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Text File  |  1993-08-15  |  18KB  |  369 lines
  1. #
  2.                       Anforderungen an PA-Komponenten :
  3.  
  4.  Bei der  Auswahl eines  PA-Lautsprechers  werden  andere Kriterien zum Kauf in
  5.  Erwägung gezogen, als beim Kauf eines  Hifi-Lautsprechers. Für  PA-Komponenten
  6.  steht an erster Stelle die  Zuverlässigkeit und Robustheit eines Systems. Wei-
  7.  tere  Merkmale sind eine hohe  Belastbarkeit und ein hoher Kennschalldruck. In
  8.  der  PA-Technik werden im  Tieftonbereich ausschließlich dynamische Konuslaut-
  9.  sprecher, im Mittel- und Hochtonbereich  meist  Druckkammerlautsprecher einge-
  10.  setzt. Hornkonstruktionen  haben  hier eindeutige Vorteile, so daß nur  selten
  11.  andere  Konstruktionen zu finden sind. Sie bedingen im Einsatz mit den erwähn-
  12.  ten Lautsprechern einen hohen Wirkungsgrad und geringe nichtlineare Verzerrun-
  13.  gen.
  14.  Entscheidend für den Kauf eines Lautsprechers sollte die  Beschaffbarkeit auch
  15.  nach mehrjährigem Einsatz sein. Denn durch die starken Beanspruchungen kann es
  16.  notwendig werden, den Lautsprecher zu ersetzen. Das alte  Gehäuse  sollte dann
  17.  wiederverwendet  werden  können. Hierfür müssen nicht nur die mechanischen Ab-
  18.  messungen identisch sein, sondern auch ALLE elektrischen Daten.
  19. -
  20. #
  21.                         Konstruktion von PA-Lautsprechern :
  22.  
  23.  PA-Lautsprecher unterscheiden sich von Hifi-Lautsprechern durch ihren robuste-
  24.  ren Aufbau. Auch finden hier höherwertige Materialien Verwendung, die es  erst
  25.  ermöglichen, über längere Zeit die Belastbarkeit des Lautsprechers voll auszu-
  26.  nutzen. Der Lautsprecherkorb ist bei hochwertigen Systemen meist aus Aludruck-
  27.  guß und nicht aus Stahlblech, da der Gußkorb  mechanisch  wesentlich  stabiler
  28.  ist. Die Einspannung der Membran am Rand ist hart und damit für  Hornkonstruk-
  29.  tionen oder Baßreflexboxen gut geeignet, denn die  Membran muß die  Rückstell-
  30.  kräfte nach erfolgter  Auslenkung  selbst aufbringen. Durch die harte Membran-
  31.  einspannung und die verwendeten großen Magnete kann ein hoher  Kennschalldruck
  32.  erwartet werden, der einen erhöhten Wirkungsgrad gegenüber  Hifi-Lautsprechern
  33.  zur Folge hat. Für den  Tiefbaßbereich werden  15" =  38 cm oder  18" =  46 cm
  34.  Chassis  verwendet, im  Mitteltieftonbereich  reichen  10" =  25  cm  oder 12"
  35.  = 30 cm Chassis. Der Mittelhochton- und  Hochtonbereich  wird  überwiegend mit
  36.  Druckkammertreibern bestückt, die ebenfalls einen hohen Schalldruck aufweisen.
  37.  Zur weiteren Steigerung des  geforderten hohen Schalldrucks gelangen fast aus-
  38.  schließlich Hornkonstruktionen  zum Einsatz, deren Hörner einen  exponentialen
  39.  Verlauf aufweisen. Es wird somit für die Publikumsbeschallung das gesamte Fre-
  40.  quenzspektrum über Hornlautsprecher wiedergegeben.
  41.  Die  Monitorlautsprecher  auf der Bühne werden auch als  Baßreflexboxen gefer-
  42.  tigt, jedoch finden sie für die  Publikumsbeschallung  fast  keine  Anwendung.
  43. -
  44. #
  45.                          DIN 45500 für Boxen ( Auszug ) :
  46.  
  47.  In der  Deutschen  Industrienorm (DIN) werden die Anforderungen an Hifi-Kompo-
  48.  nenten festgelegt. Für Lautsprecher gilt folgendes :
  49.  
  50.  Der Übertragungsbreich geht von mind. 50 Hz bis 12500 Hz. Die Abweichungen von
  51.  der Nullinie dürfen im Bereich 100 Hz bis 4000 Hz max. 4 dB, bei 50 Hz und bei
  52.  12500 Hz + 4dB und -8 dB betragen.
  53.  Für eine  Stereokombination  dürfen die beiden Lautsprecher im Frequenzbereich
  54.  250 bis 8000 Hz nicht mehr als 2 dB differieren.
  55.  Die Betriebsleistung gibt die  Leistung an, die einem  Lautsprecher  zugeführt
  56.  werden muß, damit dieser einen Schalldruck von 90 dB (früher 96 dB) in 1 Meter
  57.  Abstand erzeugt.
  58.  Der Klirrfaktor wird bei Betriebsleistung gemessen (250 bis 1000 Hz), zwischen
  59.  1000 und 2000 Hz bei 3dB und über 2000 Hz bei 6 dB unter Betriebsleistung.
  60.  Höchstwerte des Klirrfaktors :
  61.    von   250 Hz bis 1000 Hz : 3%
  62.    von  1000 Hz bis 2000 Hz : abfallend auf 1%
  63.    über 2000 Hz             : 1%
  64. -
  65. #
  66.                        DIN 45500 für Verstärker ( Auszug ) :
  67.  
  68.  Der Übertragungsbereich soll mindestens  40 Hz bis 16000 Hz überstreichen. Die
  69.  zulässigen Abweichungen (bezogen auf 1000 Hz) sind :
  70.     für lineare Eingänge     : 1,5 dB
  71.     für entzerrende Eingänge : 2   dB
  72.  Die maximal zulässige Differenz der beiden  Stereokanäle beträgt  3 dB. Ist im
  73.  Gerät ein Balanceregler vorhanden mit einem Einstellbereich von mehr als 8 dB,
  74.  darf der  Gleichlauf  maximal  6 dB abweichen (im Bereich 250 Hz bis 6300 Hz).
  75.  
  76.  Der Klirrfaktor muß kleiner sein als :
  77.     0,7% bei Vorverstärkern  (Vollaussteuerung)
  78.     0,7% bei Leistungsverstärkern
  79.     1,0% bei Vollverstärkern
  80.  Bei Leistungs- und Vollverstärkern wird der Klirrfaktor bei einer Ausgangslei-
  81.  stung von 26 dB unter Vollaussteuerung gemessen.
  82.  
  83.  Der  Intermodulationsfaktor  darf bei Vor- und  Leistungsverstärkern höchstens
  84.  2% und bei Vollverstärkern höchstens 3% betragen.
  85. -
  86.  Die Übersprechdämpfung muß bei  Stereoverstärkern zwischen zwei  Stereokanälen
  87.  bei 1000 Hz mindestens  40 dB, zwischen  250 Hz und  10000 Hz mindestens 30 dB
  88.  betragen.
  89.  
  90.  Der Fremdspannungsabstand muß bei Vorverstärkern mindestes  50 dB bei  1000 Hz
  91.  und  Vollaussteuerung betragen. Bei Leistungs- und Vollverstärker muß er eben-
  92.  falls 50 dB betragen, allerdings bezogen auf eine Ausgangsleistung von  100 mW
  93.  (Mono) oder 2 x 50 mW (Stereo).
  94.  
  95.  Der Ausgangsscheinwiderstand ist für Lautsprecheranschlüsse  4 oder 8 Ohm, für
  96.  Kopfhöreranschlüsse 200 oder 400 Ohm.
  97.  
  98.  Die  Mindestausgangsleistung muß bei einem Monoverstärker 10 W, bei einem Ste-
  99.  reoverstärker 2 x 6 W betragen. Sie ist definiert als die Ausgangsleistung bei
  100.  einem 1000 Hz Sinuston und einer Umgebungstemperatur von 15°C bis 35°C für die
  101.  Dauer von mindestens 10 Minuten.
  102. -
  103. #
  104.                         Allgemeines zur Hifi-Technik :
  105.  
  106.  Unter Hifi-Technik versteht man die Reproduktion eines Schallereignisses unter
  107.  Beachtung der in der  DIN 45500 festgelegten Qualitätsmerkmale. Der Hifi-Laut-
  108.  sprecher hat die Aufgabe die Schallwellen möglichst unverfälscht abzustrahlen.
  109.  Hifi-Lautsprecher  sind mit einem geringeren  Aufwand als gleichgroße PA-Laut-
  110.  sprecher gebaut und daher für den rauhen Betrieb auf der Bühne nicht geeignet.
  111.  Auch hier  unterscheidet man zwischen Tief-, Mittel- und Hochtonlautsprechern.
  112.  Da keine extrem hohen Lautstärken erzielt werden müssen, können hier im Gegen-
  113.  satz zur PA-Technik auch andere Schallwandler als dynamische Konuslautsprecher
  114.  und Druckkammertreiber verwendet werden, deren Wirkungsgrad deutlich unter dem
  115.  eines PA-Lautsprechers liegt.
  116.  Um mit einem Hifi-Lautsprecher den gleichen Schalldruck wie mit einem PA-Laut-
  117.  sprecher zu erzeugen ist ca. die 100fache Leistung erforderlich!
  118. -
  119. #
  120.                             Thiele-Small-Parameter :
  121.  
  122.  Die Berechnungsgrundlage aller Gehäusetypen bilden die Thiele-Small-Parameter.
  123.  Sie werden für jedes  Lautsprecherchassis  einzeln angegeben und bestimmen die
  124.  Verwendungsmöglichkeiten und die wichtigsten Konstruktionsmerkmale einer Laut-
  125.  sprecherbox.
  126.  Darunter fallen z.B. der Übertragungsbereich mit der unteren und oberen Grenz-
  127.  frequenz, der  Schalldruck und die Leistung, die Trennfrequenz der Weiche, die
  128.  Gehäusegröße und der Gehäusetyp selbst.
  129.  Fehlen die zur  Berechnung  notwendigen  Angaben, so kann das Gehäuse nur nach
  130.  der 'try and error' Methode gebaut werden. Ein gutes  klangliches Ergebnis ist
  131.  dann ein Zufallsprodukt. Kaufen Sie  daher  keine  Chassis, zu denen Sie keine
  132.  ausreichenden Daten erhalten können.
  133.  Für den Amateur ist  es  fast  unmöglich  die  genauen  Thiele-Small-Parameter
  134.  selbst zu bestimmen, jedoch ist eine ausreichende Näherung möglich.
  135.  Lassen Sie im  Zweifelsfall  lieber  die Finger davon, Sie sparen sich so viel
  136.  Ärger!
  137.  
  138.  
  139.  Die für den Lautsprecherbau maßgebenden Parameter sind :
  140. -
  141.  fs ( Hz )      : Resonanzfrequenz des Lautsprecherchassis im  nichteingebauten
  142.                   Zustand
  143.  fc ( Hz )      : Resonanzfrequenz des Chassis im eingebauten Zustand
  144.  f3 ( Hz )      : Untere  Grenzfrequenz des  Lautsprechers, bei der der Schall-
  145.                   druck bereits um 3 dB gegenüber 1 KHz abgefallen ist
  146.  VAS ( Liter )  : Der akustischen Nachgiebigkeit der Membraneinspannung äquiva-
  147.                   lentes Luftvolumen
  148.  VAB ( Liter )  : Der akustischen Nachgiebigkeit des Gehäusevolumens äquivalen-
  149.                   tes Luftvolumen
  150.  VB ( Liter )   : Nettovolumen der Box
  151.  Qms            : Mechanische  Güte des Lautsprecherchassis. Je höher der Wert,
  152.                   desto ausgeprägter ist die  Resonanzfrequenz und desto gerin-
  153.                   ger ist die Bandbreite, bei der Resonanz auftritt
  154.  Qes            : Elektrische  Güte  des  Chassis. Je niedriger der Wert, desto
  155.                   wirkungsvoller kann die mechanische  Resonanz bedämpft werden
  156.  Qts            : Gesamtgüte des Lautsprechers. Setzt sich aus mechanischer und
  157.                   elektrischer Güte zusammen : Qts = (Qes*Qms)/(Qes+Qms)
  158.  Qtc            : Totaler Gütefaktor des Chassis im  eingebauten  Zustand (Sys-
  159.                   tem-Q-Faktor ). Liegt immer über der Gesamtgüte Qts
  160.  Ql             : Gesamtverlustgüte bei Baßreflexboxen. Meist gilt Ql = 7
  161.  Rdc ( Ohm )    : Gleichstromwiderstand der Schwingspule
  162. -
  163.  Resonanzfrequenz    : Die Resonanzfrequenz oder auch Eigenresonanzfrequenz ist
  164.                        die Frequenz, bei der das  System nach einem Impuls aus-
  165.                        schwingt. Sie bestimmt gleichzeitig die untere Grenzfre-
  166.                        quenz
  167.  mittlerer
  168.   Kennschalldruck    : Der  mittlere  Kennschalldruck  gibt den Schalldruck des
  169.                        Lautsprechers frontal von vorn gemessen  bei  einer  An-
  170.                        steuerung von  1W in  1m Abstand an. Zu den  Seiten  hin
  171.                        wird er im allgemeinen geringer.
  172.  Übertragungsbereich : Der Übertragungsbereich gibt den  Frequenzbereich an, in
  173.                        dem der  Lautsprecher  eingesetzt werden kann. Er sollte
  174.                        jedoch nach Möglichkeit  nicht  voll  ausgereizt  werden
  175.  Belastbarkeit       : Sie  bestimmt  die  Leistung, mit  der  der Lautsprecher
  176.                        dauernd ( Sinusleistung ) oder  kurzfristig  ( Musiklei-
  177.                        stung ) belastet werden darf
  178.  Magnetgewicht       : Bestimmt die Stärke eines Magneten  näherungsweise. Auch
  179.                        das Material hat starken Einfluß. Gute  Magnete sind aus
  180.                        Alnico oder Kobalt-Samarium gefertigt
  181.  Magnetischer Fluß   : Gibt den magnetischen  Fluß  im  Luftspalt an. Je größer
  182.                        der  magnetische Fluß ist, desto größer ist im allgemei-
  183.                        nen der Wirkungsgrad und desto schwacher die Tiefbaßwie-
  184.                        dergabe
  185. -
  186.  Einbauöffnung       : Die in  der  Schallwand  erforderliche  Öffnung, um  das
  187.                        Chassis zu montieren
  188.  Korbdurchmesser     : äußere Abmaße des Lautsprechers
  189.  Einbautiefe         : erforderliche  Mindesttiefe  beim Einbau in eine Schall-
  190.                        wand oder Box von hinten
  191.  Impedanz            : Gibt den Scheinwiderstand des Lautsprechers an. Sie darf
  192.                        die Impedanz des Verstärkers  nicht  unterschreiten. Üb-
  193.                        lich sind Impedanzen von 4 oder 8 Ohm
  194.  Induktion           : Irrelevant für die Gehäusekonstruktion, aber für die Be-
  195.                        rechnung von Impedanzkorrekturgliedern nötig
  196.  Klirrfaktor         : Der  Klirrfaktor  gibt das Maß der nichtlinearen Verzer-
  197.                        rungen an. Er ist im  Gegensatz  zu  anderen Komponenten
  198.                        der Übertragungskette 1% - 6% groß.
  199. -
  200. #
  201.                     Thiele-Small-Parameter selbst messen :
  202.  
  203.  Sie wagen sich mit diesem Thema an etwas heran, daß eigentlich nur dem Spezia-
  204.  listen vorbehalten ist. Denn dieser  verfügt über die erforderlichen Meßgeräte
  205.  und über einen schalltoten Raum.
  206.  Aber auch Sie können die  Thiele-Small-Parameter mit hinreichender Genauigkeit
  207.  selbst besimmen. Hierfür brauchen Sie:
  208.  
  209.    - einen  Sinus-Generator  mit einem stufenlos  einstellbaren Frequenzbereich
  210.      von ca. 5 Hz bis ca. 20 kHz mit guter Amplitudenkonstanz, Ausgangsspannung
  211.      mindestens 5 V effektiv,
  212.    - ein Digitalmultimeter oder ein  Analogmultimeter mit einer guten Auflösung
  213.      im Wechselspannungsbereich von 0 V bis 1 V und im Ohmbereich von 0 Ohm bis
  214.      10 Ohm,
  215.    - einen Widerstand 1 KOhm / 1 W,
  216.    - einen Referenzwiderstand 50 Ohm / 1%
  217.    - ein Frequenzmeßgerät mit Auflösung 1 Hz oder Periodendauermessung
  218.  
  219.  Im folgenden werden die  einzelnen  Schritte erklärt, wobei  jeglicher Zweifel
  220.  über die  Richtigkeit  des  Meßergebnisses  beseitigt  sein muß, bevor mit dem
  221.  nächsten Meßvorgang begonnen werden kann.
  222. -
  223.  1.) Bestimmung des Gleichstromwiderstandes ( Rdc ) :
  224.  
  225.      - Multimeter auf Widerstandsmessung stellen, Meßbereich  0 Ohm bis 10 Ohm.
  226.      - Meßschnüre  kurzschließen und Meßgerät auf  0 Ohm abgleichen bzw. Wider-
  227.        stand der Meßschnüre von allen folgenden Messungen abziehen.
  228.      - Lautsprecherchassis  wie einen Widerstand anschließen und Wert notieren.
  229.  
  230.      - Wichtig!
  231.        Das  verwendete  Meßgerät  muß den zu  messenden  Widerstand  mit  einem
  232.        Gleichstrom messen.
  233. -
  234.  2.) Bestimmung der Resonanzfrequenz ( fs ) des nicht eingebauten
  235.      Lautsprecherchassis :
  236.  
  237.      - Lautsprecherchassis  möglichst frei im Raum aufstellen (keine reflektie-
  238.        renden Wände in der Nähe).
  239.      - Sinus-Generator  auf  kleinst  mögliche Frequenz stellen, Amplitude 5 V.
  240.      - Lautsprecher  mit Widerstand  1 KOhm / 1 W  in Reihe (hintereinander) an
  241.        den Sinus-Generator anschließen.
  242.      - Parallel zum Sinus-Generator Frequenzzähler anschließen, geeigneten Meß-
  243.        bereich wählen.
  244.      - Parallel zum Lautsprecherchassis Multimeter anschließen und auf Wechsel-
  245.        spannung einstellen, geeigneten Meßbereich wählen.
  246.      - die Frequenz des  Sinus-Generators  langsam  steigern und dabei Meßwerte
  247.        des Multimeters beobachten. Die Meßwerte steigen an, um nach ihrem Maxi-
  248.        mum  wieder zu fallen. Dieses  Maximum genau  ausmessen und dazugehörige
  249.        Frequenz notieren.
  250. -
  251.  3.) Bestimmung des Impedanzmaximums ( Rm ) des nicht eingebauten
  252.      Lautsprecherchassis :
  253.  
  254.      - Lautsprecherchassis wie bei 2.) aufstellen.
  255.      - Frequenz des Sinus-Generators auf Resonanzfrequenz stehen lassen.
  256.      - Referenzwiderstand  50 Ohm / 1%  mit Widerstand  1 KOhm / 1 W  in  Reihe
  257.        (hintereinander) an den Sinus-Generator anschließen.
  258.      - Parallel zum  Referenzwiderstand Multimeter anschließen und auf Wechsel-
  259.        spannung einstellen, geeigneten Meßbereich wählen.
  260.      - Ausgangsspannung  des Generators so einstellen, daß genau 250 mV am Meß-
  261.        gerät abzulesen sind : Es werden  5 mV/Ohm  angezeigt, d. h. bei  50 Ohm
  262.        5mV/Ohm x 50 Ohm  = 250 mV.
  263.      - Referenzwiderstand  entfernen  und  stattdessen  Lautsprecherchassis an-
  264.        schließen. Meßwert ablesen und in Ohm  umrechnen ( bei  50 Ohm Referenz-
  265.        widerstand den Meßwert in  mV durch  5 teilen, der erhaltene  Zahlenwert
  266.        ist die Impedanz in Ohm).
  267. -
  268.  4.) Bestimmung der  mechanischen Güte ( Qms ),
  269.                 der  elektrischen Güte ( Qes ),
  270.             und der  gesamten     Güte ( Qts ) :
  271.  
  272.  
  273.                          Rm
  274.      - Berechnen : R0 = ─────
  275.                          Rdc
  276.  
  277.                    R1 = Rdc x √ R0
  278.  
  279.  
  280.      - Meßanordnung gegenüber 3.) nicht verändern.
  281.      - Frequenz f1 unterhalb der Resonanzfrequenz suchen, für die gilt, daß die
  282.        Impedanz Z = R1 ist. Frequenz notieren ( f1 ).
  283.      - Frequenz f2  oberhalb der Resonanzfrequenz suchen, für die gilt, daß die
  284.        Impedanz Z = R1 ist. Frequenz notieren ( f2 ).
  285.  
  286.      - Berechnen zur Konrolle : fs ≈ √ (f1 x f2)
  287.  
  288.        Ist die  Differenz zwischen gemessener und berechneter  Resonanzfrequenz
  289.        größer als 1 Hz so liegt wahrscheinlich ein Meßfehler vor.
  290. -
  291.      Bestimmung der  mechanischen Güte ( Qms ),
  292.                 der  elektrischen Güte ( Qes ),
  293.             und der  gesamten     Güte ( Qts ) :
  294.  
  295.  
  296.  
  297.                           fs x √ R0
  298.      - Berechnen : Qms = ───────────
  299.                            f2 - f1
  300.  
  301.  
  302.  
  303.                            Qms
  304.      - Berechnen : Qes = ────────
  305.                           R0 - 1
  306.  
  307.  
  308.  
  309.                           Qms
  310.      - Berechnen : Qts = ─────
  311.                           R0
  312.  
  313. -
  314.  5.) Bestimmung der Schwingspuleninduktivität ( L ) :
  315.  
  316.      - Meßanordnung gegenüber 3.) nicht verändern.
  317.      - Durch  Verändern der  Frequenz minimale Impedanz ( Zmin ) suchen und no-
  318.        tieren.
  319.      - eine höhere Frequenz wählen, bei der der Impedanzanstieg aber noch nicht
  320.        durch die Hystereseverluste abgeflacht wird  (ca. 5 KHz).
  321.      - Es wird die Impedanz ( Z ) bei der dazugehörenden Frequenz  ( f ) ermit-
  322.        telt.
  323.  
  324.  
  325.                                            Z - Zmin
  326.        Die Induktivität L ist dann :  L = ───────────
  327.                                            2 x π x f
  328.  
  329.  
  330.  
  331.             π = 3.14  ( Kreiszahl )
  332. -
  333.  6.) Bestimmung des Äquivalentvolumens ( VAS ) :
  334.  
  335.      - Chassis waagerecht auf einen Tisch legen und die Auslenkung, die ein auf
  336.        die  Membran gelegtes Gewicht (ca. 50 g bis 200 g) verursacht, messen.
  337.      - Die  Auslenkung ist auf  0,1 mm genau zu  bestimmen, das Gewicht auf 1 g
  338.        genau.
  339.  
  340.  
  341.                           14000 x L x A x A
  342.      - Berechnen : VAS = ───────────────────
  343.                                   M
  344.  
  345.  
  346.        mit VAS = Äquivalentvolumen in Kubikmeter,
  347.              L = Auslenkung der Membran durch das Gewicht in Meter,
  348.              A = Membranfäche in Quadratmeter,
  349.              M = Masse des Gewichtes in Kilogramm.
  350. -
  351.  7.) Bestimmung des Kraftantriebsprodukts ( Bl-Produkt ) :
  352.  
  353.      - Chassis waagerecht auf einen Tisch legen und auf die Membran ein Gewicht
  354.        legen. Dieses verursacht eine Membranauslenkung nach unten. Wird nun ein
  355.        Gleichstrom  durch  die  Schwingspule  geschickt, so wird bei  richtiger
  356.        Polarität die Membran das Gewicht wieder nach oben drücken und ihre alte
  357.        Ausgangslage erreichen. Den dazugehörigen Gleichstrom notieren.
  358.  
  359.  
  360.                                  M * 9.81
  361.      - Berechnen : Bl-Produkt = ──────────
  362.                                  I
  363.  
  364.  
  365.        mit M = Masse des Gewichtes in Kilogramm,
  366.            I = Strom in Ampere.
  367. -
  368. #
  369.