Limiter

Der Schutz von Lautsprechern vor mechanischer und thermischer Überlastung

Um einen möglichst großen Schutz gewährleisten zu können, ist es notwendig die Limiter auf die Eigenschaften der angeschlossenen Endstufe und des angetriebenen Wandlers abzustimmen.

Die wohl größten Differenzen und Unklarheiten von Lautsprecherkenndaten findet man bei der Angabe der elektrischen Belastbarkeit. Das ist vermutlich darin begründet, dass sich die Ermittlung diesbezüglicher Daten vergleichsweise schwierig gestaltet, ob der starken Abhängigkeit der Art und Einwirkungsdauer des verwendeten Testsignals.

Üblicherweise wird als Kriterium für die elektrische Belastbarkeit die Leistung herangezogen. Die Leistung ist definiert als Energie pro Zeit. Mit dem Umstand, dass sich Leistung nicht direkt messen lässt und der Zeitabhängigkeit begegnet man hier schon zwei Problemstellen. Grundsätzlich kann man die maximale Belastbarkeit eines Lautsprechers in zwei Grenzen begründet sehen:

1. Mechanische Belastbarkeit
2. Thermische Belastbarkeit

Im ersten Fall ist z.B. die Auslenkung der Membran zu groß und die Schwingspule schlägt an die Polplatte oder springt aus dem Spalt oder die Membran selbst zerreißt. Im zweiten Fall heizt sich z.B. die Schwingspule derart stark auf, dass sich der Kleber der Schwingspule löst oder die Isolation des Schwingspulendrahtes schmilzt, wodurch ein Kurzschluss entsteht. Beide Fälle treten ein, wenn im Lautsprecher eine bestimmte Leistung umgesetzt wird. Diese Leistung lässt sich naturgemäß nicht direkt bestimmen, sie steht aber im direkten Zusammenhang zur angelegten Spannung.

In der Praxis, wo zumeist Musik oder Sprache wiedergegeben werden soll, ist das Signal und damit die Spannung, die am Lautsprecher anliegt, aber sehr zeitvariant und damit nur schwer zu beschreiben. Allerdings lassen sich für je einen bestimmten Zeitabschnitt der Spitzenwert und der Mittelwert der Spannung bestimmen. Das Verhältnis dieser beiden Größen wird als Crest-Faktor bezeichnet und als logarithmisches Maß in dB angegeben.

Im Fall der mechanischen Überlastung ist der Spitzenwert der Spannung und im Fall der thermischen Überlastung der durchschnittliche Wert der Spannung zur Berechnung der Leistung relevant. Daher braucht man streng genommen zwei verschiedene Limiter: Einen Lmiter zum Schutz vor mechanischer Überlast, der Pegelspitzen sofort limitiert und einen Limiter zum Schutz vor thermischer Überlast, der den Dauerpegel limitiert, also einen niedrigeren Schwellwert, aber eine längere Ansprechzeit hat, um kurzzeitige Peaks passieren zu lassen.

Ein guter Kompromiss ist ein Limiter mit variabler Attack-Zeit, wobei als Schwellwert der Dauerpegel zu wählen ist und mit der Attack-Zeit wird das Ansprechen entsprechend angepasst, so dass kurzzeitige Pegelspitzen durchgelassen werden. Solch ein Attack weist tendenziell den gleichen Charakter auf, wie ihn der zeitliche Verlauf der Belastungsgrenze eines Lautsprechers darstellt. Je kürzer ein Impuls ist, desto größer darf dessen Amplitude sein. Bei Tieftonlautsprechern sind längere und bei Hochtonlautsprechern kürzere Attack-Zeiten zu wählen.

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