Was es mit den technischen Daten bei Lautsprechern auf sich hat


Es gibt zig verschiedene Arten, Lautsprecher zu beschreiben und zu klassifizieren, was eine Kaufentscheidung nicht unbedingt einfacher macht. . Daher ist es wichtig, dass Ihr wisst, was es mit den ganzen Bezeichnungen bei den technischen Daten auf sich hat. Denn nur so könnt Ihr sicher sein, dass das Produkt, das Ihr kauft, auch das richtige für Eure Anforderung ist. Bei passiven Lautsprechern ist die maximale Dauerbelastbarkeit (in Watt) so ziemlich der wichtigste Faktor, um einen sicheren Betrieb und eine gute Klangqualität sicherzustellen.

Im Fall von Aktivlautsprechern, die anders aufgebaut sind, gilt es jedoch einige weitere Punkte zu beachten. Mit diesem Artikel wollen wir Euch einige der wichtigsten Parameter und ihren Zusammenhang erklären. Grundsätzlich gilt zunächst: Watt steht nicht im direkten Verhältnis zum Schalldruckpegel. Warum ist das so?

Der Kennschalldruckpegel

Ein Lautsprechertreiber ist ein Schallwandler, der ein elektrisches Audiosignal in Schallwellen umwandelt. Jeder Treiber in einem Lautsprecher weist eine bestimmte Anzahl an Spezifikationen vor –eine davon ist der Kennschalldruckpegel. Der Kennschalldruckpegel eines Treibers wird als Verhältnis zwischen der eingehenden Leistung und dem ausgegebenen Schalldruckpegel (SPL) gemessen. Gemessen wird er in Dezibel (dB) in einem Abstand von einem Meter und mit einer elektrischen Eingangsleistung von 1 W (2,83 V für Treiber mit 8 Ohm Impedanz). In den Spezifikationen könnte etwa stehen: 87 dB (1 W/1 m). Die Kennschalldruckpegel unterschiedlicher Lautsprecher können verglichen werden, da sich die Audiobranche auf diesen Standard geeinigt hat.

Weiterhin gilt: Je höher der Kennschalldruckpegel eines Treibers, desto lauter ist er bei einer bestimmten Eingangsleistung in Watt. Kennschalldruckpegel von 88 dB (1 W/1 m) sind der Durchschnitt, alles unter 84 dB (1 W/1 m) gilt als eher minderwertig. Also wird ein Kennschalldruckpegel von 92 dB (1 W/1 m) oder höher angestrebt.

Auch interessant: Um die Ausgangslautstärke eines Treibers vom Kennschalldruckpegel aus um 3 dB zu erhöhen, muss die Leistung der Endstufe verdoppelt werden. Soll die Ausgabe um 6 dB erhöht werden, muss die Leistung vervierfacht werden usw. Besitzt ein Treiber etwa einen Kennschalldruckpegel von rund 88 dB (1 W/1 m), benötigt man 2 Watt, um 91 dB in 1 Meter Abstand zu erreichen.

Mit dem Kennschalldruckpegel wird zudem berechnet, wie laut ein Treiber bei einem bestimmten Abstand und bei einer bestimmten Endstufenleistung ist. Dies hat aber nichts mit hoher oder fehlender Klangqualität zu tun.

Was bedeutet Treibereffizienz?

Kennschalldruckpegel und Effizienz eines Treibers hängen zusammen, sind aber nicht identisch. Dennoch werden die beiden Begriffe außerhalb von Technikerkreisen oft synonym verwendet. Die Effizienz ist das Verhältnis zwischen der Eingangsleistung der Endstufe und der akustischen Ausgangsleistung des Treibers. Sie wird üblicherweise in Prozent angegeben statt wie der Kennschalldruckpegel in Watt pro Meter.

In Wahrheit sind Treiber übrigens beim Unwandeln von elektrischer Leistung in akustische Leistung nicht besonders effizient. Ihre Effizienz liegt normalerweise bei rund 0,1 bis 2 %. Der Großteil der eingespeisten Energie geht also verloren (durch mechanische Widerstände, Reibung, Hitze usw.) und wird nicht in Klang umgewandelt.

Treiber und ihre physikalischen Grenzen

Nun werdet Ihr Euch fragen, warum Hersteller dann nicht einfach Treiber mit dem höchstmöglichen Kennschalldruckpegel produzieren. Der Grund dafür ist, dass verschiedene Kompromisse eingegangen werden müssen, um bestimmte Kennschalldruckpegel zu erzielen. So könnte etwa eine leichtere Konus-Membran den Kennschalldruckpegel erhöhen, gleichzeitig tendiert eine solche, flexiblere Membran aber dazu, den Klang stärker zu verzerren. Daher müssen Entwickler oft den Kennschalldruckpegel verringern, um unerwünschte Peaks im Frequenzgang eines Treibers zu vermeiden. Die besten Designs entstehen also erst durch Kompromisse. Zwei Dinge schränken die Belastbarkeit eines Treibers ein:

Hitze. Eine zu hohe Leistung heizt die Schwingspulen (Drahtwicklungen, die die Konus-Membran eines Schallwandlers basierend auf dem eingehenden Stromfluss bewegen)so sehr auf, dass sie sich ausdehnen und steckenbleiben können. Hitze kann Schwingspulen deformieren, Kleber lösen, Frequenzweichen-Widerstände zerstören usw. Außerdem verliert ein Lautsprecher normalerweise 3 dB seines Kennschalldruckpegels, wenn er am Limit betrieben wird – das wird dann als Leistungskompression bezeichnet.

Mechanische Auslenkung. Eine zu hohe Eingangsleistung kann zudem für eine stärkere Treiber-Auslenkung sorgen als ursprünglich gedacht. Dies kann dazu führen, dass die Schwingspule aus dem Magnetspalt hinaustritt und dauerhaft falsch positioniert bleibt.

Was passiert, wenn der Messabstand vergrößert wird?

Je weiter man vom Lautsprecher (wissenschaftlich als ‚Punktquelle‘ des Klangs bezeichnet) entfernt ist, desto leiser wird seine Lautstärke wahrgenommen. Klang wird durch die Luft übertragen und bei längeren Entfernungen geht mehr Energie verloren. Die Faustregel besagt, dass bei einer Verdopplung des Abstandes nur noch ein Viertel der Lautstärke wahrgenommen wird. In einer Situation, in der kein Klang reflektiert wird (Freifeld-Abstrahlung), verringert sich die Lautstärke von einer Punktquelle mathematisch immer um 6 dB, wenn der Abstand verdoppelt wird. Dieses Prinzip wird Abstandsgesetz genannt. Im Fall von Line Arrays (einer Audio-Linienquelle, nicht -Punktquelle) verringert sich die Lautstärke bei Verdopplung des Abstands theoretisch immer um 3 dB. Dies gilt bei Linienquellen insbesondere für Frequenzen über 1 kHz.

Ein Beispiel für das Abstandsgesetz wäre etwa ein Lautsprecher, der einen Kennschalldruckpegel von 86 dB (1 W/1 m) besitzt und von einer 100-Watt-Endstufe betrieben wird. Die gemessene Lautstärke bei einem Meter Abstand wäre 106 dB. Verdoppelt sich der Abstand auf 2 Meter, fällt die Lautstärke von 106 auf 100 dB ab. Wird er noch einmal auf 4 Meter erhöht, sinkt sie erneut um 6 dB auf 94 dB.

Was ist der Schalldruckpegel (SPL)?

Menschen nehmen Lautstärke unterschiedlich wahr, daher ist es hilfreich, sie objektiv zu messen und in numerischen Werten anzugeben. Um zu verstehen, was der Begriff Schalldruckpegel genau bedeutet, müssen wir zunächst begreifen, was Schalldruck ist. Schalldruck (p) ist die durch Klang verursachte durchschnittliche Abweichung des Luftdrucks und wird in Pascal (Pa) gemessen.

Der Schalldruckpegel (SPL) beschreibt den Druck einer Klangwelle in Dezibel (dB) relativ zu einem Referenzdruck von 20 µP (Mikropascal) oder N/m2. Er bezeichnet also in anderen Worten das Verhältnis zwischen absolutem Schalldruck und einem Referenzpegel des Schalls in der Luft. Ein SPL von 0 dB ist bei einer Frequenz von 1 kHz der Punkt, ab dem junge gesunde Erwachsene beginnen, Töne zu hören.

Die meisten Datenblätter von Lautsprechern weisen zwei unterschiedliche SPL-Werte aus, die auch unterschiedlich definiert werden.

  • Der Peak-Schalldruck oder Spitzenschalldruck ist der höchste momentane Schalldruck während einer Messung.
  • Der äquivalente Dauerschalldruck ist der Logarithmus des Verhältnisses zwischen einem gegebenen RMS-SPL in einem bestimmten Zeitintervall und dem Referenz-Schalldruck.

Um wissenschaftlich korrekt und nachvollziehbar zu sein, sollten die Bedingungen, unter denen die SPL-Werte gemessen wurden, immer mit angegeben werden. Eine Beispielangabe wäre etwa:maximale kurzzeitige akustische Ausgabe, Sinuswelle, on-axis, im Halbraum, durchschnittlich von 100 Hz bis 3 kHz bei 1 Meter Abstand.

Was gilt bei Spezifikationen für Aktivlautsprecher?

Aktive Lautsprecher verfügen meist über einen Treiber pro Frequenzband, der jeweils mit einer Leistungsendstufe und einem vorgeschalteten elektronischen Filter für die Frequenzweiche ausgestattet ist, die das unverstärkte Audiosignal auf die Frequenzbänder für die jeweiligen Treiber aufteilt. Dieser Ansatz ermöglicht die Anwendung komplexer aktiver Filter auf das unverstärkte Signal, ohne auf passive Frequenzweichen und ihre Nachteile angewiesen zu sein.

Ihr werdet sicher auch bemerkt haben, dass Hersteller aktiver Lautsprechersysteme nie Kennschalldruckpegel, Treibereffizienz oder Impedanzwert angeben. Warum ist das so? Diese Lautsprecher sind als ‚Systeme‘ entwickelt worden, in denen der Hersteller den optimalen Kennschalldruckpegel für jede einzelne Endstufe im System ausgewählt hat. In diesem Fall sind dann die technischen SPL-Daten relevanter – sie zeigen an, wie laut solche Systeme den Klang bei einer bestimmten Distanz reproduzieren können.

Allen, die es bis hierher geschafft haben, dürfte jetzt klar sein, dass die Ausgangsleistung der Endstufe wie auch Kennschalldruckpegel, Effizienz, Impedanz und physikalische Einschränkungen variable Designparameter sind. Bei der Entwicklung eines Aktivlautsprechers wählen Ingenieure eine passende Kombination dieser Parameter aus, um bestimmte Zielspezifikationen (Peak- und Dauer-SPL) zu erreichen.

Fazit

Im Fall von Aktivlautsprechern können praktisch endlose Kombinationen aus Endstufen und Treiben zu denselben SPL-Spezifikationen führen. Treiber mit niedrigerem Kennschalldruckpegel brauchen eine höhere Endstufenleistung und umgekehrt, unterschiedliche Treiber-Impedanzen benötigen unterschiedliche Ausgabeleistungen der Endstufen usw.

Abschließend ist noch wichtig, dass es günstiger ist, mehr Endstufenleistung (Watt) bereitzustellen als einen Treiber mit einem höheren Kennschalldruckpegel (dB/1 W/1 m) zu verbauen. Ein günstigerer Treiber kann mit einer leistungsstärkeren und günstiger herzustellenden Endstufe kombiniert werden, anstatt auf einen Treiber mit hohem Kennschalldruckpegel und einer Endstufe mit weniger Leistung zu setzen.

Die SPL-Werte sind also bei Aktivlautsprechern die wichtigste numerische und für den Klang relevante Spezifikation. Denn am Ende ist ja die Klangqualität das Wichtigste bei der Auswahl eines Aktivlautsprechers!

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