Hilfreiche Ratschläge. Leistung: Wie viel Watt benötigt der Lautsprecher?

Es gibt viele verschiedene Arten von Schallgebern, am häufigsten sind jedoch elektromagnetische Sender oder auch Lautsprecher genannt.

Lautsprecher sind die Hauptstrukturelemente akustischer Systeme (AS). Leider ist ein Lautsprecher nicht in der Lage, den gesamten hörbaren Frequenzbereich wiederzugeben. Daher werden für die Vollbereichswiedergabe in akustischen Systemen mehrere Lautsprecher verwendet, von denen jeder für die Wiedergabe seines eigenen Frequenzbandes ausgelegt ist. Die Funktionsprinzipien von Tiefton- (LF) und Hochtonlautsprechern (HF) sind gleich, die Unterschiede liegen in der Umsetzung einzelner Bauelemente.

Das Funktionsprinzip des Lautsprechers basiert auf der Wechselwirkung eines magnetischen Wechselfeldes, das durch einen durch den Draht einer Magnetspule fließenden Strom erzeugt wird, mit dem Magnetfeld eines Permanentmagneten.

Trotz der vergleichsweise einfachen Konstruktion verfügen Lautsprecher, die für den Einsatz in hochwertigen Akustiksystemen vorgesehen sind, über eine Vielzahl wichtiger Parameter, von denen der endgültige Klang des Akustiksystems abhängt.

Der wichtigste Indikator zur Charakterisierung eines Lautsprechers ist das wiedergegebene Frequenzband. Sie kann als Wertepaar (untere Grenz- und obere Grenzfrequenz) oder in Form einer Amplituden-Frequenz-Antwort (AFC) angegeben werden. Die zweite Option ist informativer. Der Frequenzgang ist eine grafische Abhängigkeit des Schalldruckpegels, der von einem Lautsprecher in einem Abstand von 1 Meter entlang der Arbeitsachse erzeugt wird, von der Frequenz. Mithilfe des Frequenzgangs können Sie die durch den Lautsprecher in das Originalsignal eingebrachten Frequenzverzerrungen bewerten und bei Verwendung des Lautsprechers als Teil eines Mehrbandsystems auch den optimalen Wert der Crossover-Filterfrequenz ermitteln. Es ist der Frequenzgang, der die Klassifizierung eines Lautsprechers in Niederfrequenz, Mittelfrequenz oder Hochfrequenz ermöglicht.

Auswahl eines Subwoofers

Für NF-Lautsprecher sind neben dem Frequenzgang eine wesentliche Gruppe von Indikatoren die sogenannten Thiel-Small-Parameter. Darauf aufbauend werden die akustischen Designparameter für den Lautsprecher (Gehäuse des Lautsprechersystems) berechnet. Der minimale Parametersatz ist die Resonanzfrequenz – fs, der Gesamtqualitätsfaktor – Qts, das äquivalente Volumen – Vas.

Die Thiel-Small-Parameter beschreiben das Verhalten des Lautsprechers im Kolbenbewegungsbereich (unter 500 Hz) und betrachten ihn als schwingendes System. Zusammen mit dem akustischen Design (AO) ist der Lautsprecher ein Hochpassfilter (HPF), der die Verwendung mathematischer Werkzeuge aus der Filtertheorie in Berechnungen ermöglicht.

Eine Bewertung der Thiel-Small-Werte der Lautsprecherparameter und vor allem des Gesamtqualitätsfaktors Qts ermöglicht es uns, die Zweckmäßigkeit des Einsatzes des Lautsprechers in Akustiksystemen mit der einen oder anderen Art von Akustikdesign (AO) zu beurteilen. . Bei Lautsprechern mit phaseninvertiertem Akustikdesign werden hauptsächlich Lautsprecher mit einem Gesamtgütefaktor von bis zu 0,4 verwendet. Es ist erwähnenswert, dass phaseninvertierte Systeme im Vergleich zu Lautsprechern mit geschlossenem und offenem AO aus gestalterischer Sicht am anspruchsvollsten sind. Dieses Design ist empfindlich gegenüber Fehlern bei Berechnungen und bei der Herstellung des Gehäuses sowie bei der Verwendung unzuverlässiger Werte für die Parameter des Tieftöners.

Bei der Auswahl eines Tieftöners spielt der Xmax-Parameter eine wichtige Rolle. Xmax gibt die maximal zulässige Verschiebung des Konus an, bei der eine konstante Anzahl von Windungen des Schwingspulendrahts im Spalt des Magnetkreises des Lautsprechers aufrechterhalten wird (siehe Abbildung unten).

Für Satellitenlautsprechersysteme sind Lautsprecher mit Xmax = 2-4 mm geeignet. Für Subwoofer sollten Lautsprecher mit Xmax=5-9mm verwendet werden. Gleichzeitig bleibt die Linearität der Umwandlung elektrischer Schwingungen in akustische bei hohen Leistungen (und damit großen Schwingungsamplituden) erhalten, was sich in einer effizienteren niederfrequenten Strahlung äußert.

Wenn Sie sich entschieden haben, ein Lautsprechersystem mit Ihren eigenen Händen zu bauen, stehen Sie unweigerlich vor der Frage der Auswahl von Markenkomponenten, einschließlich der Frequenz der Lautsprecher. Ohne Erfahrung im Umgang mit Produkten verschiedener Hersteller ist es manchmal schwierig, die beste Wahl zu treffen. Sie müssen sich an vielen Faktoren orientieren und anhand vieler Parameter vergleichen, nicht nur anhand der Passmerkmale. ACTON-Lautsprecher ergänzen Ihr Lautsprechersystem erfolgreich, da sie neben der hohen Qualität eine Reihe von Vorteilen bieten:

• ein optimales Preis-Leistungs-Verhältnis in ihrem Segment haben;
• Die Lautsprecher sind speziell für professionelle Sprecher konzipiert, die für die Synchronisation gesellschaftlicher und kultureller Veranstaltungen eingesetzt werden.
• Für Lautsprecher wurde eine Dokumentation zur Herstellung von Gehäusen entwickelt.
• die Interaktion zwischen Verbraucher und Hersteller erfolgt direkt ohne Zwischenhändler, wodurch Probleme mit der Verfügbarkeit von Ersatzteilen und Komponenten vermieden werden;
• Informationsunterstützung zum Design von Lautsprechern;
• hohe Zuverlässigkeit der ACTON-Lautsprecher.

Sie können sich mit der Modellpalette der ACTON-Lautsprecher vertraut machen.

Auswahl eines Hochtöners

Bei der Auswahl eines Hochtöners bestimmt der Frequenzgang die untere Frequenz des von ihm wiedergegebenen Bereichs. Es ist notwendig, dass das Frequenzband des Hochtöners das Frequenzband des Tieftöners etwas überlappt.

Einige Hochtöner sind für den Einsatz in Verbindung mit einem Horn konzipiert. Im Gegensatz zu Direktstrahlungs-Hochtönern (oder Hochtönern, wie sie genannt werden) haben Horn-Hochtöner aufgrund der Eigenschaften des Horns eine niedrigere Grenzfrequenz des wiedergegebenen Audiobereichs. Die untere Grenzfrequenz eines solchen Hochfrequenzlautsprechers kann etwa 2000–3000 Hz betragen, was in vielen Fällen den Verzicht auf den Mitteltöner im Lautsprechersystem ermöglicht.

Aufgrund ihrer Konstruktion weisen Hochtöner tendenziell eine höhere Empfindlichkeit auf als Tieftöner. Daher wird in der Filterentwurfsphase eine Dämpfungsschaltung (Entstörschaltung) bereitgestellt, die zur Reduzierung überschüssiger Strahlung erforderlich ist, wodurch die Empfindlichkeitswerte der Hochfrequenz- und Niederfrequenzlautsprecher auf das gleiche Niveau gebracht werden.

Bei der Auswahl eines Hochtöners ist es wichtig, dessen Leistung zu berücksichtigen, die auf der Grundlage der Leistung des Tieftöners ausgewählt wird. In diesem Fall ist die Leistung des HF-Lautsprechers geringer als die Leistung des NF-Lautsprechers, was sich aus der Analyse der spektralen Dichte des Audiosignals ergibt, entsprechend rosa Rauschen (das zu hohen Frequenzen hin abnimmt). Für eine praktische Berechnung der Verlustleistung der Hochfrequenzdynamik bei Lautsprechern mit einer Trennfrequenz von 3-5 kHz können Sie den Rechner auf unserer Website nutzen.

Wir möchten Sie daran erinnern, dass HF-Lautsprecher nicht ohne einen Hochpassfilter (HPF) verwendet werden können, der die Durchdringung des tieffrequenten Teils des Spektrums begrenzt.

Lautsprecherschadensfaktoren

Bei anormalen Betriebsbedingungen sind mechanische und elektrische Schäden an den Lautsprechern möglich. Mechanische Schäden treten auf, wenn die Schwingungsamplitude des Diffusors die zulässige Amplitude überschreitet, die von den mechanischen Eigenschaften der Elemente des beweglichen Systems abhängt. Der kritischste Frequenzbereich für solche Schäden liegt in der Nähe und unterhalb der mechanischen Resonanzfrequenz des Lautsprechers, d. h. wo die Amplitude der Schwingungen maximal ist. Elektrische Schäden entstehen durch irreversible Überhitzung der Schwingspule. Das kritischste Frequenzband für Schäden dieser Art liegt in der Nähe der elektromechanischen Resonanz des Lautsprechers. Beide Arten von Schäden entstehen durch Überschreitung der maximal zulässigen elektrischen Leistung, die dem Lautsprecher zugeführt wird. Um solche Konsequenzen zu vermeiden, wird der maximale Leistungswert standardisiert.

Es gibt mehrere Standards, anhand derer Hersteller die Leistung ihrer Produkte normalisieren. Aus Sicht der realen Bedingungen bei der Verwendung eines Akustiksystems zur Beschallung öffentlicher Veranstaltungen kommt der AES-Standard am nächsten. Die Leistung gemäß dieser Norm ist definiert als das Quadrat der Effektivspannung in einem bestimmten rosa Rauschband, dem der Lautsprecher mindestens 2 Stunden lang standhalten kann, geteilt durch den minimalen Impedanzwert Zmin. Die Norm regelt die Anwesenheit des Lautsprechers in „freier Luft“ ohne Gehäuse. Beim Test verbauen einige Hersteller den Lautsprecher in einem Gehäuse und bringen so dessen Betriebsbedingungen näher an die realen Bedingungen heran, was aus ihrer Sicht zu objektiveren Ergebnissen führt. Der bekannte Leistungswert des Lautsprechers dient als Orientierung bei der Auswahl eines Verstärkers, dessen Leistung dem Leistungswert des AES-Lautsprechers entsprechen sollte.

Es ist zu beachten, dass der tatsächliche Wert der dem Lautsprecher zugeführten Leistung ohne spezielle Messungen schwer abzuschätzen ist und selbst bei gleicher Einstellung des Lautstärkereglers an Schallweggeräten stark variieren kann.

Dies kann durch viele Faktoren beeinflusst werden, wie zum Beispiel:

• Spektrum des wiedergegebenen Signals (Musikgenre, Frequenz und Dynamikumfang des Musikwerks, vorherrschende Musikinstrumente);
• Eigenschaften passiver Filterschaltungen und aktiver Frequenzweichen, die das Spektrum des in die Lautsprecher eintretenden Originalsignals begrenzen;
• Verwendung eines Equalizers und anderer Frequenzkorrekturgeräte im Audiopfad;
• Betriebsmodus des Verstärkers (Auftreten nichtlinearer Verzerrung und Übersteuerung);
• Gehäusedesign für Akustiksysteme;
• Fehlfunktion des Verstärkers (das Auftreten einer konstanten Komponente im Spektrum des verstärkten Signals)

Folgende Maßnahmen erhöhen die Betriebssicherheit von Lautsprechersystemen:

• Reduzierung der oberen Grenzfrequenz des Tieftöners mithilfe eines Tiefpassfilters (LPF). In diesem Fall ist der Teil des Signalspektrums, der einen wesentlichen Beitrag zur Erwärmung der Spule leistet, begrenzt;
• Begrenzt das Frequenzband unterhalb der Bassreflex-Abstimmfrequenz mithilfe von LOW-PASS-Schaltkreisen (Hochpassfilter). Diese Maßnahme begrenzt die Schwingungsamplitude des Diffusors außerhalb des Betriebsbereichs der Lautsprecher auf der Niederfrequenzseite und verhindert so mechanische Schäden am Tieftöner;
• Einstellen des Hochfrequenz-Hochfrequenzlautsprechers auf eine höhere Frequenz;
• Design von Lautsprechergehäusen, die die besten Bedingungen für die natürliche Konvektion der Lautsprecher bieten;
• Eliminierung des Betriebs von Lautsprechern mit einem Verstärker, der im nichtlinearen Verzerrungs- und Clipping-Modus arbeitet;
• Verhinderung des Auftretens lauter Schaltklicks und des „Aufziehens“ des Mikrofons;
• Verwendung eines Limiters im Audiopfad.

Beachten Sie, dass Lautsprechersysteme, die für professionelle Tonaufnahmen (insbesondere in Diskotheken) verwendet werden, häufig mit hoher Leistung betrieben werden müssen. Während des Betriebs kann die Erwärmung der Schwingspule des Lautsprechers 200 Grad und der Elemente des Magnetkreises 70 Grad erreichen. Langfristiger Betrieb unter extremen Bedingungen führt dazu, dass die Lautsprecher „durchbrennen“. Dies kann durch eine Überschreitung der zulässigen elektrischen Leistung, die dem Lautsprecher zugeführt wird, oder durch einen fehlerhaften Verstärker verursacht werden. Die Sicherheit des Sets hängt in vielerlei Hinsicht von der Qualifikation des DJs ab. Aus diesem Grund müssen Sie unabhängig davon, für welchen Lautsprecher Sie sich entscheiden, die Verfügbarkeit von Reparatursätzen berücksichtigen. Gleichzeitig wird die Situation noch dadurch erschwert, dass in der Regel nicht ein Lautsprecher gleichzeitig durchbrennt, sondern mehrere, wodurch das gesamte Set lahmgelegt wird. Unter Berücksichtigung aller oben genannten Punkte kommen wir zu dem Schluss, dass die Frage nach dem Zeitpunkt und den Kosten der Lieferung von Reparatursätzen auch bei der Auswahl von Lautsprechern für Lautsprecher äußerst wichtig ist.

Die Bauformen von Hochfrequenzlautsprechern (HF) sind sehr vielfältig. Sie können gewöhnlich, Horn oder Kuppel sein. Das Hauptproblem bei ihrer Entstehung ist die Erweiterung der Richtung der ausgesendeten Schwingungen. In dieser Hinsicht haben Kuppellautsprecher bestimmte Vorteile. Der Durchmesser des Diffusors bzw. der Abstrahlmembran von HF-Hochtönern liegt zwischen 10 und 50 mm. Oftmals sind die Hochtöner hinten dicht verschlossen, wodurch eine Modulation ihrer Abstrahlung durch die Strahlung von Tief- und Mittelfrequenzstrahlern ausgeschlossen ist.

Ein typischer Miniatur-Konus-Hochtöner erzeugt gut hochfrequente Töne, hat aber ein sehr schmales Strahlungsmuster – normalerweise innerhalb eines Winkels von 15 bis 30 Grad (relativ zur Mittelachse). Dieser Winkel wird eingestellt, wenn die Lautsprecherleistung typischerweise um -2 dB reduziert wird. Der Abweichungswinkel sowohl von der horizontalen als auch von der vertikalen Achse wird angezeigt. Im Ausland wird dieser Winkel als Ausbreitungswinkel oder Ausbreitungswinkel des Schalls bezeichnet.

Um den Abstrahlwinkel zu erhöhen, werden Diffusoren oder Aufsätze dafür in verschiedenen Formen (kugelförmig, hornförmig usw.) hergestellt. Viel hängt vom Material des Diffusors ab. Allerdings sind herkömmliche Hochtöner nicht in der Lage, Töne mit Frequenzen deutlich über 20 kHz wiederzugeben. Durch die Platzierung spezieller Reflektoren vor dem Hochtöner (meistens in Form eines Kunststoffgitters) können Sie die Richtcharakteristik erheblich erweitern. Ein solches Gitter ist häufig ein Element des Akustikrahmens eines Hochtöners oder eines anderen Emitters.

Ein ewiges Diskussionsthema ist die Frage, ob es überhaupt notwendig ist, Frequenzen über 20 kHz auszusenden, da unser Ohr sie nicht hören kann und selbst Studiogeräte den effektiven Bereich von Tonsignalen oft auf einen Pegel von 10 bis 15-18 beschränken kHz. Die Tatsache, dass wir solche Sinussignale nicht hören, bedeutet jedoch nicht, dass sie nicht existieren und die Form der Zeitabhängigkeiten realer und recht komplexer Audiosignale mit viel geringeren Wiederholungsraten nicht beeinflussen.

Es gibt viele überzeugende Beweise dafür, dass diese Form stark verzerrt wird, wenn der Frequenzbereich künstlich eingeschränkt wird. Einer der Gründe dafür sind die Phasenverschiebungen verschiedener Komponenten eines komplexen Signals. Es ist merkwürdig, dass unser Ohr Phasenverschiebungen selbst nicht wahrnimmt, aber in der Lage ist, Signale mit unterschiedlichen Formen der Zeitabhängigkeit zu unterscheiden, selbst wenn sie denselben Satz Harmonischer mit denselben Amplituden (aber unterschiedlichen Phasen) enthalten. Von großer Bedeutung ist die Art des Frequenzgangabfalls und die Linearität des Phasengangs auch außerhalb des effektiv wiedergegebenen Frequenzbereichs.

Generell gilt: Wenn wir im gesamten Audiobereich einen einheitlichen Frequenz- und Phasengang wünschen, dann sollte der tatsächlich von der Akustik abgestrahlte Frequenzbereich deutlich breiter sein als der Audiobereich. All dies rechtfertigt voll und ganz die Entwicklung von Breitbandstrahlern durch viele führende Unternehmen auf dem Gebiet der Elektroakustik.

Platzierung von HF-Strahlern Es gibt ein Problem: Das Ergebnis hängt weitgehend davon ab, wo die Köpfe platziert werden und wie sie ausgerichtet sind. Lassen Sie uns über den HF-Kopf oder Hochtöner sprechen.

Merkmale von HF-Köpfen Aus der Theorie der Schallwellenausbreitung ist bekannt, dass sich mit zunehmender Frequenz das Strahlungsmuster des Senders verengt, was zu einer Verengung des optimalen Hörbereichs führt. Das heißt, es ist nur auf kleinem Raum möglich, eine gleichmäßige Tonbalance und die richtige Szene zu erzielen. Daher ist die Erweiterung des Strahlungsmusters des HF-Strahlers die Hauptaufgabe aller Lautsprecherdesigner. Die schwächste Abhängigkeit des Strahlungsmusters von der Frequenz wird bei Kalottenhochtönern beobachtet. Diese Art von HF-Strahlern ist in Auto- und Haushaltslautsprechern am häufigsten anzutreffen. Weitere Vorteile von Kuppelstrahlern sind ihre geringe Größe und das Fehlen der Schaffung eines akustischen Volumens, während zu den Nachteilen die niedrige untere Grenzfrequenz gehört, die im Bereich von 2,5-7 kHz liegt. Bei der Installation eines Hochtöners werden all diese Merkmale berücksichtigt. Der Installationsort wird von allem beeinflusst: vom Arbeitsbereich des Hochtöners, von seiner Richtcharakteristik, von der Anzahl der verbauten Komponenten (2- oder 3-Komponenten-Systeme) und sogar von Ihrem persönlichen schmecken. Machen wir gleich einen Vorbehalt, dass es zu diesem Thema keine allgemeingültigen Empfehlungen gibt, deshalb können wir nicht mit dem Finger auf Sie zeigen – es heißt, legen Sie es hier hin und alles wird gut! Heutzutage gibt es jedoch viele Standardlösungen, mit denen man sich vertraut machen sollte. Das Folgende gilt für Schaltkreise ohne Prozessor, aber das gilt auch für die Verwendung eines Prozessors; dessen Vorhandensein bietet einfach viel mehr Möglichkeiten, die negativen Auswirkungen eines nicht optimalen Standorts zu kompensieren.

Praktische Überlegungen. Erinnern wir uns zunächst an einige Kanons. Idealerweise sollte der Abstand zum linken und rechten Hochtöner gleich sein und die Hochtöner sollten auf Höhe der Augen (oder Ohren) des Zuhörers installiert werden. Insbesondere ist es immer am besten, die Hochtönerköpfe so weit wie möglich nach vorne zu versetzen, denn je weiter sie von den Ohren entfernt sind, desto geringer ist der Unterschied in den Abständen zum linken und rechten Treiber. Der zweite Aspekt: ​​Der Hochtöner sollte nicht weit vom Mitteltöner bzw. Bass-/Mitteltönerkopf entfernt sein, sonst erhält man keine gute tonale Balance und Phasenanpassung (normalerweise richtet man sich nach der Länge oder Breite der Handfläche). Wenn der Hochtöner jedoch niedrig eingestellt ist, sinkt die Klangbühne, und Sie scheinen über dem Klang zu stehen. Bei einer zu hohen Einstellung geht aufgrund des großen Abstands zwischen Hoch- und Mitteltöner die Integrität der tonalen Balance und Phasenanpassung verloren. Wenn Sie beispielsweise einen Titel mit einer Aufnahme eines Klavierstücks anhören, erklingt das gleiche Instrument bei tiefen Tönen tief und bei hohen Tönen stark ansteigend.

Richtcharakteristik des HF-Kopfes. Wenn Sie herausgefunden haben, wo der HF-Kopf installiert werden soll, sollten Sie sich für die Ausrichtung entscheiden. Wie die Praxis zeigt, ist es für die richtige Klangbalance besser, den Hochtöner auf den Zuhörer zu richten und für eine gute Klangtiefe die Reflexion zu verwenden. Die Wahl wird durch Ihre persönlichen Gefühle bezüglich der Musik, die Sie hören, bestimmt. Dabei gilt es vor allem zu bedenken, dass es nur einen optimalen Hörort geben kann.
Es empfiehlt sich, den Hochtöner im Raum so auszurichten, dass seine Mittelachse zum Kinn des Zuhörers zeigt, also für den linken und rechten Hochtöner einen unterschiedlichen Drehwinkel einzustellen. Bei der Ausrichtung eines reflektierenden Hochtöners sind zwei Dinge zu beachten. Erstens ist der Einfallswinkel der Schallwelle gleich dem Reflexionswinkel, und zweitens bringen wir durch die Verlängerung des Schallweges die Klangbühne weiter, und wenn man sich mitreißen lässt, kann man das sogenannte erreichen Tunneleffekt, wenn die Klangbühne weit vom Zuhörer entfernt ist, als ob sie sich am Ende eines engen Korridors befände.

Einstellungsmethode. Nachdem die Position der HF-Köpfe gemäß den gegebenen Empfehlungen festgelegt wurde, lohnt es sich, mit den Experimenten zu beginnen. Tatsache ist, dass niemand im Voraus sagen wird, wo genau ein 100-prozentiger „Treffer“ mit Ihren Bauteilen gewährleistet ist. Der optimale Standort ermöglicht Ihnen die Bestimmung des Experiments, das recht einfach einzurichten ist. Nehmen Sie ein beliebiges klebriges Material, zum Beispiel Plastilin, doppelseitiges Klebeband, Klettverschluss oder Modell-Heißkleber, legen Sie Ihre Lieblingsmusik oder Test-CD auf und beginnen Sie unter Berücksichtigung aller oben genannten Punkte mit dem Experimentieren. Probieren Sie jeweils verschiedene Standorte und Ausrichtungsmöglichkeiten aus. Bevor Sie den Hochfrequenztreiber endgültig installieren, ist es besser, noch etwas zuzuhören und ihn auf Plastilin zu korrigieren.

Kreativität. Die Aufstellung und Wahl des Standorts des Hochtöners hat bei 2- und 3-Komponenten-Systemen eigene Nuancen. Insbesondere im ersten Fall ist es schwierig, die Nähe des Hochfrequenztreibers und des Tiefton-/Mitteltöners sicherzustellen. Aber Sie sollten auf jeden Fall keine Angst vor Experimenten haben – wir sind auf Installationen gestoßen, bei denen HF-Köpfe an den unerwartetsten Stellen landeten. Ist es sinnvoll, ein zusätzliches Paar Hochtöner zu haben? Beispielsweise stellt das amerikanische Unternehmen Boston Acoustics Komponentenlautsprecher-Sets her, bei denen in der Frequenzweiche bereits Platz für den Anschluss eines zweiten HF-Kopfpaares vorhanden ist. Wie die Entwickler selbst erklären, ist das zweite Paar notwendig, um den Pegel der Klangbühne anzuheben. Unter Testbedingungen hörten wir sie als Ergänzung zum Haupthochtönerpaar und waren überrascht, wie deutlich sich der Raum der Klangbühne vergrößerte und die Ausarbeitung der Nuancen wurde verbessert

Ein Verstärker und ein Lautsprecher sind Glieder derselben Kette; das eine funktioniert einfach nicht ohne das andere. In der letzten Ausgabe haben wir uns eingehend mit der Frage beschäftigt: „Welche Leistung soll der Verstärker haben?“ Und nun versuchen wir, die zweite Frage zu beantworten: „Welche Leistung sollte der Lautsprecher haben?“ Die Antwort auf diese Frage wurde teilweise im vorherigen Material gegeben, da es, wie oben erwähnt, unmöglich ist, das eine ohne das andere zu betrachten, aber eine Reihe von Details blieben unberührt und wie versprochen werden wir sie dieses Mal genauer analysieren Detail.

Arten von Macht

Viele Hersteller von Autolautsprechern verwenden nicht standardmäßige Methoden zur Leistungsmessung, die übrigens nicht immer attraktiver sind als die allgemein akzeptierten Methoden für Haushaltsgeräte – sie sind für sie einfach bequemer. Die meisten verwenden jedoch standardisierte Parameter, von denen wir normalerweise an drei interessiert sind: Nennleistung (RMS), maximale Leistung und Spitzenleistung. Der wichtigste dieser Parameter ist die Nennleistung, und genau das meinen wir in Zukunft, wenn wir einfach von „Leistung“ sprechen. Das Zahlenverhältnis ist wie folgt: Das Maximum ist normalerweise 2-mal höher als die Nennleistung und der Spitzenwert ist 3-4-mal höher. Diese Regel kann nicht als streng bezeichnet werden: Es gibt einige Modelle, deren maximale Leistung nur geringfügig höher ist als die Nennleistung.

Wie dem auch sei, da die Nennleistung die kleinste der oben genannten ist, greifen einige Hersteller zu einem kleinen Trick: Auf der Verpackung und der ersten Seite der Anleitung werden unangemessen große Leistungsangaben in großer Zahl ohne Angabe des Typs angegeben , und die Wahrheit lässt sich nur feststellen, indem man die technischen Parameter im Dokument findet, einen Blick auf die Rückseite des Lautsprechers wirft oder nach einer unauffälligen Aufschrift auf der Verpackung sucht. Fallen Sie nicht auf diesen Trick herein.

Die Nennleistung ist also genau diejenige, innerhalb derer Sie über einen langen Zeitraum Musik über diese Lautsprecher hören können, ohne Angst vor nichtlinearen Verzerrungen und vor allem vor einem Lautsprecherausfall haben zu müssen.

WAS IST WICHTIGER – KRAFT ODER EMPFINDLICHKEIT?

Im letzten Artikel haben wir festgestellt, dass eine Verdoppelung der Leistung den Schalldruckpegel um 3 dB erhöht. Das heißt, ein Lautsprecher mit geringer Leistung, aber hoher Empfindlichkeit ist in der Lage, den gleichen Schalldruck (die gleiche Lautstärke) zu entwickeln wie ein leistungsstärkerer, aber weniger empfindlicher Kopf. Wenn Sie also zwischen zwei Lautsprechern mit gleicher Klangqualität wählen müssen, von denen einer empfindlicher, aber weniger leistungsstark ist als der zweite, ist es besser, den ersten zu wählen. Warum für die Leistung des Verstärkers zu viel bezahlen, wenn man selbst mit einem Verstärker mit geringer Leistung die gleiche Lautstärke erhält?

Aufgrund bestimmter Umstände (z. B. der Eigenschaften von Transistorverstärkern) werden übrigens praktisch keine wirklich hochempfindlichen Lautsprecher für den Automobilbereich hergestellt. Innerhalb jeder Klasse können jedoch erhebliche Unterschiede in der Empfindlichkeit festgestellt werden, und dies ist die Quelle aller möglichen Spekulationen: Unsere Tests bestätigen äußerst selten die Übereinstimmung zwischen den angegebenen und den tatsächlichen Werten, daher raten wir Ihnen, zu zahlen Achten Sie auf unsere „Sonderpreise“ und nicht auf die angegebenen Zahlen.

Manchmal stößt man auf Lautsprecher mit geringer Empfindlichkeit, aber wirklich hoher Nennleistung, die bei geringer Leistung nicht nur leise, sondern auch mit schlechterer Qualität spielen, aber wenn man den Knopf gut „dreht“, wird der Klang optimal. Diese Option kann denjenigen empfohlen werden, die die meiste Zeit nur laute Musik hören und bereit sind, einen Verstärker mit einer Leistung von mindestens hundert Watt pro Kanal zu kaufen.

Erhöht die Lautstärke deutlich und reduziert den Lautsprecherwiderstand auf 3 und sogar 2 Ohm – in letzter Zeit tauchen immer mehr solcher Modelle auf. Der einzige Umstand. Zu beachten ist, dass der Verstärker einer solchen Belastung gut standhalten muss. Wir raten grundsätzlich davon ab, 2-3-Ohm-Lautsprecher direkt an den eingebauten Verstärker eines Autoradios oder CD-Receivers anzuschließen – selbst wenn dies funktioniert, stellt dies eine harte Prüfung für das Hauptgerät dar und wird höchstwahrscheinlich irgendwann scheitern .

VERHÄLTNIS VON LAUTSPRECHERLEISTUNG UND VERSTÄRKERLEISTUNG

Grundsätzlich ist es nicht schlimm, wenn der RMS-Wert des Verstärkers geringer ist als der der Lautsprecher, allerdings muss man in diesem Fall noch sorgfältiger mit der Empfindlichkeitsregelung umgehen. Das Paradoxe ist, dass ein leistungsschwächerer Verstärker bei Überlastung eher dazu führt, dass Ihre Lautsprecher durchbrennen, als ein leistungsstärkerer Verstärker! Dabei handelt es sich um ein Phänomen namens „Clipping“ – also Betrieb im Begrenzungsmodus, wenn der Verstärker ein stark verzerrtes Signal mit einem großen Anteil an höheren Harmonischen erzeugt. Aus diesem Grund brennen Hochtöner in Lautsprechern am häufigsten durch. Übrigens gibt es in Headunits grundsätzlich keine Empfindlichkeitsregler, Sie müssen also nur einmal nach Gehör feststellen, wann bei zunehmender Lautstärke Verzerrungen auftreten, und den Reglerknopf dann nie weiter als bis zu diesem Wert drehen.

LEISTUNGS- UND FREQUENZBEREICHSPRECHER

Ein weiterer Grund für den Ausfall von Lautsprechern, insbesondere solchen, die die tiefen/mittleren Bereiche wiedergeben, ist die Ignorierung des Frequenzbereichs, den sie tatsächlich wiedergeben. Viele Hersteller geben einen erweiterten Frequenzbereich ihrer Lautsprecher an, um Käufer anzulocken. Beispielsweise beträgt der Frequenzbereich für einen Koaxiallautsprecher mit einer Standardgröße von 10 cm und einer Leistung von 30 W 50 – 20.000 Hz. Nicht der obere Wert ist verwirrend, sondern der untere. Wenn Sie diesem Lautsprecher ein 50-Hz-Signal mit der angegebenen Leistung zuführen, hören Sie nicht nur keine 50 Hz, sondern können den Lautsprecher auch leicht zerstören. Dies geschieht oft, wenn man sich von verschiedenen Schemata zur Anhebung des Basses mitreißen lässt und dabei vergisst, dass der Lautsprecher einfach nicht in der Lage ist, die tieferen Lagen wiederzugeben. Die Folge ist ein gerissener Konus des Tief-/Mitteltöners. Um dies zu verhindern, sollte der vom Lautsprecher wiedergegebene Frequenzbereich zumindest durch einen Hochpass zweiter Ordnung begrenzt werden. Die eingestellte Filtergrenzfrequenz hängt von der Lautsprechergröße ab. Die Praxis zeigt also, dass sie bei 10-cm-Köpfen etwa 100 Hz, bei 13-cm-Köpfen 80 Hz und bei 16-cm-Köpfen 60 Hz betragen sollte. Alles darunter sollte vom Subwoofer wiedergegeben werden. Darüber hinaus spüren Sie durch die Begrenzung des unteren Frequenzbereichs der von den LF/MF-Lautsprechern wiedergegebenen Signale sofort eine bessere Ausgabe im restlichen Bereich, einen lebendigeren und lauteren Betrieb. Es gibt zwar Lautsprecher, die ohne einen Filter mit geringer Bandbreite eine gute Leistung erbringen, sie sind jedoch in der Minderheit.

Als allgemeine Regel gilt: Je schmaler der Frequenzbereich, der an den Lautsprecher oder einen separaten Kopf gesendet wird, desto mehr Leistung kann er aushalten. Beispielsweise werden für viele einzelne Hochfrequenzlautsprecher mehrere Leistungswerte gleichzeitig angegeben, abhängig von der Grenzfrequenz des Hochpassfilters: Wenn der Lautsprecher ab 2000 Hz arbeitet, ist dies eine Leistung, ab 5000 die Der Leistungswert ist viel höher. Gleiches gilt für Mitteltöner, Tief-/Mitteltöner und Subwoofer – der einzige Unterschied besteht darin, dass sie zwei Grenzen des wiedergegebenen Frequenzbereichs gleichzeitig variieren können: die obere und die untere.

Typische Zusammenhänge zwischen der Leistung von HF-, MF-, LF/MF- und Subwoofer-Köpfen sind die gleichen wie bei Verstärkern und wurden in der letzten Ausgabe besprochen.

Subwoofer und ihre Parameter

Unabhängig davon sollten wir eine besondere Klasse von Lautsprechern betrachten – Subwoofer. Dieser Lautsprechertyp ist seit kurzem Teil von Auto-Audiosystemen, erfreut sich jedoch aufgrund der Tatsache, dass er die Wiedergabe tieferer Bässe ermöglicht, bei Autoenthusiasten großer Beliebtheit. Allerdings unterscheidet sich ein Auto-Subwoofer stark von einem Heim-Subwoofer. Wenn also für Heimgeräte die Leistung eines Subwoofers von 300 W als „über dem Dach“ betrachtet wird, dann ist dies für ein Auto ein durchschnittlicher, normaler Parameter. Warum diese Macht? Erinnern wir uns daran, dass ein Subwoofer im Auto den Straßenlärm „herausschreien“ sollte, zu Hause ist dies jedoch nicht erforderlich. Darüber hinaus weist das Design von Auto-Tieftönern seine eigenen Besonderheiten auf. Um tiefe Bässe bei kleinen Lautstärken zu erhalten, müssen die Hersteller eine Reihe von Opfern in Kauf nehmen, von denen das wichtigste die Reduzierung der Empfindlichkeit ist. Um bei geringer Empfindlichkeit eine ausreichende Lautstärke zu erhalten, muss eine hohe Schallleistung bereitgestellt werden. Auch die Entwicklung eines leistungsstarken Autoverstärkers ist keine leichte Aufgabe, daher ist in letzter Zeit das Design eines Subwoofers mit zwei separaten Schwingspulenwicklungen populär geworden, und einige Hersteller gehen sogar noch weiter und installieren bis zu 4 Schwingspulenwicklungen. Eine solche Lösung bietet eine größere Flexibilität bei der Auswahl des optimalen Widerstands für einen bestimmten Verstärker – vereinfacht ausgedrückt ermöglicht sie es Ihnen, die maximale Wattzahl aus ihm herauszuholen. Der erforderliche Widerstand wird durch die entsprechende Verbindung der Wicklungen (Serie, Parallel, Parallel-Serie) erreicht. Leistung, Widerstand und die Anzahl der Wicklungen haben zwar keinen Einfluss auf die Musikalität des Subwoofers. Selbst ein leistungsschwacher, aber richtig gebauter Subwoofer kann sein monströses SPL-Gegenstück in der Klangqualität übertreffen. Um den erforderlichen Schalldruck zu erzeugen, benötigen Sie jedoch mindestens zwei Subwoofer mit geringer Leistung. Je nach Aufgabenstellung bzw. Genreausrichtung der Lautsprecher wird die Nennleistung des Subwoofers 2-4 mal höher gewählt als die Leistung der Breitbandlautsprecher. Je größer die Leistung, desto besser, denn Sie können ihn immer leiser spielen lassen, lauter jedoch nicht. Gleichzeitig ist es jedoch notwendig, die tatsächlichen Fähigkeiten des Bordnetzes Ihres Autos (und natürlich Ihres Geldbeutels) zu berücksichtigen.

Darüber hinaus ist die Art der akustischen Gestaltung des Subwoofers von großer Bedeutung. Insbesondere die zusätzliche Leistungsreserve für die schlechteste Variante in Sachen Leistung ist besonders zu begrüßen – ein endloser akustischer Bildschirm; der Lautsprecher spielt in großer Lautstärke, beispielsweise im Kofferraum. Modelle im geschlossenen Gehäuse haben eine höhere Empfindlichkeit, sind aber auch niedrig, und am besten in Bezug auf die Leistung sind Modelle mit Bassreflex, insbesondere im Bandpass-Gehäuse.

WAS PASSIERT, WENN DIE ANZAHL DER KÖPFE ZUnimmt

Häufig gibt es Installationen mit Doppel- oder Dreifach-LF/MF-Köpfen und sehr viele Optionen mit zwei Subwoofern. Was bewirkt das und warum wird es benötigt? Durch die Verdoppelung der Köpfe erhöht sich der Schalldruckpegel um mindestens 3 dB, das entspricht einer Verdoppelung der Leistung, sofern sich auch die ihnen vom Verstärker zugeführte elektrische Leistung verdoppelt. Wenn zwei Köpfe die gleiche Leistung vom Verstärker erhalten wie einer, ändert sich der Schalldruckpegel kaum. In diesem Fall gewinnen wir zwar nichts an Leistung, aber die vergrößerte Abstrahlfläche der Diffusoren sorgt für tiefere Bässe. Dieser Effekt hängt jedoch vom Abstand der Köpfe ab und tritt bei Frequenzen auf, bei denen dieser Abstand mit der Wellenlänge übereinstimmt oder diese überschreitet. Wer sich für Einzelheiten interessiert, sei auf das von Yu.A. herausgegebene Buch „Broadcasting and Electroacoustics“ verwiesen. Kovalgin, 1999 im Verlag „Radio and Communications“ veröffentlicht. Dort wird auf Seite 224 das Problem der Effizienz von Lautsprechern diskutiert, die mehrere Köpfe des gleichen Typs enthalten. In der Akustik werden solche Lautsprecher üblicherweise als Lautsprecher bezeichnet. Sie werden eingesetzt, um die Richtwirkung zu erhöhen und die Effizienz von Lautsprechersystemen zu steigern.

Gerade wegen der Verbesserung der Basswiedergabe werden Doppelköpfe nur noch für Tief-/Mitteltöner oder Subwoofer-Köpfe verwendet. Es gibt auch Optionen für Dual-Hochtöner, diese sind jedoch selten und haben andere Aufgaben, beispielsweise die Reduzierung der Richtwirkung von Lautsprechern bei hohen Frequenzen. In vielen Fällen können komplexe Probleme durch den Einsatz von zwei LF-Köpfen gelöst werden – insbesondere lassen sich zwei 12-Zoll-Köpfe besser unterbringen als ein 15-Zoll. Es ist jedoch zu bedenken, dass die Kosten für zwei Köpfe deutlich höher sind als für einen Kopf derselben Serie, jedoch mit einer größeren Standardgröße.

LEISTUNGSARTEN VON LAUTSPRECHERSYSTEMEN

Nominell– quadratischer Mittelwert der elektrischen Leistung, begrenzt durch einen bestimmten Grad an nichtlinearer Verzerrung.

Maximaler Sinus– die Leistung eines kontinuierlichen Sinussignals in einem bestimmten Frequenzbereich, bei der der Lautsprecher lange Zeit ohne mechanische und thermische Schäden betrieben werden kann.

Maximaler Lärm– elektrische Leistung eines speziellen Geräuschsignals in einem bestimmten Frequenzbereich, der der Lautsprecher lange Zeit ohne thermische und mechanische Beschädigung standhält.

Gipfel– die maximale kurzfristige Leistung, die die Lautsprecher aushalten können, ohne sie zu beschädigen, wenn sie für kurze Zeit (normalerweise 1 s) mit einem speziellen Geräuschsignal beaufschlagt werden. Die Tests werden 60 Mal im Abstand von 1 Minute wiederholt.

Maximal langfristig – elektrische Leistung eines speziellen Geräuschsignals in einem bestimmten Frequenzbereich, die der Lautsprecher 1 Minute lang ohne irreversible mechanische Beschädigung aushalten kann. Die Tests werden 10 Mal im Abstand von 2 Minuten wiederholt.

Material bereitgestellt von der Zeitschrift Car&Music, Nr. 12/2003. Rubrik „Nützliche Tipps“, Text: Edouard Seguin

Harmonische Theorie

Amplitudenkomprimierung

Was zu tun ist?

Überlastung (Clipping) von Leistungsverstärkern- ein häufiges Ereignis. In diesem Artikel geht es um eine Überlastung, die durch einen erhöhten Eingangssignalpegel verursacht wird und zu einer Begrenzung des Ausgangssignals führt.

Nachdem wir das „Phänomen“ dieser Art von Überlastung analysiert haben, die angeblich zu Schäden an den Lautsprechern führt, werden wir versuchen zu beweisen, dass der wahre Übeltäter die Amplitudenkomprimierung (Komprimierung) des Signals ist.

WARUM BRAUCHEN LAUTSPRECHER SCHUTZ?

Für alle Lautsprecherköpfe gelten Betriebsleistungsgrenzen. Eine Überschreitung dieser Leistung führt zu Schäden an den Lautsprechern (LS). Diese Schäden können in verschiedene Arten unterteilt werden. Schauen wir uns zwei davon genauer an.

Der erste Typ ist eine übermäßige Verschiebung des GG-Diffusors. Der GG-Diffusor ist eine strahlende Oberfläche, die sich aufgrund eines angelegten elektrischen Signals bewegt. Diese Oberfläche kann konisch, gewölbt oder flach sein. Die Schwingungen des Diffusors regen die Luft zu Schwingungen an und erzeugen Schall. Nach den Gesetzen der Physik muss der Diffusor mit einer größeren Verschiebungsamplitude schwingen und sich dabei seinen mechanischen Grenzen nähern, um einen lauteren Klang zu erzeugen oder niedrigere Frequenzen zu reproduzieren. Wenn es gezwungen wird, sich weiter zu bewegen, kommt es zu einer übermäßigen Durchbiegung. Dies tritt am häufigsten bei GGs mit niedriger Frequenz auf, kann jedoch auch bei GGs mit mittlerer und sogar hoher Frequenz auftreten (wenn die niedrigen Frequenzen nicht ausreichend begrenzt sind). Daher führt eine übermäßige Verschiebung des Diffusors am häufigsten zu einer mechanischen Beschädigung des Kopfes.

Der zweite Feind des GG ist die Wärmeenergie, die durch Wärmeverluste in den Schwingspulen entsteht. Kein Gerät ist 100 % effizient. Beim GG wird 1 W Eingangsleistung nicht in 1 W akustische Leistung umgewandelt. Fast die meisten GGs haben einen Wirkungsgrad von weniger als 10 %. Durch einen geringen Wirkungsgrad verursachte Verluste werden in eine Erwärmung der Schwingspulen umgewandelt, was zu deren mechanischer Verformung und Formverlust führt. Eine Überhitzung des Schwingspulenrahmens führt zu einer Schwächung seiner Struktur und sogar zur vollständigen Zerstörung. Darüber hinaus kann eine Überhitzung dazu führen, dass der Kleber aufschäumt und in den Luftspalt gelangt, wodurch sich die Schwingspule nicht mehr frei bewegen kann. Schließlich kann es sein, dass die Schwingspulenwicklung wie ein Sicherungseinsatz einfach durchbrennt. Dass dies nicht zugelassen werden darf, liegt auf der Hand.

Die Bestimmung der zulässigen Leistung von Multiband-Lautsprechern war schon immer ein ernstes Problem für Anwender und Entwickler. Benutzer, die am häufigsten beschädigte Hochtöner ersetzen

Sie sind überzeugt, dass das, was passiert ist, nicht ihre Schuld ist. Es scheint, dass die Ausgangsleistung des Verstärkers 50 W und die Leistung des Lautsprechers 200 W beträgt, und dennoch fällt der Hochfrequenzlautsprecher nach einiger Zeit aus. Dieses Problem zwang die Ingenieure, herauszufinden, warum dies geschah. Es wurden viele Theorien aufgestellt. Einige davon wurden wissenschaftlich bestätigt, andere bleiben als Theorien bestehen.

Betrachten wir verschiedene Ansichten zur Situation.

Harmonische Theorie

Untersuchungen der Energieverteilung im gesamten Signalspektrum haben gezeigt, dass unabhängig von der Musikart der Pegel der hochfrequenten Energie im Tonsignal viel niedriger ist als der Pegel der niederfrequenten Energie. Diese Tatsache macht es noch schwieriger herauszufinden, warum Hochtöner beschädigt sind. Es scheint, dass, wenn die Amplitude der hohen Frequenzen geringer ist, zuerst die Tieftonlautsprecher beschädigt werden sollten und nicht die Hochtonlautsprecher.

Auch Lautsprecherhersteller nutzen diese Informationen bei der Entwicklung ihrer Produkte. Das Verständnis des Energiespektrums von Musik ermöglicht es ihnen, den Klang von Hochtönern durch den Einsatz leichterer beweglicher Systeme sowie den Einsatz dünnerer Drähte in den Schwingspulen deutlich zu verbessern. Bei Lautsprechern beträgt die Leistung von Hochfrequenzlautsprechern in der Regel nicht mehr als 1/10 der Gesamtleistung des Lautsprechers selbst.

Aber weil Im Niederfrequenzbereich (LF) liegt mehr musikalische Energie vor als im Hochfrequenzbereich (HF), sodass hochfrequente Energie aufgrund ihrer geringen Leistung keine Schäden an den Hochfrequenzlautsprechern verursachen kann. Daher liegt die Quelle hoher Frequenzen, die stark genug sind, um Hochtöner zu beschädigen, woanders. Also, wo ist er?

Es wurde vermutet, dass, wenn das Audiosignal genügend niederfrequente Komponenten enthält, um den Verstärker zu überlasten, die Hochfrequenzverzerrung aufgrund der Begrenzung des Ausgangssignals wahrscheinlich so stark sein wird, dass der Hochtöner beschädigt wird.

Tabelle 1. Harmonische Amplituden 100 Hz Rechteckwelle, 0 dB = 100 W

Harmonisch	Amplitude	Pegel in dV	Niveau in W	Frequenz
1	1	0	100	100 Hz
2	0	-T	0	200 Hz
3	1/3	-9.54	11.12	300 Hz
4	0	-T	0	400 Hz
5	1/5	-13.98	4	500 Hz
6	0	-T	0	600 Hz
7	1/7	-16.9	2.04	700 Hz
8	0	-T	0	800 Hz
9	1/9	-19.1	1.23	900 Hz
10	0	-T	0	1000 Hz
11	1/11	-20.8	0.83	1100 Hz
12	0	-T	0	1200 Hz
13	1/13	-22.3	0.589	1300 Hz

Diese Theorie verbreitete sich Anfang der 70er Jahre recht weit und wurde nach und nach als „Dogma“ wahrgenommen. Als Ergebnis von Untersuchungen zur Zuverlässigkeit und Sicherheit von Leistungsverstärkern unter typischen Bedingungen sowie der Praxis des Betriebs von Verstärkern und Lautsprechern durch typische Benutzer stellte sich jedoch heraus, dass Überlastungen häufig vorkommen und für den Anwender nicht so auffällig sind Ohr, wie die meisten Leute denken. Die Reaktion der Überlastungsanzeigen des Verstärkers ist normalerweise verzögert und zeigt nicht immer genau die tatsächliche Überlastung an. Darüber hinaus verlangsamen viele Verstärkerhersteller bewusst ihre Reaktion, basierend auf ihren eigenen Vorstellungen darüber, wie viel Verzerrung auftreten muss, damit die Anzeige aufleuchtet.

Fortschrittlichere und besser klingende Verstärker, inkl. Verstärker mit Soft-Clipping beschädigen auch Hochtöner. Leistungsstärkere Verstärker verursachen jedoch weniger Schäden an den Hochtönern. Diese Tatsachen untermauern die Theorie, dass die Ursache für Schäden an Hochfrequenzlautsprechern immer noch eine Überlastung des Verstärkers (Clipping) ist. Es scheint, dass es nur eine Schlussfolgerung gibt: Clipping ist die Hauptursache für Schäden an Hochfrequenzlautsprechern.

Aber lassen Sie uns dieses Phänomen weiter untersuchen.

AMPLITUDENKOMPRESSION

Wenn die Amplitude eines Sinussignals begrenzt ist, führt der Verstärker zu starken Verzerrungen im Originalsignal, und die Form des resultierenden Signals ähnelt der Form eines Rechtecks. In diesem Fall weist ein ideales Rechteck (Mäander) den höchsten Anteil an höheren Harmonischen auf. (siehe Abbildung 1). Eine weniger abgeschnittene Sinuswelle hat Oberwellen mit den gleichen Frequenzen, jedoch auf einem niedrigeren Niveau.

Schauen Sie sich die spektrale Zusammensetzung eines Rechtecksignals mit einer Frequenz von 100 Hz und einer Leistung von 100 W an, dargestellt in Tabelle 1.

Wie Sie sehen können, beträgt die Leistung, die den Hochtöner erreicht, nachdem dieses Signal durch eine ideale Frequenzweiche mit einer Grenzfrequenz von 1 kHz geleitet wurde, weniger als 2 W (0,83 + 0,589 = 1,419 W). Das ist nicht viel. Und vergessen Sie nicht, dass in diesem Fall eine starke, ideale Überlastung eines 100-Watt-Verstärkers simuliert wird, der einen Sinus in einen Mäander verwandeln kann. Eine weitere Erhöhung der Überlast führt nicht mehr zu einer Erhöhung der Oberschwingungen.

Reis. 1. Harmonische Komponenten einer 100-Hz-Rechteckwelle relativ zu einer 100-Hz-Sinuswelle

Die Ergebnisse dieser Analyse zeigen, dass selbst bei Verwendung eines schwachen Hochfrequenzlautsprechers mit einer Leistung von 5-10 W in einem 100-W-Lautsprecher eine harmonische Schädigung desselben ausgeschlossen ist, selbst wenn das Signal die Form eines Mäanders annimmt. Allerdings sind die Lautsprecher immer noch beschädigt.

Das bedeutet, dass wir etwas anderes finden müssen, das solche Fehler verursachen könnte. Also, was ist der Deal?

Der Grund liegt in der Amplitudenkompression des Signals.

Im Vergleich zu älteren Verstärkermodellen verfügen heutige hochwertige Verstärker über einen größeren Dynamikbereich und klingen im Betrieb besser. Daher sind Benutzer eher dazu verleitet, Verstärker zu übersteuern und sie auf Dynamikspitzen bei niedrigen Frequenzen zu beschränken, weil in diesem Fall treten keine großen hörbaren Verzerrungen auf. Dies führt zu einer Komprimierung der dynamischen Eigenschaften der Musik. Die Lautstärke hoher Frequenzen nimmt zu, die Lautstärke niedriger Frequenzen jedoch nicht. Dies wird vom Ohr als Verbesserung der Klanghelligkeit wahrgenommen. Manche interpretieren dies möglicherweise als eine Erhöhung der Lautstärke ohne eine damit einhergehende Änderung der Klangbalance.

Beispielsweise erhöhen wir den Signalpegel am Eingang eines 100-Watt-Verstärkers. Niederfrequenzkomponenten werden aufgrund von Überlastung auf 100 W begrenzt. Bei weiterer Erhöhung des Eingangspegels steigen die Hochfrequenzanteile an, bis sie ebenfalls den 100-W-Grenzpunkt erreichen.

Schauen Sie sich Abb. an. 2, 3 und 4. Die Diagramme sind in Volt unterteilt. Bei einer 8-Ohm-Last entsprechen 100 W einer Spannung von 40 V. Vor der Begrenzung haben die niederfrequenten Anteile eine Leistung von 100 W (40 V), die hochfrequenten Anteile nur eine Leistung von 5- 10 W (9-13 V).

Nehmen wir an, dass ein Musiksignal mit niederfrequenten und hochfrequenten Anteilen einem 100-Watt-Verstärker (8 Ohm) zugeführt wird. Wir verwenden eine Mischung aus einem HF-Sinussignal mit niedrigem Pegel und einem NF-Signal mit hohem Pegel (siehe Abb. 2). Der Pegel der dem Hochtöner zugeführten hochfrequenten Anteile ist mindestens 10 dB niedriger als der Pegel der tieffrequenten Anteile. Erhöhen wir nun die Lautstärke, bis das Signal begrenzt ist (+3 dB Überlastung, siehe Abb. 3).

Reis. 2. Eine Sinuswelle mit niedrigem Pegel und hoher Frequenz, gemischt mit einem Ausbruch einer Sinuswelle mit hohem Pegel und niedriger Frequenz

Reis. 3. Ausgang eines 100-Watt-Verstärkers mit 3 dB Überlastung

Reis. 4. Ausgang eines 100-Watt-Verstärkers mit 10 dB Überlastung

Bitte beachten Sie, dass, der Wellenform nach zu urteilen, nur die niederfrequenten Komponenten begrenzt waren und der Pegel der hochfrequenten Komponenten einfach anstieg. Natürlich erzeugt das Clipping Obertöne, aber ihr Pegel ist deutlich niedriger als der des Mäanders, den wir zuvor besprochen haben. Die Amplitude der HF-Anteile erhöhte sich gegenüber der NF um 3 dB (dies entspricht einer Amplitudenkompression des Signals um 3 dB).

Bei einer Überlastung des Verstärkers um 10 dB erhöht sich die Amplitude der HF-Anteile um 10 dB. Somit führt jede Erhöhung der Lautstärke um 1 dB zu einer Erhöhung der Amplitude der HF-Komponenten um 1 dB. Das Wachstum wird fortgesetzt, bis die Leistung der HF-Komponenten 100 W erreicht. Dabei darf der Spitzenpegel niederfrequenter Anteile 100 W nicht überschreiten (siehe Abb. 4). Dieses Diagramm entspricht einer nahezu 100-prozentigen Komprimierung, weil... Es gibt fast keinen Unterschied zwischen den HF- und NF-Komponenten.

Jetzt ist leicht zu erkennen, um wie viel die Leistung des HF-Signals die Leistung eines 5-10-Watt-Hochtöners übersteigt. Zwar werden durch Überlastung zusätzliche Oberwellen erzeugt, diese erreichen jedoch nie den Pegel der verstärkten ursprünglichen Hochfrequenzsignale.

Man könnte meinen, dass die Signalverzerrung unerträglich wäre. Machen Sie sich nichts vor. Sie werden erstaunt sein, wie hoch die Überlastungsgrenze liegt, ab der nichts mehr zu hören ist. Schalten Sie einfach die Überlastungsanzeige am Verstärker aus und prüfen Sie, auf welchen Pegel Sie den Lautstärkeregler des Verstärkers einstellen. Wenn Sie den Pegel des Ausgangssignals des Verstärkers mit einem Oszilloskop messen, wird Sie der Grad der Überlastung überraschen. Ein Überlastpegel von 10 dB bei niederfrequenten Komponenten ist üblich.

WAS ZU TUN IST?

Wenn wir Verstärker vor Überlastung (Clipping) schützen können, können wir Lautsprecher effizienter nutzen. Um eine Überlastung und eine daraus resultierende Amplitudenkompression zu verhindern, muss jeder moderne Verstärker das sogenannte verwenden. Schlupfbegrenzer. Sie verhindern die oben erwähnte Amplitudenkompression, weil Wenn der Schwellenwert bei einer beliebigen Frequenz erreicht wird, sinkt der Pegel aller Frequenzen um den gleichen Betrag.

Bei externen Begrenzern wird die Ansprechschwelle (Threshold) vom Benutzer eingestellt. Feinabstimmung

Dieser Schwellenwert zur Begrenzung von Verstärkern ist ziemlich schwierig. Darüber hinaus ist der Clipping-Pegel von Verstärkern kein konstanter Wert. Sie ändert sich je nach Versorgungsspannung, Wechselstromwiderstand und sogar der Art des Signals. Die Begrenzerschwelle muss diese Faktoren kontinuierlich überwachen. Die korrekteste Lösung wäre, den Schwellenwert an das Überlastsignal des Verstärkers zu binden.

Es ist durchaus logisch, einen Limiter in den Verstärker einzubauen. Bei modernen Verstärkern ist es einfach und mit großer Genauigkeit möglich, den Zeitpunkt zu bestimmen, an dem eine Überlastung auftritt. Darauf reagieren die sogenannten Einbauverstärker. Schlupfbegrenzer. Sobald das Ausgangssignal des Verstärkers den Überlastpegel erreicht, schaltet die Steuerschaltung das Limiter-Steuerelement ein.

Der zweite Parameter nach der Ansprechschwelle, der jedem Limiter innewohnt, sind die Ansprech- und Ausklingzeiten. Wichtiger ist die Erholungszeit nach Überlastung (Release-Zeit).

Für den Einsatz von Verstärkern gibt es zwei Möglichkeiten:

• als Teil eines Multiband-Verstärkerkomplexes arbeiten,

• Arbeiten an Breitbandlautsprechern.

Im ersten Fall kann dem Verstärker entweder nur das Niederfrequenzband oder das Mittelfrequenz- und Hochfrequenzband zugeführt werden. Wenn Sie eine lange Release-Zeit einstellen und den Verstärker in den mittleren bis hohen Frequenzbändern betreiben, können die „Ausläufer“ der Limiter-Erholung hörbar sein. Und umgekehrt kann es bei kurzer Release-Zeit und Betrieb im Tieffrequenzband zu Signalformverzerrungen kommen.

Beim Betrieb eines Verstärkers an einem Breitbandlautsprecher muss man einen Kompromisswert für die Erholzeit finden.

Diesbezüglich gehen Verstärkerhersteller zwei Wege: Entweder wird eine Kompromiss-Release-Zeit gewählt oder es wird eine Release-Zeit-Umschaltung (SLOW-FAST) eingeführt.

SCHLUSSFOLGERUNGEN: