mechanische und elektrische Belastbarkeit

Oft wird in diesem Forum gerade von Anfängern mit der elektrischen Belastbarkeit argumentiert.
Dass diese in der Praxis nur in Ausnahmefällen eine Rolle spielt, wissen die wenigsten.
Ich schreibe diesen Beitrag, um für etwas Aufklärung zu sorgen.
Ihr könnt diesen Beitrag gerne verlinken, wenn diese Frage irgendwo auftaucht, ich erkläre das Thema möglichst anfängerfreundlich. dann müsst ihr euch deswegen nicht die Finger wund schreiben.
den Beitrag werde ich später oben pinnen.
Wenn euch noch etwas dazu einfällt, oder ihr Fragen habt, schreibt es.

Zuerst etwas zum Funktionsprinzip
Die Membran eines dynamischen Lautsprechers wird von einer Schwingspule angetrieben, die auf einen Träger gewickelt ist. Der Träger ist mit der Membran verbunden, die Schwingspule befindet sich in einem Magnetfeld.
Fließt ein Strom durch die Schwngspule, erzeugt diese (wie jede stromdurchflossene Spule) ein Magnetfeld. Nun haben wir zwei Magnetfeler, das des Magneten und das der Spule. Diese stoßen sich ab, oder ziehen sich an. Durch diese Kraft wird die Membran des Lautsprechers bewegt.

Elektrische Belastbarkeit
Die gibt nichts weiter an, als die Leistung, die durch die Schwingspule fließen kann, ohne dass sie durch brennt.
Nun gibt es RMS-, Sinus-, Nenn-, Musik-, Impuls- PMPO- oder Dauerbelastbarkeit und noch viele andere schöne Wörter, die sich die Hersteller dazu einfallen ließen.
Die Werte können sich sehr stark unterschieden, da sie auf unterschiedliche Art ermittelt wurden.
Ich werde noch zeigen, wie unwichtig die elektrische Belastbarkeit ist.

Der Wirkungsgrad
Ein Lautsprecher wandelt nur einen recht kleinen Teil der zugeführten elektrischen Energie in Schall um, der weit aus größere Rest, wird als Verlustleistung durch die Schwingspule in Wärme umgesetzt. Lautsprecher sind sehr ineffizient.
Der Wirkungsgrad wird normalerweise auf zwei Arten angegeben.
db/1m/1W drückt aus, wie viel Dezibel ein Lautsprecher in einem meter Entfernung bei 1W Leistung erzeugt
dB/1m/2,83V drückt aus, wie viel Dezibel ein Lautsprecher in einem Meter Entfernung an 2,83V erzeugt. 2,83V sind an 8 Ohm 1 Watt. Hier bietet sich die Möglichkeit zu schummeln, denn an der gleichen Spannung nimmt ein 4 Ohm Lautsprecher die doppelte Leistung auf(halber Widerstand=doppelter Strom), ist also 3dB lauter, ohne einen höheren Wirkungsgrad zu haben.

Lautsprecher sind sehr ineffizient. Ein Lautsprecher mit 80dB/1m/1W hat nur einen Wirkungsgrad von 0,063%, es werden also 99,937% der Leistung in Wärme statt in Schall umgewandelt. 80dB/1m/1W ist ein sehr schlechter Wirkungsgrad, aber selbst Lautsprecher mit hohem Wirkungsgrad sich immer noch erschreckend ineffizient. Ein Lautsprecher mit 90dB/1m/1W (was schon einem recht hochen Wirkungsgrad entspricht), setzt mit 0,63% immer noch wenig Leistung in Schall um.

die mechanische Belastbarkeit
Die Membran kann sich nicht beliebig weit aus ihrer Ruhelage heraus bewegen. Der Hub (also die Bewegung der Membran)
Wird begrenzt durch den Lautsprecher selbst. Bei zu großem Hub schlägt die Schwingspule an der hinteren Polplatte des Magnetsystems an, deformiert sich und passt nicht mehr perfekt in den Luftspalt, in den sie eigentlich hinein gehört.
Schlägt die Schwingspule an, äußert sich das durch ein Klicken oder Klopfen. Mit etwas Glück, bleibt kein Schaden, war der Aufprall zu heftig, kratzt die Schwingspule im Luftspalt, der Lautsprecher ist kaputt .Es kommt aber auch manchmal vor, dass die Sicke oder die Zentrierspinne reißt, oder dass die Verklebung der Schwingspule mit der Membran den Kräften nicht mehr stand hält. Die mechanische Belastbarkeit wird in +/-mm angegeben, also wie viel mm die Membran raus oder rein kann, ohne dass der Lautsprecher Schaden nimmt. Bei Fertiglautsprechern schweigen sich die Hersteller zur mechanischen Belastbarkeit aus und machen fast nie eine Angabe.
Schaut man sich bei den Herstellern der Chassis um, findet man im Datenblatt meistens nur die Angabe zum linearen Hub (Xmax). Der drückt nur aus, wann die Schwingspule sich nicht mehr vollständig im Magnetfeld befindet. Der maximale Hub ist größer als der Lineare, wird aber selten angegeben.

der maximale Pegel
Wie laut ein Lautsprecher spielen kann und wie viel Leistung dafür gebraucht wird, hängt von mehreren Faktoren ab.

-Elektrische Belastbarkeit
-Wirkungsgrad
-mechanische Belastbarkeit

Nun mache ich eine Simulation, um zu zeigen, wie ein Lautsprecher am ehesten verreckt.
Ich nehme als beispiel den Visaton AL170/8. Das ist ein sehr guter Tiefmitteltöner mit einer Nennbelastbarkeit von nur 70Watt, das ist eher Durchschnitt, wenn überhaupt.
Dieses Chassis ist aber zu einem außergewöhnlich großen Membranhub in der Lage. Der lineare Hub beträgt schon +/-6mm, also 6mm rein und 6mm raus. Der maximale Hub beträgt +/-11mm, erst darüber nimmt der Lautsprecher Schaden durch Mechanische Beschädigung. Das ist ein sehr hoher Wert für so einen kleinen Tiefmitteltöner.
Ich simuliere unter Halbraumbedingungen ein Bassreflex Gehäuse mit 30 Liter Volumen und einer Abstimmfrequenz von 35Hz. das passt sehr gut, es könnte eine kleine Standbox sein. Die Box macht an 2,83V in einem Meter entfernung rund 89dB.
Im Freifeld wären es 6dB weniger.

Es Gibt Anfänger Mit Halbwissen, die nun gleich anfangen zu rechnen. 89dB an einem Watt sind 99db an 10 Watt, 102dB an 20 Watt, 105dB an 40 Watt und knapp 108dB an 70 Watt.
So wird oft gerechnet, es ist aber falsch, weil der Membranhub außer Acht gelassen wurde.
dazu kann man sich mal das Diagramm zum Maxiamlpegel anschauen
Ich habe die Belastbarkeit mit 70 watt und den Hub mit 11mm angegeben.


Man sieht, dass vom errechneten Pegel nicht viel übrig bleibt, nur um die Abstimmfrequenz herum ist der maximale Pegel fast so hoch, wie errechnet.
Nun simuliere ich den Membranhub an 28,3V, was nur 10 Watt entspricht

Man sieht deutlich, dass bei tiefen Frequenzen schon bei 10 Watt der Hub größer wird, als es der Lautsprecher verträgt.

Fazit
Man kann also ohne Weiteres den AL 170, der schon eine sehr hoche mechanische Belastbarkeit mit bringt mit nur 10 watt killen, obwohl er eine elektrische Dauerbelastbarkeit von 70 Watt hat

Die Moral der Geschichte
Macht euch keinen Kopf um die elektrische Belastbarkeit. Sie ist in fast allen Fällen hoch genug, um keine Rolle zu spielen. Sie ist nur ein Wert, mit dem die Hersteller gerne werben, in der Praxis aber irrelevant.