stoneeh
03.08.2023, 10:54
Auf Anfrage (https://www.diy-hifi-forum.eu/forum/showthread.php?5809-Mich-freut&p=340036&viewfull=1#post340036) aus dem Stegreif runtergeschrieben. Das folgende ist die Dokumentation meiner Vorgehensweise für das ermitteln der (hauptsächlich elektrisch-thermischen, aber vll. auch Port- o.ä.) Powercompression eines Lautsprechers in ARTA.
Kein Gewähr für Richtigkeit. Wer die Methodik bei sich anwenden will, tut es auf eigene Gefahr.
- mit LIMP Impedanzmessung durchführen.
- via ohmschen Gesetz errechnen, wie viel Verstärkerspannung notwendig ist, um den Lautsprecher am Impedanzminimum elektrisch-thermisch auszulasten. Richtwert wäre die Belastbarkeitsangabe des Herstellers.
Achtung #1: AES & RMS-Belastbarkeitsangaben beziehen sich auf die Dauerbelastbarkeit; IEC-Angaben (bei Hochtönern üblich) können auch Peak-Werte sein, die nicht dauerhaft anliegen dürfen.
Achtung #2: AES-Belastbarkeitsangaben werden bei breitbandigem Signal (mit Crest -> großer Hub -> gute Kühlung) ermittelt - nicht repräsentativ für zB ein Sinussignal auf die Tuningfrequenz eines Resonatordesigns (BR / Helmholtzresonator, "Horn" / Viertelwellenresonator), wo die Membran sich nicht oder kaum bewegt und der Antrieb nicht oder kaum gekühlt wird.
Achtung #3: bei seiner elektrisch-thermischen max. Belastbarkeit kann je nach Frequenz bereits die mechanische Belastbarkeit des Lsp überschritten sein.
- mit Voltmeter entsprechend RMS-Spannung der Signalkette / des Verstärkers (mit 50 Hz Sinussignal) ermitteln / einstellen.
- Messaufbau für akustische Messung vorbereiten. Die Messung kann im Nahfeld erfolgen, falls die Messkette das bei der max. Anregung ohne übersteuern und/oder nennenswerten Verzerrungen (insb. Klirr beim Mikrofon) schafft. Position von Lsp und Mikrofon dürfen sich über die Messläufe nicht ändern. Absolute Pegelkalibrierung ist egal, lediglich darf sich an dieser über die Messläufe nichts mehr ändern.
- ARTA starten, und in den Spectrum Analyzer (SPA) Modus wechseln.
- repräsentatives Anregungssignal wählen. Im Tiefton darf das imo ein Sinussignal sein, da Musik in dem Frequenzbereich im worst case ein solches darstellt - zB Basssaiten, o. Basslines bei elektronischer Musik. Im Mittelhochton liegt der Crestfaktor von Musik deutlich höher, und ich würde ein Multitonsignal (12 dB Crestfaktor) wählen.
Im ARTA SPA Modus ist das Signal oben links via dem Dropdown-Menü bei "Gen" wählbar.
- in der Menüleiste mit "Generator -> Setup Generator signals" das Signal bearbeiten. Beim Sinussignal kann die Frequenz eingestellt werden, beim Multiton die Auflösung (ich würde 6 bis 12 pro Okt. wählen) und Breite (entsprechend dem jeweiligen Lautsprecher einstellen; oder, auf die max. Breite von 20 bis 20000 Hz, wenn der Lsp eh gefiltert / getrennt ist).
- im selben Menü den Pegel (Level (dBFS)) wählen. Ich fange bei -20 dB, d.h. 20 dB niedriger als die eingangs eingestellte max. Belastbarkeit des Lautsprechers, an.
- für Tieftonmessungen in der Menüleiste die FFT-Größe für bessere Auflösung erhöhen; ich verwende 65536 bei 48 kHz Samplerate.
- bei einer Sinusmessung den Cursor (linke Maustaste) auf die Frequenz des Anregungssignals setzen. In den Werten unten links wird bei "Cursor" der SPL der fundamentalen (die am ehesten interessiert) angezeigt. Bei niedrigeren Pegeln sollte der Wert mit dem RMS-Wert direkt darunter übereinstimmen, bei höheren ist der RMS-Wert etwas höher, da dieser Verzerrungen mit berücksichtigt.
- bei der Multitonmessung gilt ähnliches. Im Mittelhochton liegen nichtlineare Verzerrungen jedoch für diese Messung üblicherweise vernachlässigbar niedrig, d.h. man kann auch nach dem RMS-Wert gehen.
- Messung starten; Achtung, es kann mitunter beim -20 dB Setting bereits laut werden (Hörschutz verwenden).
- den (zeitlich) ersten angezeigten SPL-Wert links unten notieren. Dieser dient als Referenz (Kleinsignalmessung, keine Powercompression).
- im Generator Menü den Pegel (Level (dBFS)) erhöhen. Ich verwende 5 o. 10 dB Schritte.
- Messung mit dem eben eingestellten stärkeren Signal wiederholen. Wiederum den ersten angezeigten Pegel notieren. Die Differenz zwischen dem theoretischen / mathematischen Sollwert (SPL sollte sich um die eben eingestellten +5 o. +10 dB erhöht haben) und dem gemessenen Wert stellt die Kurzzeit-Powercompression bei der Last in Frage dar.
Man kann die Messung nun weiterlaufen lassen. Der SPL wird sich vermutlich weiter reduzieren, und sich irgendwann auf einen fixen, oder sich nur mehr seeehr langsam verändernden Wert einpendeln (Equilibrium zwischen Leistungszufuhr und Wärmeabfuhr). Die Differenz zwischen dem Soll und Ist bei diesem Wert stellt die Langzeit-Powercompression dar.
- Prozedur in weiteren Schritten, am besten je +5 o. +10 dB, bis 0 dB im Generator wiederholen.
Nochmal: Achtung, Gefahr für Lautsprecher und Ohr.
Hinweis: der Level des digitalen Inputs / Audioformats wird rechts unten angezeigt; "OVRL" indiziert ein übersteuern. Aber auch früher in der Messkette, zB am Pre-Amp, kann bereits unabhängig davon ein übersteuern stattfinden.
- bei Sinussignal Prozedur für weitere Frequenzen wiederholen. Insb. bei dem im Bassbereich sich stark ändernden Impedanzverlauf, und der dementsprechend stark variierenden tatsächlich an der Spule anliegenden Leistung, wird man stark unterschiedliche Powercompression ermitteln; an der Einbauresonanz selbst beim Maximum der eingangs festgelegten Verstärkerspannung üblicherweise um 0 dB.
- so hat man nun die Powercompression, Kurz- und Langzeit, für verschiedene Anregungsstärken, ermittelt. Die Hersteller geben das auch gerne so an: zB Powercompression @ 0 dB, Powercompression @ -3 dB, Powercompression @ -10 dB, ...
Kein Gewähr für Richtigkeit. Wer die Methodik bei sich anwenden will, tut es auf eigene Gefahr.
- mit LIMP Impedanzmessung durchführen.
- via ohmschen Gesetz errechnen, wie viel Verstärkerspannung notwendig ist, um den Lautsprecher am Impedanzminimum elektrisch-thermisch auszulasten. Richtwert wäre die Belastbarkeitsangabe des Herstellers.
Achtung #1: AES & RMS-Belastbarkeitsangaben beziehen sich auf die Dauerbelastbarkeit; IEC-Angaben (bei Hochtönern üblich) können auch Peak-Werte sein, die nicht dauerhaft anliegen dürfen.
Achtung #2: AES-Belastbarkeitsangaben werden bei breitbandigem Signal (mit Crest -> großer Hub -> gute Kühlung) ermittelt - nicht repräsentativ für zB ein Sinussignal auf die Tuningfrequenz eines Resonatordesigns (BR / Helmholtzresonator, "Horn" / Viertelwellenresonator), wo die Membran sich nicht oder kaum bewegt und der Antrieb nicht oder kaum gekühlt wird.
Achtung #3: bei seiner elektrisch-thermischen max. Belastbarkeit kann je nach Frequenz bereits die mechanische Belastbarkeit des Lsp überschritten sein.
- mit Voltmeter entsprechend RMS-Spannung der Signalkette / des Verstärkers (mit 50 Hz Sinussignal) ermitteln / einstellen.
- Messaufbau für akustische Messung vorbereiten. Die Messung kann im Nahfeld erfolgen, falls die Messkette das bei der max. Anregung ohne übersteuern und/oder nennenswerten Verzerrungen (insb. Klirr beim Mikrofon) schafft. Position von Lsp und Mikrofon dürfen sich über die Messläufe nicht ändern. Absolute Pegelkalibrierung ist egal, lediglich darf sich an dieser über die Messläufe nichts mehr ändern.
- ARTA starten, und in den Spectrum Analyzer (SPA) Modus wechseln.
- repräsentatives Anregungssignal wählen. Im Tiefton darf das imo ein Sinussignal sein, da Musik in dem Frequenzbereich im worst case ein solches darstellt - zB Basssaiten, o. Basslines bei elektronischer Musik. Im Mittelhochton liegt der Crestfaktor von Musik deutlich höher, und ich würde ein Multitonsignal (12 dB Crestfaktor) wählen.
Im ARTA SPA Modus ist das Signal oben links via dem Dropdown-Menü bei "Gen" wählbar.
- in der Menüleiste mit "Generator -> Setup Generator signals" das Signal bearbeiten. Beim Sinussignal kann die Frequenz eingestellt werden, beim Multiton die Auflösung (ich würde 6 bis 12 pro Okt. wählen) und Breite (entsprechend dem jeweiligen Lautsprecher einstellen; oder, auf die max. Breite von 20 bis 20000 Hz, wenn der Lsp eh gefiltert / getrennt ist).
- im selben Menü den Pegel (Level (dBFS)) wählen. Ich fange bei -20 dB, d.h. 20 dB niedriger als die eingangs eingestellte max. Belastbarkeit des Lautsprechers, an.
- für Tieftonmessungen in der Menüleiste die FFT-Größe für bessere Auflösung erhöhen; ich verwende 65536 bei 48 kHz Samplerate.
- bei einer Sinusmessung den Cursor (linke Maustaste) auf die Frequenz des Anregungssignals setzen. In den Werten unten links wird bei "Cursor" der SPL der fundamentalen (die am ehesten interessiert) angezeigt. Bei niedrigeren Pegeln sollte der Wert mit dem RMS-Wert direkt darunter übereinstimmen, bei höheren ist der RMS-Wert etwas höher, da dieser Verzerrungen mit berücksichtigt.
- bei der Multitonmessung gilt ähnliches. Im Mittelhochton liegen nichtlineare Verzerrungen jedoch für diese Messung üblicherweise vernachlässigbar niedrig, d.h. man kann auch nach dem RMS-Wert gehen.
- Messung starten; Achtung, es kann mitunter beim -20 dB Setting bereits laut werden (Hörschutz verwenden).
- den (zeitlich) ersten angezeigten SPL-Wert links unten notieren. Dieser dient als Referenz (Kleinsignalmessung, keine Powercompression).
- im Generator Menü den Pegel (Level (dBFS)) erhöhen. Ich verwende 5 o. 10 dB Schritte.
- Messung mit dem eben eingestellten stärkeren Signal wiederholen. Wiederum den ersten angezeigten Pegel notieren. Die Differenz zwischen dem theoretischen / mathematischen Sollwert (SPL sollte sich um die eben eingestellten +5 o. +10 dB erhöht haben) und dem gemessenen Wert stellt die Kurzzeit-Powercompression bei der Last in Frage dar.
Man kann die Messung nun weiterlaufen lassen. Der SPL wird sich vermutlich weiter reduzieren, und sich irgendwann auf einen fixen, oder sich nur mehr seeehr langsam verändernden Wert einpendeln (Equilibrium zwischen Leistungszufuhr und Wärmeabfuhr). Die Differenz zwischen dem Soll und Ist bei diesem Wert stellt die Langzeit-Powercompression dar.
- Prozedur in weiteren Schritten, am besten je +5 o. +10 dB, bis 0 dB im Generator wiederholen.
Nochmal: Achtung, Gefahr für Lautsprecher und Ohr.
Hinweis: der Level des digitalen Inputs / Audioformats wird rechts unten angezeigt; "OVRL" indiziert ein übersteuern. Aber auch früher in der Messkette, zB am Pre-Amp, kann bereits unabhängig davon ein übersteuern stattfinden.
- bei Sinussignal Prozedur für weitere Frequenzen wiederholen. Insb. bei dem im Bassbereich sich stark ändernden Impedanzverlauf, und der dementsprechend stark variierenden tatsächlich an der Spule anliegenden Leistung, wird man stark unterschiedliche Powercompression ermitteln; an der Einbauresonanz selbst beim Maximum der eingangs festgelegten Verstärkerspannung üblicherweise um 0 dB.
- so hat man nun die Powercompression, Kurz- und Langzeit, für verschiedene Anregungsstärken, ermittelt. Die Hersteller geben das auch gerne so an: zB Powercompression @ 0 dB, Powercompression @ -3 dB, Powercompression @ -10 dB, ...