RMS-Belastbarkeit von Lautsprechern mit HPF

Die Angabe auf die du dich beziehst ist die elektrische Belastbarkeit. Die ist im grossen und ganzen unabhängig von Frequenz.
Was der HP ändert ist dass das Chassis weniger hubt, und deswegen langfristig weniger Wärme abführen kann. Wie gross die Auswirkung davon ist, darüber werden wir hier alle nur mutmassen können.

Bei PA-Tiefmitteltönern und Hochtönern sind im Bereich Bereich der maximalen elektrischen Belastbarkeit übrigens in fast allen Fällen die mechanisch bedingten Verzerrungen so hoch, dass du, wenn du ein funktionierendes Ohr hast, eh nie so laut aufdrehn wirst.
Ich zmd. hätte es noch nie erlebt, dass wer einen PA-MT oder -HT geschossen hätte, ohne dass er vorher über längere Zeit so laut aufgedreht hatte, dass Klirr und Kreisch vollkommen unaushaltbar waren.

Beim Subwoofer ist die Gefahr üblicherweise höher, da Verzerrungen in tieferen Frequenzen weniger auffallen, und man es somit (zmd. als Anfänger) weniger deutlich hört, wann sich das Material am Limit befindet. Aus der Praxis kann ich aber auch sagen, dass das mit ein bisl Feingefühl sehr wohl möglich ist, und die, die Subwoofer schiessen, meist völlig schmerzbefreite Saufkumpanen sind - mit ein bisl Hausverstand vermeidet man das einfach.
Wirklich schwer wird's nur beim frontloaded Horn, bei welchem Hub (= Verzerrungen) bedämpft werden, und durch die kleine geschlossene Rückkammer die Wärme auch nirgends hin kann.

Überschlägig kannst du davon ausgehen, dass die Hochtöner üblicher Beschallungsmöbel ca. 1/10 der Nennbelastbarkeit überstehen. Oben angesprochene Problematik bezüglich des reduzierten Hubs kann vor allem bei leistungshungrigen Langhubtreibern folgenreich sein, ich persönlich kenne das z.B. von Nexo PS15. Deine Leistungsangaben gehen da aber ja in eine andere Richtung. Umgekehrt kann ein entsprechender HPF mit seiner hubbegrenzenden Wirkung natürlich auch mechanische Schäden verhindern.

.... oder anders ausgedrückt wird - speziell das tieftonwiedergebende - Chassis ohne HPF die mechanische Belastbarkeitsgrenze lange vor der elektrischen erreichen.

Vielen Dank erstmal für eure Antworten.

Ja, genau, das ist ja in den meisten Fällen so, dass die mechanische Grenze vor der Elektrischen erricht wird. Deshalb ja auch der HPF, alles andere übernehmen die Subs.

Gut zu wissen ist schonmal, dass man die Leistungsgrenze deutlich wahrrnimmt. Ich denke, mein Gehör ist mittlerweile recht gut in dieser Richtung. Ich hänge eigentlich ununterbrochen mit einem Ohr am Lautsprecher (im übertragenden Sinne :D). Das kommt sicherlich auch daher, dass ich im Hifi Bereich viel mache.

Eine Aussage von stoneeh habe ich allerdings nichts ganz verstanden. Du sagst, dass die mechanische Belastbarkeit unabhängig von der Frequenz ist. Das kann ich nachvollziehen. Aber dadurch, dass das Chassis mit HPF weniger hubt, wird auch weniger Energie bei der gleichen Lautstärke benötigt, weil eben die energiereichen Frequenzen (großer Hub) nicht wiedergegeben werden. Dahin ging meine Fragestellung. Somit müsste es doch stimmen, dass z.B. der HT bei gleicher Leistung, die die Endstufe zur Verfügung stellt, mit HPF mehr belastet wird, oder nicht? (mal ganz abgesehen davon, dass man die Grenze hören würde, nur mal aus rein physikalischem Interesse)

gottschi0109 (Beitrag #5) schrieb:

Gut zu wissen ist schonmal, dass man die Leistungsgrenze deutlich wahrrnimmt. Ich denke, mein Gehör ist mittlerweile recht gut in dieser Richtung. Ich hänge eigentlich ununterbrochen mit einem Ohr am Lautsprecher (im übertragenden Sinne :D). Das kommt sicherlich auch daher, dass ich im Hifi Bereich viel mache.

Sehr schön. Mit funktionierendem Ohr und Hausverstand kann eigtl. nix schiefgehn. Speziell wenn du aus dem HiFi kommst. (Modernes) PA-Material hat üblicherweise im Vergleich deutlich höhere elektrische / thermische Reserven.

gottschi0109 (Beitrag #5) schrieb:

dadurch, dass das Chassis mit HPF weniger hubt, wird auch weniger Energie bei der gleichen Lautstärke benötigt, weil eben die energiereichen Frequenzen (großer Hub) nicht wiedergegeben werden. Dahin ging meine Fragestellung. Somit müsste es doch stimmen, dass z.B. der HT bei gleicher Leistung, die die Endstufe zur Verfügung stellt, mit HPF mehr belastet wird, oder nicht? (mal ganz abgesehen davon, dass man die Grenze hören würde, nur mal aus rein physikalischem Interesse)

Sicher, wenn du einen Teil des Signal wegfilterst, und sonst nix änderst, fliesst weniger Leistung in den Lautsprecher. Grundsätzlich stimmt das so. Die Endstufe stellt dann aber eben nicht die gleiche Leistung zur Verfügung, weil du eben einen Teil vom Signal entfernt hast - entweder vor der Endstufe via aktiver Filterung, wodurch die Endstufe also bei gleichem Gain weniger zu verstärken hat, oder in der passiven Weiche im Lautsprecher, wodurch in den jeweiligen Frequenzen der Widerstand so hoch wird, dass die Endstufe in diesen auch deutlich weniger leisten muss.

Die Endstufe stellt dann aber eben nicht die gleiche Leistung zur Verfügung, weil du eben einen Teil vom Signal entfernt hast - entweder vor der Endstufe via aktiver Filterung, wodurch die Endstufe also bei gleichem Gain weniger zu verstärken hat

Sehr gut, das ist eine sehr wichtige Information für mich. Genau darum ging es mir eben. Ich dachte nähmlich, dass die Endstufe mit HPF bei gleichem Gain dann die gleiche Leistung zur Verfügung stellt im Vergleich zur Variante ohne HPF.

Super, dann habe ich das für mich geklärt. Vielen Dank für die schnellen Rückmeldungen!

Hallo,

also eine Betrachtung über " Watt RMS " ist bei einer Einschränkung der Leistungsbandbreite wie genannt mit / ohne HPF um sagenhafte 0,5% in Herz kaum Sinnig ...

gibt auch genügend Leuts die bei Ihren Topteil TMTs durch zu hohen HPF die Schwingspulenüberhänge mit elektrischen 'Watts' grillen weil kein (Kühl) Hub des Chassis mehr statt findet. Die genaue Einbauresonanzfrequenz / Impedanzkurve seiner Topteile zu kennen ist daher nicht ganz unwichtig ...

WATT ...

P@Freak

Wenn man sich tiefer mit der Belastbarkeit von Lautsprechern (und auch der Leistungsabgabe von Endstufen) auseinander setzen will, kommt man meiner Ansicht nach schnell zu dem Punkt, an dem man sich von der Leistung lösen muss und besser in Spannung und Strom denkt.

Die Angabe einer Leistung ist ja nur ein Rechenkonstrukt mit der Absicht, einen komplexen Sachverhalt in eine Zahl zu pressen. Je mehr man ins Detail geht, desto weniger aussagekräftig wird dieser Wert.

Grundsätzlich hat jeder Lautsprecher eine maximale Eingangsspannung, die sowohl zeit-, als auch frequenzabhängig ist.
Eine Endstufe hat eine maximale Ausgangsspannung, die in der Regel nicht frequenzabhängig ist, aber zeitabhängig sein kann (und in den meisten Fällen auch ist). Zusätzlich kann eine lastabhängige Komponente dazu kommen, also eine Begrenzung durch ein Strom-Limit.

Daher bestehen ausgefeilte Lautsprecher-Setups aus mehreren Limitern oder Kompressoren mit unterschiedlichen Zeitkonstanten (Peak, Thermo), die per Side-Chain-Filter auch frequenzabhängig unterschiedliche Thresholds haben können. So etwas stimmt man aber nicht einfach anhand von Datenblättern oder simplen Simulationen ab, da fließt viel Entwicklungsarbeit rein.
Um die tatsächliche thermische Belastbarkeit eines Chassis im verbauten Zustand zu beurteilen, muss man sein Temperatur (bzw. die der Schwingspule) im Betrieb beobachten.

Der Einfluss eines HPFs ist sehr schwer zu quantifizieren. 2 Gedankenexperimente:
Du gibst ein Signal ohne HPF auf deine Endstufe, pegelst bis zum Clip. Jetzt fügst du den HPF hinzu und bist damit wieder ein paar dB vom Clip entfernt. Was hindert dich daran, den Eingangspegel jetzt weiter zu erhöhen, bis die Endstufe wieder voll ausgesteuert ist?
Du gibst ein bandbegrenztes Signal auf die Endstufe, dessen untere Grenzfrequenz weit oberhalb deines HPFs liegt. Die Ausgangsleistung der Endstufe ist damit unabhängig davon, ob der HPF gesetzt ist, oder nicht.

Nehmen wir dein Beispiel einer Endstufe mit 360 W an 8 Ohm und nehmen wir weiterhin an, dass diese Endstufe eine zeitunabhängige Ausgangsspannung hat. Dann liefert sie eine maximale Peak-Ausgangsspannung von ca. 76 V pk. Die 250 W des Chassis entsprechen bei 8 Ohm ca. 63 V pk. Auf diesen Wert könnte man jetzt limitieren. Damit ist theoretisch sichergestellt, dass auch bei einem kontinuierlichen Sinus die zulässige Belastbarkeit nicht überschritten wird.
Du siehst aber, dass wir bei der Rechnung einige Annahmen gemacht haben, die in der Realität nicht zutreffen werden. Die 250 W verträgt das Chassis sicher nicht bei jeder Frequenz und der Impedanzverlauf wird auch nicht einen über der Frequenz konstanten Wert liefern.

An der Stelle hilft ein Blick darauf, wie denn die Belastbarkeitsangaben der Chassis überhaupt ermittelt werden. Hier wird meistens nicht mit Sinus-Signalen, sondern mit bandbegrenztem Rauschen mit festgelegtem Crest-Faktor gearbeitet. Dies soll einem möglichst universelles Musiksignal entsprechen. Nehmen wir als Beispiel an, dass die 250 W mit einem typischen bandbegrenzten rosa Rauschen mit 6 dB Crest-Faktor ermittelt wurden.
Die 6 dB Crest-Faktor bedeuten, dass die Spitzenspannung im Rauschen doppelt so groß ist, wie der RMS-Wert. Das heißt, die Spitzenspannung, die das Chassis verträgt, beträgt beachtliche 126 V pk. Das kann deine Enstufe gar nicht liefern. So kommen nebenbei oft die Angaben der "Peak-Leistung" bei Chassis zustande.
Im Umkehrschluss heißt das, wenn du deine Endstufe nicht in den Clip fährst und keine extrem komprimierten Signale verwendest, bleibst du bei der durchschnittlichen Leistung deutlich unter dem, was dein Chassis verträgt.

An anderer Stelle haben wir kürzlich bereits diskutiert, welche Crestfaktoren in Musik üblicherweise auftreten und sind zu dem Schluss gekommen, dass man zwar Beispiele für weniger als 6 dB finden kann, diese jedoch eher die Ausnahme, als die Regel darstellen.
Daher ist eine Limitierung auf die mechanische Belastungsgrenze (Peak) als erster Schritt wichtiger, als die Limitierung auf die thermische Belastbarkeit. Diese wird dann relevant, wenn die angeschlossene Endstufe auch in der Lage ist, bei einem Signal mit "normalem" Crestfaktor eine durchschnittliche Leistung zu liefern, die dem Chassis gefährlich werden kann.

Lange Rede, kurzer Sinn: Im Detail ist das Thema sehr komplex und wer seine Lautsprecher maximal ausreizen will, muss wirklich in die Tiefe gehen. In der Regel reicht aber eine abschätzende Betrachtung anhand der Peak und RMS-Werte aus und im Zweifel setzt man halt den Peak-Limiter etwas konservativer. Das letzte dB wird überschätzt, gerade wenn man sich vor Augen (oder besser Ohren) hält, dass der Lautsprecher in dem Bereich vermutlich eh schon um sein Leben brüllt und akustisch im Grunde nicht mehr sinnvoll nutzbar ist.

Kurz noch ein Addendum zum Thema Belastbarkeitsangaben von Chassis: die AES Angaben zB werden Free Air ermittelt, afair mit Frequenzen von fs bis etliche Oktaven darüber. Das bedeutet maximale Kühlung sowohl durch ideale Wärmeabfuhr aus dem Chassis (viel Hub, weil Signal mit tiefen Frequenzen und keine Luftfeder hinter der Membran) und vom Chassis (kein Gehäuse, in dem sich die Wärme aufstauen könnte). Wie sich eine solche Belastbarkeitsangabe in die Praxis überträgt, darüber darf man rätselraten.

Leider übernehmen Hersteller auch oft die Belastbarkeitsangabe des Chassis direkt für ihre Lautsprecherboxen. Also wenn zB ein Tieftöner von dessen Hersteller x mit 1800 Watt angegeben ist, baut Hersteller damit einen BR- oder Horn-Sub und schreibt die gleichen 1800 Watt drauf.
Oder bei Tops kommts auch öfters als nicht vor, dass die Leistungsangabe 1:1 der des Tiefmitteltöners entspricht.

Wie eh schon geschrieben wurde, einfach ist nichts davon. Eigtl. muss man ALLES selbst eruieren / testen, wenn man das meiste aus dem Material herausholen will, und gleichzeitig auf Nummer sicher gehen will. Das fordert verdammt viel Knowhow und Hingabe.
Darum hab ich anfangs gleich von diesem Zahlenspiel abgesehen und zu Limit per Ohr geraten. Ich denke der grösste Fehler den man begehen kann ist sich als Amateur einzubilden man ist auf der sicheren Seite weil man Einstellung x im Controller auf den und den Wert gesetzt hat, und diese Einbildung über die eigenen funktionierenden Sinne zu stellen. So ala "okay, hört sich zwar an als würd's gleich explodieren, aber Limiter ist ja gesetzt, kann ja nix sein" - ich glaub grad so eine Vorgehensweise ist die Ursache für viele Defekte.

Weiterhin darf nicht vergessen werden, die äußeren Rahmenbedingungen gebührend zu berücksichtigen. Steht oder hängt der LS - wie bei Line Arrays üblich - im freien in der prallen Sonne, so kann zumindest ich mir gut vorstellen, das im Gehäuse Temperaturen von 60°C und mehr, ohne Lautsprecherbetrieb, keine Seltenheit sind.

Vielen Dank @stoneeh und @the_flix für eure super detaillierten Ausführungen.
Das finde ich echt super spannend und interessant. Ich muss mich wahrscheinlich damit zufrieden geben, dass ich nicht alles ganz genau verstehen kann was passiert, auch wenn das gegen mein Gemüt geht :-).

Auf jeden Fall bin ich schonmal wesentlich schlauer als zuvor und ganz wichtig: Ich verlasse mich auf meine Ohren!

Es wäre ja dann eine gute Möglichkeit die Lautsprecher bis an den Punkt zu fahren, an dem das Ohr "HALT" schreit und dort den Limiter zu setzen bzw. etwas darunter, oder nicht?

gottschi0109 (Beitrag #12) schrieb:

Es wäre ja dann eine gute Möglichkeit die Lautsprecher bis an den Punkt zu fahren, an dem das Ohr "HALT" schreit und dort den Limiter zu setzen bzw. etwas darunter, oder nicht?

Nö. Deine Ohren sind kein Maßstab und funktionieren jeden jeden Tag anders.

Es gibt eine Reihe von Indizien für korrekte Limitersettings, aber keine für alle Situationen sichere Methode. Verschiedene klangliche Artefakte gehören da genauso dazu wie ausufernde Berechnungen. Selbst die Premiumhersteller scheitern daran, vernünftigen Output auf Marktniveau mit der Betriebssicherheit unter einen Hut zu bekommen. Man sieht das unter anderem daran, dass ich in den letzten Jahren eine hohe dreistellige Zahl an Ersatztreibern und Reconings eines dieser Hersteller verbaut habe, ohne jemals dafür zu bezahlen. Und das gilt für ein komplett geschlossenes zugenageltes System aus Systemamps und Boxen. Und für Presets, in die die Erfahrungen aus vermutlich einigen tausend verkohlten Schwingspulen eingeflossen sind.