Wie viel Watt brauche ich?

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1 Dokument2 White Paper Wie viel Watt brauche ich? Autor: Uwe Röddinger Version: 1.3 Stand: April 2014 Seite 1

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3 Executive Summary Dieses Whitepaper soll aufzeigen, welche Ausgangsleistungen Verstärker in Konferenzraum Umgebungen brauchen. Ausgangspunkt ist ein Gerät, das COMM-TEC vertreibt und welches über eine Endstufe mit einer Leistung von 2 x 20 W verfügt. In Zeiten, in denen ein Autoradio 4 x 100 W hat, scheint diese Zahl viel zu niedrig. Ist das so? Nein, und wir treten den Beweis an, dass die Leistung von 2 x 20 W für ein bestimmtes Ergebnis völlig ausreicht. Und das hat nichts mit Marketing zu tun, das ist Physik und Mathematik. Die hier angestellten Überlegungen setzen voraus, dass für die jeweilige Anwendung und die vor Ort vorhandene Akustik ein passender Lautsprecher ausgesucht wurde. Um einen Fachmann 1 auf diesem Gebiet zu zitieren: 80 % des Endergebnis basiert auf der Raumakustik, 20 % ist Audiotechnik (Lautsprecher & Elektronik). Das gleiche Verhältnis sehen wir bei den Lautsprechern: 80 % der Qualität resultiert aus den Lautsprechern, 20 % aus der gesamten Elektronik. Daran sehen Sie, dass die Lautsprecherwahl entscheidend für das Ergebnis ist, wenn die Akustik außen vor bleibt. Aber das ist nicht Thema dieses Whitepapers, hier ermitteln wir die notwendige Leistung. Wir brauchen zur Berechnung 3 technische Parameter, um die notwendige Leistung eines Verstärkers ermitteln zu können: Wie laut ist es in dem Raum, wenn keine Musik spielt und kein Mensch spricht, also der Ruhepegel oder Grundgeräuschpegel; welchen Wirkungsgrad haben die zu verwendenden Lautsprecher und wie weit sitzt der letzte Zuhörer im Raum vom Lautsprecher entfernt. Die Wissenschaft hat herausgefunden, dass ein Tonsignal, dem ich über eine längere Zeit hinweg folgen (zuhören) will, 15 db lauter sein sollte als das Grundgeräusch des Raumes. Die Literatur gibt hier Werte zwischen 10 und 20 db an, wir haben daher den Mittelwert 15 db gewählt. Also addiere ich zu dem Grundgeräusch 15 db hinzu und habe damit den 1. Parameter für meine Berechnung. Das ist die Lautstärke, die ich am hintersten Sitzplatz im Raum erzielen möchte. Der 2. Parameter steht im Datenblatt des ausgesuchten Lautsprechers. Es ist die Angabe des sogenannten Wirkungsgrads. Sie gibt an, welche Lautstärke der Lautsprecher bei einer Leistung von 1 W erzeugen kann. Die Entfernung vom Montageort des Lautsprechers zu den Ohren der am weitesten entfernten Person im Raum ist das dritte und letzte Parameter, das Sie brauchen. Nehmen wir nun ein reales Beispiel. Der Konferenzraum 2 bei COMM-TEC in Uhingen ist 8 m breit und 12 m tief. Er hat im ungünstigsten Fall ein Grundgeräusch von 60 db. Wir verwenden 2 Lautsprecher von Gefen, den GTV-CR-2SP. Dieser hat einen Wirkungsgrad laut Datenblatt von 85 1W / 1m. Der Abstand Lautsprecher zur hintersten Sitzreihe beträgt typisch 8 m. Für diesen Raum brauche ich gerade mal ca. 2 x 2 W bei Sprach- und ca. 2 x 5 W bei Musikwiedergabe. Reichen also die 2 x 20 W des COMM-TEC UP1200 also aus? Jawohl! Und das sogar bei kleinen Lautsprechern von Gefen. Mathematik Wollen Sie selber rechnen? Kein Problem. Sie können aber auch eine fertige Software laden, die Ihnen das rechnen abnimmt. Schritt 1: Lautstärkeverlust durch die Distanz zwischen den Lautsprechern und dem hintersten Zuhörer ermitteln. Mit jeder Verdopplung der Entfernung nimmt der Schalldruck um 6 db 2 ab. Die Lautstärke eines Lautsprechers wird in Datenblättern angegeben, und zwar für eine definierte Eingangsleistung von 1 W und einer Messentfer- 1 Hans-Joachim Kistner, Fa. SONUS Seite 3 2 Das gilt nicht für Line Arrays!

4 nung von 1 m. Die zweite Entfernung ist die Distanz zum Hörer, in unserem Beispiel 8 m. Das ist die Grundlage für die Rechnung: 20 x lg (Distanz 2 / Distanz 1) = 20 x lg( 8 m / 1 m) = 20 x lg (8) Somit ist der Lautstärkeverlust 18,061 db. Wir runden ab auf 18 db. Bei 1 W am Lautsprecher kommen in 8 m noch 85 db 18 db = 67 db an. Wir brauchen aber mehr, nämlich Grundgeräuschpegel + 15 db, Das sind in unserem Beispiel also 60 db + 15 db = 75 db. Wir haben also in 8 m 75 db 67 db = 8 db zu wenig! Um unseren Lautsprecher lauter zu machen, müssen wir die Leistung erhöhen. Um 3 db mehr Lautstärke zu erreichen, muss die Leistung verdoppelt werden. Wir wollen 8 db mehr erreichen. Dafür rechnen wir: 10 lg(8 db/10) = 7 [W] Mit 7 W erzeugt also unser Lautsprecher am Zielort einen Schallpegel von 75 db. Nun sind aber die meisten Verstärker heute Stereoverstärker. Das gilt auch für die meisten Audiosignale. Einzig Mikrofon Signale sind noch typisch 1-kanalig (Mono). Haben wir 2 Lautsprecher im Raum, erhöht sich die Gesamtlautstärke. Geben beide Lautsprecher das gleiche Signal wieder (Mono, kohärente Signale), dann erhöht sich der Schallpegel im Raum um 6 db. Sind die beiden Signale unterschiedlich (Musik, Gitarre links, Sänger Mitte, Schlagzeug rechts, inkohärente Signale), dann erhöht sich die Lautstärke um ca. 3 db. Gehen wir zuerst von Mono aus, dann rechnen wir: Wir brauchen 75 db, also 2 db mehr. 10 lg (2 db/10) = ~ 2 [W] Wenn wir also ein Mono Mikrofon Signal auf beide Lautsprecher geben, reichen 2 x 2 W Leistung aus, um die geforderten 75 db zu erreichen. Bei Musik ist die geforderte Leistung höher, da die Lautstärke bei zwei inkohärenten Signalen nur um ca. 3 db zunimmt: 85 db + 3 db = 88 db (2 x 1 W, inkohärentes Signal). Bei 1 W an jedem Lautsprecher kommen in 8 m noch 88 db 18 db = 70 db an. Wir brauchen 75 db, also 5 db mehr. 10 lg (5 db/10) = < 5 [W] Wenn wir also ein Stereo Musik Signal auf beide Lautsprecher geben, reichen 2 x 5 W Leistung aus, um die geforderten 75 db zu erreichen. Kalkulationshilfen Um Ihnen das Leben zu erleichtern, können Sie eine WINDOWS Software auf unserer Website herunterladen 3. In die Tabelle tragen Sie die Parameter des Raums und der Lautsprecher ein, heraus kommt die notwendige Leistung. Und das ist fast immer eine Zahl, die deutlich kleiner ist, als die Verstärker Industrie es gerne hätte. 85 db + 6 db = 91 db (2 x 1W, kohärentes Signal). Bei 1 W an jedem Lautsprecher kommen in 8 m noch 91 db 18 db = 73 db an. Seite 4 3

5 Hinweise Alle Angaben basieren auf physikalischen Grundlagen und mathematischen Formeln. Natürlich sind Räume und ihre akustischen Gegebenheiten nicht nur durch simple Formeln zu beschreiben. Ebenso wenig sollte die Wahl des besten Lautsprechers für diese Räume auf dem Design oder gar der Gehäusefarbe basieren. Die akustischen Eigenschaften des Lautsprechers sollten sorgfältig mit den Anforderungen der baulichen Akustik abgeglichen werden. Dann ist der Ergebnis gut. Alles andere ist Glück. Ich habe mich zur Untermauerung dieses Whitepapers im Internet rückversichert, dass meine Erinnerungen speziell an die vielen notwendigen Formeln - stimmen. Dabei waren die Seiten des Herrn Sengpiel aus Berlin sehr hilfreich. Ich liebe seine Art, Klartext zu schreiben und komplexe Dinge verständlich darzustellen. Und seine Qualifizierung ist für mich über jeden Zweifel erhaben. Die anderen Literatur Zitate waren ebenfalls sehr hilfreich. Ich kann nur jedem empfehlen, der Konferenzräume planen und ausstatten will, sich mit Akustik, Psychoakustik und der Physik zu beschäftigen. Das Ergebnis sind zufriedene Kunden und aufmerksame Zuhörer! Literatur: CTS Exam Guide, Verlag: infocomm international Leben mit Lärm? Risikobeurteilung und Regulation des Umgebungslärms im Verkehrsbereich Autoren: B. Griefahn, A.M. Kaniowski, G. Klepper, S. Lingner, G. Steinebach, H.B. Weyer, P. Wysk Verlag: Springer Schwerhörigkeit und Sprachkommunikation am Arbeitsplatz Autoren: V. Bormann, Ch. A. Sust, R. Heinecke-Schmitt, G. Fuder, H. Lazarus Verlag: Bundesanstalt f. Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (Fb 1041) Web: Uwe Röddinger, CTS Adjunct Faculty, infocomm international Januar 2014 COMM-TEC GmbH, Uhingen Seite 5

6 Parameter Ihres Projektes ein, und das Ergebnis wird ermittelt. Sie werden erstaunt sein, wie viel 2 x 20 W können! Copyright: COMM-TEC Vertriebsgesellschaft mbh D Uhingen 2014 Seite 6