) | Sicherung (A) | Leistung @ 12V/14V | Leistung an 4 / 8 Ohm |
| 0,5qmm | 0,798 | 22 | 34,0 | 6 | (4) | 70W / 80W | 140W / 280W |
| 0,75qmm | 0,977 | 19 | 22,7 | 12 | 6 | 140W / 160W | 550W / 1100W |
| 1,0qmm | 1,128 | 18 | 17,0 | 15 | 10 | 170W / 210W | 900W / 1800W |
| 1,5qmm | 1,382 | 16 | 11,3 | 18 | 16 (10) | 210W / 250W | 1,2kW / 2,4kW |
| 2,5qmm | 1,784 | 14 | 6,80 | 26 | 20 | 310W / 360W | 2,7kW / 5,4kW |
| 4qmm | 2,257 | 12 | 4,25 | 34 | 25 | 400W / 470W | 4,6kW / 9,2kW |
| 6qmm | 2,764 | 10 | 2,83 | 44 | 35 | 520W / 610W | - |
| 8qmm | 3,192 | 8 | 2,13 | (50) | (40) | 600W / 700W | - |
| 10qmm | 3,568 | 7 | 1,70 | 61 | 50 | 730W / 850W | - |
| 16qmm | 4,514 | 5 | 1,06 | 82 | 63 | 980W / 1100W | - |
| 21qmm | 5,096 | 4 | 0,83 | (90) | (70) | 1080W / 1260W | - |
| 25qmm | 5,642 | 3 | 0,68 | 108 | 80 | 1,3kW / 1,5kW | - |
| 35qmm | 6,676 | 2 | 0,49 | 135 | 100 | 1,6kW / 1,8kW | - |
Beispiele
