Warum wird der Kernschalldruckpegel aka Wirkungsgrad nicht mit Rauschen gemessen?

[anphex]

Hi Leute!

Der Kernschalldruckpegel - oder umgangssprachlich Wirkungsgrad bei Lautsprechern - wird laut Wikipedia mit einer festen Frequenz gemessen, z.B. 2 Khz.

Daraufhin habe ich mich gefragt: "Ist diese Angabe dann zur Orientierung nicht totaler Schwachsinn und sinnlos, wenn eine Box variable Impedanz hat und dieser Wirkungsgrad exakt nur bei einem speziellen Sinuston wahr ist?"

Gedanken hab ich mir dazu gemacht, seitdem ich testweise an die NV170 mal eine Zeit lang einen kleinen süßen Verstärker mit ca. 125Watt Leistung dranhatte. Das war kein Problem, bis ich mal einen Film gesehen habe. Da die NV170 bei mir auch den LFE mitmachen, gab es da natürlich massive tieffrequente Spitzen.

Bis zum Ende des Films ist mir die Endstufe 3 mal auf Sicherheitsschaltung gegangen, woraufhin ich dann wieder auf meine Haupt-Endstufen zurückgestöpselt habe.

Wenn ich das richtig sehe, habe die allermeisten Lautsprecher ihre Impedanzspitzen im Bereich 20-200 Hz. Wenn eine 4-Ohm-Box also einen ungefähren Wirkungsgrad von, sagen wir, 90 dB/1W hat, dessen Impedanz dann aber bei 30 Hz eine Impedanzspitze von 32 Ohm hat, dann wäre der Wirkungsgrad ja gleich bei ca. 81 dB. Hier wird von der Endstufe also gut das ca. 8-Fache der Leistung abverlangt. Rechenfehler vorbehalten.

Spielt man somit nicht Wirkungsgrad-Lotto, sofern man nicht den Impedanzverlauf kennt?
Könnten die Hersteller die Angabe nicht realistischer machen, indem der Wirkungsgrad mit Pink Noise gemessen wird, wo eben alle Frequenzen da sind und ein "Musiknahes" gemischt getestet wird?

[Indianer]

mit welchem Signal gemessen wird weiß ich nicht, aber die Impedanz hat mit der Effizienz der Umsetzung elektrischer Energie in Schallenergie herzlich wenig zu tun ... um bei deinem Beispiel zu bleiben, nein, man braucht nicht die 8-fache Leistung, vereinfacht gesagt braucht man die 2,8-fache Spannung (quadratischer Zusammenhang), es fließt aber nur der 0,35-fache Strom, die Leistung bleibt die gleiche ... und nachdem die Kupferverluste proportional zum Quadrat des Stroms sind, wird der Kennschalldruck vulgo Wirkungsgrad sogar eher besser

[anphex]

mit welchem Signal gemessen wird weiß ich nicht, aber die Impedanz hat mit der Effizienz der Umsetzung elektrischer Energie in Schallenergie herzlich wenig zu tun ... um bei deinem Beispiel zu bleiben, nein, man braucht nicht die 8-fache Leistung, vereinfacht gesagt braucht man die 2,8-fache Spannung (quadratischer Zusammenhang), es fließt aber nur der 0,35-fache Strom, die Leistung bleibt die gleiche ... und nachdem die Kupferverluste proportional zum Quadrat des Stroms sind, wird der Kennschalldruck vulgo Wirkungsgrad sogar eher besser

Also ist hier mein Gedankengang falsch? 85 dB/1W bei 2Khz wäre dann also auch ca. 85dB/1W bei 20 Hz?

[Indianer]

nein, ich meine dass der Impedanzgang des Lautsprechers über der Frequenz im Rahmen der Laststabilität des Verstärkers für den Wirkungsgrad vulgo den Kennschalldruckpegel nicht entscheiden ist

und zur Messmethode sagt http://www.sengpielaudio.com/Rechner-wi ... nnimpedanz.

Der Kennschalldruck bei einem Lautsprecher ist der mittlere Schalldruck zwischen 125 Hz (250 Hz) und 4 kHz (8 kHz) in einem definierten Abstand - beim Anlegen einer konstanten Spannung - gemessen in dB pro Watt und Meter.

[Weyoun]

Am Ende ist doch nur wichtig, was für eine Frequenzkurve mit dem Mikrofon gemessen wird und diese Messung findet statt über das gesamte hörbare Spektrum bei konstantem Vorstufen-Pegel. Und diese Kurve ist recht glatt (minimal wellig mit kleineren Hügeln und Tälern).

Warum ist das nun so? Die Frequenzweiche (je nach Anzahl der Wege mehr oder minder komplex) ist über komplexe Hoch-, Tief- und Bandpassfilter sowie Saugkreise so ausgelegt, dass bei Impedanz-Maxima viel Energie in die Schwingspule fließt (es wird wenig in Wärme verbraten) und bei Impedanz-Minima dagegen viel Energie in Wärme verbraten wird (und somit weniger in die Schwingspule kommt). Am Ende kommt trotzdem ein nahezu lineares Signal zwischen den beiden -3dB-Punkten heraus.

Parallel dazu sind die Schwingspulen selber ja auch nicht konstant gleich bzgl. Impedanz und Induktivität, sondern immer nur bezogen auf einen nominalen Wert. Beides (Frequenzweiche der einzelnen Zweige und die Schwingspulen) müssen nun so gegeneinander abgestimmt werden, dass am Ende ein linearer Verlauf herauskommt.

Fazit: Der "Wirkungsgrad" bei 1 kHz und 1 Watt in 1 m Entfernung ist sehr wohl geeignet, den gesamten Lautsprecher bewerten zu können.

[anphex]

Okay, aber trotzdem sind das ja spezifische Frequenzen, und gerade im Bereich unter 125 Hz wir's ja erst interessant, da dort doch die größte Leistung in der Regel verlangt wird, oder? Da wären wir wieder bei Threadtitel - wieso nicht einfach ein pinkes Rauschen im Vollspektrum nehmen?

So wüsste man doch relativ genau, welchen Musikpegel man bei einer gewissen Leistung erwarten kann. Und nicht die Leistung in einem unrealistischen abgespeckten Bereich.

@Weyoun Whoops, jetzt haben wir fast zum selben Zeitpunkt gepostet. Mein Text gilt noch auf das von Indianer.

[Weyoun]

Stimmt, du hast schneller geantwortet, als ich meinen Text editieren konnte.

[D. Djekic]

Hallo anphex,

den Wirkungsgrad mit einem Rauschsignal zu messen, ist ein interessanter Ansatz, der sich auch tatsächlich umsetzen ließe. Daraus müsste man aber einen neuen Messstandard generieren, da diese Methode auf jeden Fall vereinheitlicht werden müsste. Würde man Rosa Rauschen als Messsignal verwenden, hätte ein Lautsprecher mit einer tieferen unteren Grenzfrequenz einen höheren Schalldruck, da Rosa Rauschen bei tiefen Frequenzen eine hohe Leistungsdichte hat. Das wäre sicherlich keine falsche Betrachtung, bei der unsere Lautsprecher aufgrund ihrer sehr tiefen unteren Grenzfrequenzen sehr gut dastehen würden. Um vergleichbare Werte mit der sonst üblichen Methode zu bekommen, müsste man das Rauschen zu tiefen und hohen Frequenzen hin filtern. Damit komme ich gleich zur nächsten Frage:

Der Kennschalldruck wird in der Praxis nicht auf eine Frequenz bezogen, sondern entspricht dem gemittelten Schalldruck in einem gewissen Frequenzbereich. Indianer hat oben bereits richtig zitiert.

Hier steht auch noch etwas dazu: viewtopic.php?f=1&t=6096

Den Kennschalldruck bezieht man in Wirklichkeit auf die Spannung, die am Lautsprecher anliegt. Die angegebene Leistung ist nur eine Kunstgröße und entspricht der Leistung, die in einem gedachten Widerstand in der Größe der Nennimpedanz umgesetzt werden würde: (2 V)²/(4 Ohm) = 1 W. Dazu habe ich hier etwas geschrieben:
viewtopic.php?p=1085177#p1085177

Zur Charakterisierung des Kennschalldrucks, oft auch Wirkungsgrad genannt, wird eine Spannung verwendet, mit der 1 Watt an einem Widerstand, der so groß wie die Nennimpedanz des Lautsprechers ist, umgesetzt werden würde. Allein diese komplizierte Formulierung zeigt schon, dass das mit diesem einen Watt eine Kunstgröße ist. Ein Lautsprecher ist kein Widerstand, sondern eine frequenzabhängige Impedanz (mit Wirk- und Blindanteil). Ein Lautsprecher wird immer an einer Spannungsquelle betrieben. Wie viel Watt (also Wirkleistung) bei einer gewissen Spannung an einem gewissen Lautsprecher umgesetzt wird, ist sowieso signalabhängig. In Wirklichkeit bezieht man sich immer auf die entsprechende Spannung:

Der Kennschalldruck eines 4-Ohm-Lautsprechers wird mit 2 V gemessen/angegeben, da 2 V an 4 Ohm einen Strom von 0.5 A erzeugen und somit eine Leistung von 1 Watt an dem 4-Ohm-Widerstand umgesetzt wird. Der Kennschalldruck eines 8-Ohm-Lautsprechers wird dementsprechend mit 2,83 V gemessen/angegeben. Bei 2,83 V wird an einem Widerstand von 4 Ohm tatsächlich die doppelte (= +3 dB) Leistung umgesetzt - also 2 W. Es besteht zwischen den Angaben des Kennschalldrucks bei 2 V und 2,83 V immer nur eine Differenz von 3 dB.

In der Branche ist es schon seit Langem üblich, den Kennschalldruck von 8-Ohm- und 4-Ohm-Lautsprechern mit 2,83 V zu charakterisieren. Natürlich sind bei 2,83 V die 4-Öhmer den 8-Öhmern um +3 dB im Vorteil. Aber diese Verwirrung wurde schon lange gestiftet und wir können uns nur daran adaptieren und versuchen, für unsere Kunden den Vergleich zu Konkurrenzprodukten nicht unnötig schwer zu machen.

Um unseren Kunden eine einfachere Vergleichbarkeit zu bieten, haben wir uns entschlossen, den Kennschalldruck für beide Spannungswerte anzugeben, also bei 2 V und bei 2,83 V. Dabei entsprechen die 2 V dem Kunstwert 1 W. Momentan ist auf nuboxx.de der Kennschalldruck bei 2,83 V angegeben, aber wir werden beide Angaben dann auf der Homepage und in der Bedienungsanleitung machen. Wir hoffen, dass wir durch beide Angaben dem Kunden ersparen, eine Grundlagenvorlesung in Elektrotechnik hören zu müssen, um mit dieser Verwirrung klar zu kommen. Oder vielleicht ist mein Beitrag so verwirrend, dass ich es nur noch schlimmer gemacht habe.

[anphex]

Also gibt es dieses Verfahren, um möglichst viele Lautsprecher gleichzustellen und einen Bereich zu messen, den die allermeisten Boxen wiedergeben können? Das macht Sinn, klingt aber irgendwie historisch, fast wie von einer Zeit, wo Lautsprecher einfach nicht so tief kamen.

Mein Bauch sagt mir immer noch, dass mein vorgeschlagener "Pink-Noise-Efficiency"-Wert definitiv den Verstärkerkauf erleichtern würde.

Gemessen an den NV170 mit 85dB/1W hätte der kleine, süße Topping PA5 mit 125 Watt maximum ja ca. 106 dB schaffen müssen. Der FIlm war allerdings weit entfernt von "laut", ich schätze mal 88dB Peak, und trotzdem ist er bei jedem bäseren LFE Effekt ausgestiegen.

Hätte man nun z.B. den Wert "76 dB/1W @ Pink Noise" ,hätte man im vornherein das Experiment lassen können. Dann dann ist klar, dass für ordentlich low end einfach mehr gebraucht wird.

Edit: Stimmt, mir fällt auf, da müsste genormt werden. Ist die Grenze dann 20 Hz? 40 Hz? Ansonsten bringt dieser Wert ja auch wenig.

Wenn ich hier nach wie vor etwas total falsch verstehe, gern korrigieren!
Und das ist auch nirgends eine Kritik, im großen und ganze denke ich hier nur laut und frage direkt im Anschluss.

[Chris 1990]

Wer Lautsprecher für über 3000€ kauft sollte eigentlich schon etwa wissen was er will, welche Pegel man möchte, und sich die Leistungsdaten anschauen was der Lautsprecher so verträgt.

Ja, den meisten reichen auch bei solchen LS 100 Watt Verstärker, aber irgendwie wieder alles seltsam.