Die Leistungsfähigkeit von Lautsprechern ist ein entscheidender Faktor für jeden, der sich ernsthaft mit Audiotechnik beschäftigt. Die Bestimmung der Nennleistung eines Lautsprechers kann jedoch oft zu Verwirrung führen. Dieser Artikel bietet einen detaillierten, aber verkürzten Lautsprecher-Leistungstest, den Sie selbst durchführen können, um die thermische Belastbarkeit Ihrer Lautsprecher zu überprüfen. Es ist ein „Plausibilitätscheck“ – keine offizielle Normprüfung, aber ein wertvolles Werkzeug, um die Spezifikationen richtig zu interpretieren und die maximale sichere Schalldruckpegel (SPL) zu ermitteln.
Die Bedeutung der Lautsprecherempfindlichkeit
Die Empfindlichkeit eines Lautsprechers wird oft bei einer Eingangsspannung von 2,83 Veff gemessen. Diese Spannung ist traditionell mit einer Leistung von einem Watt (an 8 Ohm) verbunden und erzeugt einen Schalldruckpegel, der bei den meisten Beschallungslautsprechern im Bereich von 80-110 dB SPL bei einem Meter liegt. Das Verständnis dieser Referenz ist der erste Schritt, um die Leistungsgrenzen Ihrer Systeme zu beurteilen.
Warum Leistungstests unverzichtbar sind
Nachdem die Empfindlichkeit bekannt ist, stellt sich die Frage: „Wie weit kann ich den Lautsprecher aufdrehen, bevor er Schaden nimmt?“ Leistungsangaben sind von Natur aus mehrdeutig. Eine 400-Watt-Angabe kann beispielsweise bedeuten, dass ein Verstärker dieser Größe verwendet werden sollte, oder dass ein größerer Verstärker benötigt wird, um Spitzenleistungen über 400 Watt Dauerleistung zu liefern. Solche Unklarheiten können zu Planungsfehlern von 10 dB oder mehr führen – eine inakzeptable Fehlermarge in der Audioentwicklung. Ein praktischer Lautsprecher-Leistungstest hilft, diese Lücken zu schließen und zuverlässige Daten zu gewinnen.
Die thermische Herausforderung: Hitze im Lautsprecher
Wird eine Spannung an einen Lautsprecher angelegt, fließt Strom, und die elektrische Energie wird übertragen. Der ohmsche Anteil der Impedanz des Lautsprechers wandelt einen Großteil dieser Energie in Wärme um. Ein Lautsprecher kann jedoch nur eine begrenzte Menge an Wärme abführen, bevor er zerstört wird. Es ist daher unerlässlich zu wissen, wann die thermischen Grenzen eines Lautsprechers erreicht sind. Dieser Test konzentriert sich auf die Ermittlung der maximalen Effektivspannung (Veff), die einen Lautsprecher antreiben kann, bevor er überhitzt. Diese Veff-Angabe ist entscheidend für die Auswahl des richtigen Verstärkers.
Thermische Tests versus Transiente Tests
Es muss zwischen thermischen Tests und transienten Tests unterschieden werden. Thermische Tests verwenden die Effektivspannung von rosa Rauschen, das auf ein standardisiertes Spektrum zugeschnitten ist. Diese Art von Test befasst sich ausschließlich mit der Wärmeentwicklung und -ableitung. Begriffe wie „Kurzzeit“, „Augenblick“, „Programm“ oder „Impuls“ sind hier fehl am Platz. Transiententests hingegen bewerten die mechanischen Grenzen des Lautsprechers und dessen Fähigkeit, kurzzeitige Spitzen ohne mechanische Beschädigung zu verarbeiten. Glücklicherweise überschreitet ein gut ausgewählter Verstärker, der innerhalb der thermischen Grenzen des Lautsprechers bleibt und ausreichend Headroom für typisches Programmmaterial bietet, unter normalen Betriebsbedingungen selten die transienten Grenzen des Lautsprechers.
Die benötigte Ausrüstung
Ein praxisnaher Leistungstest lässt sich mit Standardausrüstung durchführen, die in den meisten professionellen Audio-Setups zu finden ist:
- Eine geeignete Programmquelle, wie z.B. rosa Rauschen, geformt und begrenzt gemäß IEC 268-1.
- Ein leistungsstarker Verstärker.
- Ein True-RMS-Voltmeter.
- Eine Möglichkeit zur Echtzeit-Transferfunktionsmessung (z.B. SmaartLive™).
- Ein Mikrofon, das sehr hohe Schalldruckpegel verarbeiten kann.
Die Signalkette ist hier dargestellt:
Meine Testanlage für den abgekürzten Leistungstest
Das rosa Rauschen als Stimulus kann mit einem Wellen-Editor erzeugt werden. Beachten Sie, dass es sich um ein stark begrenztes Signal handelt, das spektral geformt werden muss, um Musik gemäß der Norm zu emulieren. Verwenden Sie dieses Signal nicht für allgemeine Systemkalibrierungsaufgaben!
Die „Bad Sound Guy“ Testspur
Um den Test zu vereinfachen und das manuelle Anpassen des Pegels überflüssig zu machen, kann eine spezielle Testspur verwendet werden. Diese Testspur emuliert einen „schlechten Tontechniker“, der den Pegel in regelmäßigen Abständen erhöht, bis sich die Reaktion des Lautsprechers signifikant ändert. Die Testspur wird so modifiziert, dass der Pegel alle fünf Minuten um 3 dB ansteigt – eine typische Pegeländerung wie bei aufeinanderfolgenden Liedern. Die Gesamtlänge beträgt knapp eine Stunde, wodurch zehn Pegeländerungen mit einem Gesamtbereich von etwa 30 dB auftreten. Der absolute Pegel des Signals kann an den zu testenden Lautsprecher angepasst werden. Für gängige PA-Lautsprecher mit mittlerer Richtwirkung wird der Veff des siebten Rauschsegments üblicherweise auf etwa 30 Veff (+30 dBV) eingestellt, was einer kontinuierlichen Durchschnittsleistung von etwa 100 Watt an einer 8-Ohm-Widerstandslast entspricht.
Testspur des "Bad Sound Guy"
Die Testprozedur
Dieser Test ist extrem einfach durchzuführen:
- Beginnen Sie damit, die Wiedergabekette so einzustellen, dass für Intervall 6 der Testspur 30 Veff auf dem Voltmeter angezeigt werden. Wenn die Spur von Anfang an abgespielt wird, beträgt das erste Intervall dann etwa 3 Veff (ca. 1 Watt an einer 8-Ohm-Widerstandslast).
- Messen Sie die Transferfunktion in SmaartLive und speichern Sie diese im Speicherregister A. Drücken Sie „m“ auf der Tastatur, um SmaartLive in den „relativen“ Modus zu versetzen. Die Anzeige zeigt nun die Differenz zwischen dem aktuell gemessenen Signal und dem in Register A gespeicherten Signal, das eine flache Linie auf der Analysatoranzeige darstellt.
- Lassen Sie die Spur einfach abspielen. Der Pegel erhöht sich alle 5 Minuten um 3 dB. Da das Referenzsignal und das die Wiedergabekette ansteuernde Signal identisch sind, tritt keine Änderung in der Transferfunktion auf, wenn der Pegel ansteigt.
- Irgendwann wird der Lautsprecher nichtlinear, was bedeutet, dass sich seine Reaktion im Vergleich zur ursprünglichen, in Register A gespeicherten Reaktion geändert hat. Dies wird in Echtzeit auf der SmaartLive-Anzeige sichtbar – die Spur ist keine flache Linie mehr.
Wann ist der Test beendet?
Die meisten Standardtestmethoden erfordern, dass der Lautsprecher bis zum Ausfall oder bis zur dauerhaften Veränderung der Reaktion betrieben wird. Als Kriterium für das „Versagen“ wird hier eine 3-dB-Änderung in der Transferfunktion des Lautsprechers gegenüber einer anfänglichen Referenzreaktion bei geringer Leistung verwendet. Ziel ist es nicht, den Lautsprecher zu zerstören, sondern eine gute Betriebsgrenze zu finden. Eine 3-dB-Änderung weist darauf hin, dass ein Schaden unmittelbar bevorsteht, wenn die Spannung weiter erhöht wird. An diesem Punkt sollte das System heruntergeregelt werden, nicht weiter aufgedreht!
Anatomie eines thermischen Fehlers
Wichtige Anmerkungen zu thermischen Tests
Einige wichtige Hinweise zu thermischen Tests:
- Der Hauptgrund für eine solche Bewertung ist die Bestimmung der SPL-Grenze des Systems und der geeigneten Verstärkergröße. Es ist keine gute Ingenieurspraxis, ein Gerät nahe seiner Ausfallgrenze zu betreiben.
- Leistungsangaben sind sehr empfindlich gegenüber der spektralen Form des verwendeten Stimulus. Die Ergebnisse variieren je nach Art des Rauschens oder Signals.
- Die Leistungsaufnahme in einem Lautsprecher ist parasitär, daher ist eine hohe Nennleistung nicht unbedingt positiv; sie kann auf einen ineffizienten Lautsprecher hindeuten.
- Da es sich um eine dB-Beziehung handelt, sind Bewertungen, die innerhalb von 3 dB voneinander liegen, nahezu identisch. Ein Lautsprecher mit 100 W und einer mit 200 W haben sehr ähnliche Leistungscharakteristiken.
- Standardisierte Leistungstests verwenden längere Zeitintervalle (typischerweise 8 oder 100 Stunden), daher sollten deren Bewertungen im Allgemeinen niedriger sein als die aus diesem Test.
- Es besteht eine Mehrdeutigkeit bezüglich der Leistungsangabe, die aus der maximalen Veff berechnet wird, aufgrund des in der Berechnung verwendeten Impedanzwerts (W = E²/Z). Methoden, die die durchschnittliche oder gewichtete Impedanz verwenden, liefern deutlich niedrigere (aber korrektere) Leistungsangaben als solche, die die minimale oder nominale Impedanz verwenden.
Welche Verstärkergröße ist optimal?
Sobald die Veff-Grenze des Lautsprechers ermittelt ist, kann der Tondesigner einen geeigneten Verstärker auswählen. Die maximale Veff kann im Common Loudspeaker File (CLF) Format angegeben werden. Die “Äquivalente Verstärkergröße” im CLF zeigt die 8-Ohm-Sinuswellen-Verstärkerleistung an, die erforderlich wäre, um die Veff des Testsignals zu erzeugen, das die thermische Grenze des Lautsprechers erreicht hat. Dies bedeutet, dass bei Verwendung eines Verstärkers dieser Leistung und bei starkem Clipping mit typischem Programmmaterial der Lautsprecher weniger als 10 Minuten hält. Derselbe Verstärker, der Programmmaterial mit höherem Crestfaktor (z.B. CD oder MP3) verarbeitet und nur gelegentliches Clipping erzeugt, liefert wahrscheinlich den höchsten sicheren, zuverlässigen kontinuierlichen SPL, den der Lautsprecher liefern kann.
Bildschirmaufnahme aus CLF
Fazit
Dieser einfache, schnelle und wiederholbare Lautsprecher-Leistungstest ermöglicht es, die maximale sichere SPL eines Lautsprechers basierend auf thermischen Überlegungen zu bestimmen. Das Ergebnis – die maximale Veff des spezifizierten Spektrums, die der Lautsprecher für eine angemessene Zeit handhaben kann, bevor er Fehlfunktionen zeigt – lässt sich nicht manipulieren oder übertreiben. Obwohl es sich nicht um eine standardisierte Methode handelt und diese keiner umfangreichen Peer-Review unterzogen wurde, bietet sie eine wertvolle Orientierung. Jeder, der eigene Leistungstests durchführen möchte (wie es viele Tourneegesellschaften routinemäßig tun), könnte diese Methode als nützlich empfinden. Sie gibt effektiv die maximale Verstärkung über der Referenzempfindlichkeit an, die vom Lautsprecher zu erwarten ist, vorausgesetzt, ein geeigneter Verstärker wird verwendet.
Weitere Teile und Komponenten für den Lautsprecher-Leistungstest