Belastbarkeiten & Limiter - AES und RMS - Nennbelastbarkeit/Nominalbelastbarkeit

PA Lautsprecher, dazugehörige Setups und ganze Systeme

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#1

Beitrag 19. Jun 2019 15:18

Servus,

da wird das Thema in der FB-Gruppe hatten, will ich dies auch mal hier anschneiden, bzw. eher ausführlicher behandeln.
Da es immer wieder Verwirrung um AES und RMS-Belastbarkeit gibt.



Die AES-Methodik habe ich mal grob zusammengefasst aus der AES2 der Audio Engineering Society, Inc..

LF-Chassis wird Free-Air montiert (Laut AES praktikabler als ISO-Baffle).
Horizontal mit Pappe nach vorne.
Als Signal wird PN genutzt, allerdings bandlimitiert.
Empfohlen wird hier eine Bandbreite von einer Decade aufwärts,
ab der untersten Einsatzfrequenz des jeweiligen Chassis.
Der Bandfilter muss 12dB/Okt. betragen und BW Charakteristik aufweisen.
Das Peak-RMS Verhältnis vom PN sollte 2:1 betragen, also 6dB (Crest).
Hierbei wird die Ausgangsspannung des Verstärkers ebenfalls per True-RMS (und Peak per Oszi) abgelesen.
Der Hersteller sollte dabei die -3dB Frequenzen mit angeben (Bandfilter).
Das Chassis muss im warmen Zustand sein/Betriebstemperatur.
Ermittelt wird die Leistung zum Quadrat der EffektivSpannung (rms).
Ermittelt wird per True-RMS Voltmeter und durch Zmin geteilt. (Also weder Re noch Znom)
Die gemessene/angegebene Leistung ist diese, welche das Chassis über mindestens 2 Stunden
übersteht und dabei akustisch, mechanisch oder elektrisch keine permanenten Änderungen größer als 10% erleidet.
Der Hersteller muss die Informationen mit beischreiben, vor allem bei einer Abweichung der Messmethodik.



RMS:
Auszug aus Wikipedia:
"Der Effektivwert wird als eine Form des quadratischen Mittelwerts und abgekürzt auch als RMS für englisch Root Mean Square bezeichnet. Die RMS-Leistung ist die mittlere Leistung über einem vorgegebenen Frequenzband, wobei das Signal, aus dem die RMS-Leistung errechnet wird, ein rosa Rauschen innerhalb des Frequenzbands ist. Der quadratische Mittelwert ist die wesentliche Größe für die thermische Bemessung einer Leistungsgröße."
Somit schaut das relativ ähnlich zu AES aus, jedoch ohne genaue Richtwerte, wie auch ohne Zeitfaktor.



Belastbarkeit nach IEC 60268-5 - Rated noise power (Auch "power handling capacity”)

Die Charakteristik muss hier spezifiziert werden.(Wie in 3.2.1)
Berechnet wird mit der Formel Un²IR, wobei Un der bewerteten Rauschspannung (rms) entspricht und R der bewerteten Impedanz.

Mit dazu (bzw, davor) gehört wohl auch Punkt 17 "Rated noise voltage"
Hier haben wir "Long-Therm" und "Short-Therm"

Gemessen wir mit PN, welches nach IEC 60268-1 gewichtet wird.
Gemessen wird ohne Schallwand, außer der Hersteller hat dies mit angegeben, ebenso mit einem Bandfilter, wird einer genutzt, muss dies mit angegeben werden.
Der Lautsprecher muss in einem Klimatisierten Raum (Siehe IEC 60268-1)
Die Peak-RMS Ratio miss 1,8 bis 2,2 betragen (Also ähnlich AES, ca 6dB Crest)

Insgesamt muss hier 100h gemessen werden.

Short-Therm
Die maximale Spannung, welcher der Lautsprecher 1s ohne Schaden übersteht.
Dieser Test muss 60x wiederholt werden, mit einem Intervall von einer Minute.

Long-Therm
Die maximale Spannung, welcher der Lautsprecher 1min ohne Schaden übersteht.
Dieser Test muss 10x wiederholt werden, mit einem Intervall von zwei Minuten.



Nennbelastbarkeit:
Wird gerne bei HiFi genutzt, manchmal kann man's nachlesen wie gemessen wurde.
Zum Großteil wird hier aber wohl PN genutzt, ebenfalls bandlimitiert

Nominalbelastbarkeit:
Bin ich nicht ganz durchgeblickt, soll wohl aber die Belastbarkeit sein ohne Bandfilter,
liest man eher selten und wenn dann bei HiFi.




Jetzt zum Knackpunkt:
- 18 Sound & B&C misst mit der nominellen Impedanz, weicht also ab.
- Sica, Oberton & Faital misst mit Zmin und halten sich strikt an AES
- Ohne genaue Angabe, aber mit Verweis auf AES2-1984 (r2003. Also Zmin): A&D, Beyma, BMS, Fane, Lavoce, P.Audio
- Eminence hat seine eigene Methode (EIA 426A)


Am Ende ist die Sache doch genau so wie beim Xmax:
Immer in's Datenblatt vom Hersteller schauen und die Anmerkungen lesen, diese sind schließlich nicht umsonst abgedruckt ;)


- Im PA-Bereich sind wir und also wohl schon mal relativ einig, da nutzen eigentlich alle AES, oder das Messverfahren geht in eine sehr ähnliche Richtung,
zumindest geben Hersteller hier ihre Messmethodik mit an und man kann sich informieren.
- Im HiFi-Bereich schaut das wieder anders aus, da liest man gerne "Nennbelastbarkeit", oder "Nominalbelastbarkeit" ohne jegliche weitere Informationen darüber, oder eben nur recht Spärliche.
- RMS-Angaben finden wir dagegen eher im HiFi-Bereich und nur noch selten bei PA.
Leider geben einige hier ihre genaue Messmethodik nicht mit an.
Ich persönlich finde aber, dass man RMS mit AES ziemlich gleichsetzen kann.



Warum das Ganze:
Da immer wieder Diskussionen über Limitereinstellungen stattfinden und oftmals Verwirrung und/oder Halbwissen herrscht/verbreitet wird.
Somit starten wir hier drüber doch mal eine Diskussion und tauschen uns aus.



Meine Meinung zu Limitersettings:
Setzen wir einfach nur einen Peaklimiter auf die RMS/AES-Belastbarkeit, fahren wir ziemlich sicher, als behalten auch recht gut unseren Dynamikumfang.
Wer kein Dauerrot fährt, kann auch diesen auch bedenkenlos 50% höher ansetzen, könnte aber in der Vermietung
evtl. kritisch werden, falls der Rotlicht-DJ besoffen zu Werke geht :D

Der Peaklimiter schneidet strikt bei einer festen Spannung ab, das heißt, sofern die LED ganz leicht anblinkt,
haben wir nur Peaks bei dieser Leistung, die Durchschnittliche Belastung liegt dann mindestens 50% (3dB), eher sogar 6dB darunter.
Klingt also erst mal gesund ;)

Nutzen wir dagegen RMS Limiter und Peaklimiter zusammen, können wir den RMS-Limiter auf RMS/AES limitieren und den
Peaklimiter 3dB höher ansetzen. Meine Empfehlung wäre allerdings den RMS Limiter auf -3dB zu setzen, damit man mehr Dynamik hat, ergo klanglich besser!

Vom ein oder anderen Hersteller habe ich auch schon DSP-Settings hier gehabt, da wird der Peaklimiter gerne auf +6dB gesetzt,
jedoch halte ich das für extrem ungesund! Auch wenn reine Peaks Elektrisch verkraftet werden, ist nicht gesagt, dass dies auch
mechanisch drin ist und schon überhaupt nicht auf Dauer gesehen.

Hierbei sollte man auch noch die Power-Kompression bedenken, von den 3dB oder 6dB Dynamik bleiben gar net mal so mega viel übrig,
jedenfalls nicht sofern das Chassis eh schon am Anschlag läuft.


Ich finde man sollte auf die letzten 2dB verzichten und dafür einen klanglich ausgewogenen/dynamischen Klang, als auch Betriebssicherheit vorziehen.
Ein guter Kompromiss in meinen Augen wäre ein Peaklimiter auf +1,5dB und in Kombination einen Thermolimiter gegen Rotlicht.


Ich gebe keine Garantie auf meinen Beitrag, Korrekturen und Ergänzungen sind erwünscht.
Mit freundlichen Grüßen
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junky88
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#2

Beitrag 20. Jun 2019 16:18

Das soll ebenfalls als Beitrag zur Diskussion verstanden werden und erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit oder absolute Richtigkeit.

Zunächst zur Begrifflichkeit RMS-Leistung:
Auch nach Studium des Artikel bei Wikipedia würde ich mich der dortigen Beschreibung nicht unbedingt anschließen. Ich besitze beide angegebenen Quellen für den Artikel. Beide beschreiben nicht (oder nur gröbst zusammengefasst) was im Artikel steht. "RMS" wird im Buch nur als mathematische Größe eingeführt und ist nichts anderes als der Effektivwerts eines Signals. Dort ist (zumindest soweit ich beim überfliegen des restlichen Buches gerade finden konnte) überhaupt kein Bezug von RMS zur Belastbarkeit aufgestellt worden. Allerings mag ich nicht ausschließen, dass ich ihn nur gerade nicht gefunden habe.

Die angegebene Norm beschreibt eine ganz andere Art der Belastbarkeit über verschiedene Zeitabschnitte (1s, 1m, 1h) und dort ist auch der Begriff "Nennbelastbarkeit" definiert als Synonym für "maximale Rauschleistung". Leider befindet sich in der Norm nur ein Verweis zur IEC 60268-1 für die Art des verwendeten "Rauschsignals". Leider bin ich nicht im Besitz selbiger. Falls jemand diese Besitzt, wäre es schön zu wissen, was dort über das in Messsignal für das Verfahren nach IEC 60268-5 steht.

MEIN Verständnis von RMS-Leistung ist also weiterhin das es sich um eine Leistung handelt, die aus einem Effektivwert eines Signals ^2 geteilt durch einen Wiederstand (Re, Rmin, Rnom, what ever) ergibt, handelt. Das wäre ganz allgemein immer gültig und würde den Wert zu einem Leistungswert, der sich als Beispiel aus dem Spitzenwert eines Signals errechnet abgrenzen. (Wie es je nach Leseweise zum Beispiel in der Norm für lang- und kurzzeitige Belastung angedeutet scheint.)

Inwiefern, dann "RMS-Leistung" noch der korrekte Begriff ist sei dahin gestellt.

Der Zusatz "AES" sagt dafür für mich nur aus, dass das Ermittlungsverfahren verwendet wurde, dass von der AES "vorgeschlagen" wird, in einer der möglichen Fassungen. Daher steht die Kurzschreibweise RMS zu AES (nach meiner Auffassung) zueinander wie dB zu SPL als Beispiel. Das eine ist die Einheit und das andere der Bezug. Oder als anderes Beispiel Liter und Milch.

Man könnte damit allgemeiner zur Unterscheidung welches Signal der RMS-Ermittlung zugrunde liegt, welcher Widerstand verwendet wurde, welche Zeiten genutzt wurden und welche anderen Besonderheiten vorlagen sich angewöhnen die Leistung als RMS XYZ anzugeben. AES alleine ist zwar kürzer, aber welche Revision verwendet wurde wäre schön. Oder sowas wie "RMS B&C" als Beispiel, wenn Hersteller ihre eigene Variante der Ermittlung wählen.

Wenn hier eine ausreichend genaue Auflistung aller Varianten existiert könnten eher Leistungsvergleiche für Diskussionen genutzt werden. Evtl ergeben sich dann auch praxisrelevante Wege sie "umzurechnen".

Der Wikipedia-Artikel ist aus meiner Sicht zumindest nicht ausführlich genug.

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Zum Thema Belastbarkeit:

Sowohl die Norm, als auch die AES sieht eine Unterscheidung der Belastung von Chassis und selbigen in Lautsprechern vor. Das setzt sich im Selbstbaubereich leider nicht fort. Gerade was die Langzeitwirkung angeht unterscheiden sich dort freie Komponenten doch sehr von ihrem eingebauten Gegenstück.

Da diese Werte meist unter denen der Chassis liegen, kann ich die Hersteller/Konstrukteure ja verstehen, es nicht anzugeben, aber dadurch fördert man diese Ansicht halt noch. Mache ich bei meinen Konstrukten ja auch nicht anders, gebe dann aber entsprechende Limiterempfehlungen.

Es bräuchte eigentlich eine Balastbarkeit bis X-Max (dann aber als Peakleistungsangabe oder sinnvoller als Spannungsangabe) in Verbindung mit einer Hochpassempfehlung und dazu die dauerhafte elektrische Belastbarkeit. Eben als Kennwerte der gebauten Kombination von Chassi und Gehäuse. Ein Horn sich hier deutlicher unterscheiden, als eine BR-Konstruktion die den Magneten außen trägt. Aber es würde zu mehr Betriebssicherheit führen.
(Das bezieht sich natürlich vorwiegend auf Subs und Topteile mit TMTs und weniger auf HFs)


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Zum Thema Limiter:

Ich halte es ähnlich wie oben beschrieben und limitere zwischen der RMS-Leistung (manchmal sogar drunter) und der 2x RMS-Leistung mit einem Peaklimiter (Je nach Hub und Thermischem Verhalten im Gehäuse). Ich sehe aber nicht wie ein RMS-Limiter bei einem Threshold 3dB unter dem Peaklimiter überhaupt arbeiten soll. Er würde erst anspringen, wenn das Signal den Sinusförmigen Zustand verlässt und zur Rechteckspannung wird. Das wiederum ist für mich ein Fehlerfall, aber klar, für den Fall kann man ihn ja setzen, wenn er einmal an Board ist. Mehr Sinn macht er für mich aber wie oben beschrieben 6dB unter dem Peaklimiter (sofern dieser eben nicht auf mehr als 2xRMS gesetzt ist).

Je nach Gehäuse macht es sogar Sinn einen Limiter mit langer Zeitkonstante noch tiefer anzusetzen.

Schade ist weiterhin, dass ein schützender Hochpass in den DSPs nicht hinter dem Limiter sitzt, das lässt sich aber wohl nicht ändern.
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#3

Beitrag 20. Jun 2019 22:37

Belastbarkeit nach IEC 60268-5 - Rated noise power (Auch "power handling capacity”)

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Insgesamt muss hier 100h gemessen werden.

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Long-Therm
Die maximale Spannung, welcher der Lautsprecher 1min ohne Schaden übersteht.
Dieser Test muss 10x wiederholt werden, mit einem Intervall von zwei Minuten.



Was ich nicht herauslese ist, ob anhand Rnom, Re oder Zmin ermittelt wird.
Ansonsten relativ ähnlich zu AES, also PN mit 6dB Crest und Spannung als RMS.
Jedoch sind hier die Zeiten anders und alles etwas anders/weniger definiert.

junky88 hat geschrieben:
20. Jun 2019 16:18
Je nach Gehäuse macht es sogar Sinn einen Limiter mit langer Zeitkonstante noch tiefer anzusetzen.
Das wäre dann der Thermolimiter. :top: - Zeitkonstante -> Attack
Mit freundlichen Grüßen
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#4

Beitrag 21. Jun 2019 09:57

Ja genau. Ich find nur den Begriff "Thermo" so einschränkend. Ein "RMS" Limiter ist ja im Prinzip das gleiche nur mit kürzerem Attack. Rein theoretisch könnte man mit dieser Art von Limiter ja auch nen Leq Level anpeilen und denn dann LEQ-Limiter nennen oder so ^^
Darum nutze ICH lieber allgemeinere Begriffe.

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Vielen Dank für die Informationen aus der 60268-1 zur Art des Rauschens. Ich hab halt nur die 60268-5 (in deutscher Ausführung, daher halt mit den deutschen Begriffen - Eigentlich schade, dass dort nicht zumindest auf die englischen Entsprechungen verwiesen wird, da diese doch gebräuchlicher sind).

In der deutschen Version steht bezüglich des R, dass es sich um die Nennimpedanz handeln soll. (nach 18.1)

"ANMERKUNG 2 Die Nenn-Rauschleistung darf auch „Nennbelastbarkeit“ genannt werden."

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Die Art der Belastbarkeit in Long und Short Term wird ja auch in EASE verwendet. Nur scheint es halt sonst keine nennenswerte Verbreitung gefunden zu haben, obwohl der Wert für 1s wahrscheinlich noch besser im Datenblatt aussieht als der RMS nach AES gemessene.
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