Wie viel Verstärkerleistung benötige ich?

Ich spiele Folkmusik in einem Café. Wie viel Verstärkerleistung benötige ich?
Unsere Rockband spielt in einer Konzerthalle mit 2000 Plätzen. Wie viel Watt benötigen wir?
Ich habe gerade PA-Lautsprecher gekauft. Ich möchte sie so laut wie möglich betreiben, ohne sie zu beschädigen. Welchen Verstärker sollte ich kaufen?

Bei Crown erhalten wir häufig ähnliche Fragen, und dieser Artikel gibt einige Antworten darauf.

Zunächst sollten Sie Ihr Ziel definieren. Möchten Sie Lautsprecher so betreiben, dass sie so laut wie möglich spielen, ohne durchzubrennen? Falls ja, müssen Sie nur den folgenden Abschnitt lesen. Möchten Sie eine bestimmte Lautstärke an einem bestimmten Veranstaltungsort erreichen? Falls ja, überspringen Sie diesen Abschnitt und lesen Sie den Abschnitt „Leistung vs. Anwendung“.

Wie viel Leistung vertragen meine Lautsprecher?

Dies können Sie dem Datenblatt des Lautsprechers entnehmen. Suchen Sie nach der Spezifikation „Nennimpedanz“. In der Regel beträgt diese 2, 4, 8 oder 16 Ohm. Suchen Sie anschließend nach der Angabe zur Dauerbelastbarkeit („Continuous Power Handling“ oder „Continuous Power Rating“). Sie kann auch als IEC-Belastbarkeit („IEC rating“) oder „Power capacity“ bezeichnet sein.

Falls Sie verhindern können, dass der Leistungsverstärker übersteuert (durch die Verwendung eines Limiters), verwenden Sie einen Leistungsverstärker, der das 2- bis 4-Fache der Dauerleistungsangabe des Lautsprechers pro Kanal liefert. Dies ermöglicht einen Headroom von 3 bis 6 dB für Signalspitzen. Lautsprecher sind so konstruiert, dass sie diese kurzfristigen Spitzen verarbeiten können. Falls Sie nicht verhindern können, dass der Leistungsverstärker übersteuert (z. B. wenn Sie keinen Limiter haben und das System überfahren wird oder in Rückkopplung geht), sollte die Verstärkerleistung der Dauerleistungsangabe des Lautsprechers entsprechen. Auf diese Weise wird der Lautsprecher nicht beschädigt, wenn der Verstärker durch Überfahren des Eingangs übersteuert. In diesem Fall gibt es keinen Headroom für Spitzen, daher müssen Sie den Lautsprecher unterhalb seiner vollen Nennleistung betreiben, um Verzerrungen zu vermeiden.

Wenn Sie hauptsächlich leichte Tanzmusik oder Sprache abspielen, empfehlen wir, dass die Verstärkerleistung das 1,6-Fache der Dauerleistungsangabe pro Kanal beträgt. Wenn Sie Heavy Metal oder Grunge spielen, verwenden Sie das 2,5-Fache der Dauerleistungsangabe pro Kanal. Die Verstärkerleistung muss für die Impedanz des Lautsprechers (2, 4, 8 oder 16 Ohm) angegeben sein.

Hier ist ein Beispiel. Angenommen, die Impedanz Ihres Lautsprechers beträgt 4 Ohm und die Dauerleistungsangabe ist 100 W. Wenn Sie leichte Tanzmusik spielen, sollte die Verstärkerleistung bei 4 Ohm das 1,6-Fache von 100 W, also 160 W Dauerleistung pro Kanal betragen. Für Heavy Metal oder Grunge sollte die Verstärkerleistung bei 4 Ohm das 2,5-Fache von 100 W, also 250 W Dauerleistung pro Kanal betragen.

Wenn Sie deutlich mehr Leistung verwenden, können Sie den Lautsprecher durch zu große Auslenkung der Membran beschädigen. Wenn Sie deutlich weniger Leistung verwenden, werden Sie den Verstärker beim Versuch, den Lautsprecher laut genug zu bekommen, wahrscheinlich so weit aufdrehen, bis er übersteuert. Übersteuerung kann Lautsprecher durch Überhitzung beschädigen. Halten Sie sich daher an das 1,6- bis 2,5-Fache der Dauerleistungsangabe des Lautsprechers.

Leistung vs. Anwendung

Dieser Abschnitt zeigt, wie groß ein Leistungsverstärker sein sollte, um einen Veranstaltungsort mit lautem, klarem Klang zu füllen. Grundsätzlich gilt: Je lauter die Beschallungsanlage und je größer der Raum, desto mehr Leistung ist erforderlich. Lautsprecher mit hoher Empfindlichkeit benötigen weniger Leistung als Lautsprecher mit niedriger Empfindlichkeit.

Die folgende Liste zeigt die für verschiedene Anwendungen erforderliche Gesamtverstärkerleistung. Jede Anwendung hat einen Leistungsbereich, der auf der gewünschten Lautstärke und der typischen Empfindlichkeit des Lautsprechers basiert.

Bei der Zusammenstellung dieser Liste haben wir die folgenden Annahmen getroffen:

• Die typische Lautsprecherempfindlichkeit beträgt 85 dB SPL/W/m für Heim-Stereoanlagen, 95 dB SPL/W/m für kleine PA-Lautsprecher, 100–105 dB für mittlere PA-Lautsprecher und 110 dB für große PA-Lautsprecher.
• Die empfohlene Leistung ermöglicht Signalspitzen von 10 dB für Folk-, Jazz- und Popmusik. Tatsächlich können die Spitzen bis zu 25 dB erreichen, wir nehmen jedoch etwas unhörbares, kurzzeitiges Clipping in Kauf.
• Die empfohlene Leistung ermöglicht Signalspitzen von 6 dB für stark limitierte oder komprimierte Rockmusik.
• Laut Gerald Stanley, dem leitenden Verstärkerentwickler von Crown, sind Verstärker-Dauerleistung und Verstärker-Spitzenleistung nahezu identisch. In der Regel ist die Spitzenleistung nur 1 dB höher als die Dauerleistung und hängt von der Spitzendauer ab.

Erforderliche Gesamtverstärkerleistung für verschiedene Anwendungen

• Nahfeld-Monitoring: 25 W für 85 dB SPL Durchschnitt (mit 15-dB-Spitzen), 250 W für 95 dB SPL Durchschnitt (mit 15-dB-Spitzen)
• Heim-Stereoanlage: 150 W für 85 dB SPL Durchschnitt (mit 15-dB-Spitzen), 1.500 W für 95 dB SPL Durchschnitt (mit 15-dB-Spitzen)
• Folkmusik in einem Café mit 50 Plätzen: 25 bis 250 W
• Folkmusik in einem mittelgroßen Auditorium, Club oder Gotteshaus mit 150 bis 250 Plätzen: 95 bis 250 W
• Folkmusik bei einem kleinen Outdoor-Festival (50 Fuß Entfernung vom Lautsprecher zum Publikum): 250 W
• Pop- oder Jazzmusik in einem mittelgroßen Auditorium, Club oder Gotteshaus mit 150 bis 250 Plätzen: 250 bis 750 W
• Pop- oder Jazzmusik in einer Konzerthalle mit 2000 Plätzen: 400 bis 1.200 W
• Rockmusik in einem mittelgroßen Auditorium, Club oder Gotteshaus mit 150 bis 250 Plätzen: Mindestens 1.500 W
• Rockmusik bei einem kleinen Outdoor-Festival (50 Fuß Entfernung vom Lautsprecher zum Publikum): Mindestens 1.000 bis 3.000 W
• Rock- oder Heavy-Metal-Musik in einem Stadion, einer Arena oder einem Amphitheater (100 bis 300 Fuß Entfernung vom Lautsprecher zum Publikum): Mindestens 4.000 bis 15.000 W

Obwohl ein Rockkonzert in einer Arena mit 15.000 Watt betrieben werden könnte (was nur 6 dB Headroom für Spitzen ermöglicht), verwenden große Beschallungsunternehmen auf Tournee oft 80.000 bis 400.000 Watt insgesamt. Diese Leistung ist notwendig, um 20- bis 24-dB-Spitzen ohne Clipping zu verarbeiten und um zusätzliche Lautsprecher für gleichmäßige Abdeckung einer großen Fläche zu betreiben.

Falls ein Lautsprecher die erforderliche Gesamtleistung nicht verarbeiten kann, müssen Sie die Gesamtleistung auf mehrere Lautsprecher und mehrere Verstärkerkanäle verteilen. Angenommen, Sie benötigen 1000 Watt, um die gewünschte durchschnittliche Lautstärke zu erreichen, aber die Belastbarkeit Ihrer Lautsprecher beträgt 250 Watt Dauerleistung. Sie könnten einen Leistungsverstärker mit 500 Watt pro Kanal verwenden. Schließen Sie an jedem Kanal zwei Lautsprecher parallel an. Auf diese Weise erhält jeder Lautsprecher 250 Watt (ohne Berücksichtigung der Leistungsänderung des Verstärkers bei unterschiedlichen Impedanzen und ohne Berücksichtigung von Kabelverlusten).

Beachten Sie, dass bei paralleler Schaltung von zwei Lautsprechern ihre Gesamtimpedanz halbiert wird. Zum Beispiel haben zwei 8-Ohm-Lautsprecher in Parallelschaltung eine Impedanz von 4 Ohm. In diesem Fall würde jeder Lautsprecher die Hälfte der 4-Ohm-Leistung des Verstärkers erhalten.

Leistungsrechner

Auf der Crown-Website finden Sie einen Rechner, der die für die Erreichung des gewünschten SPL bei einer bestimmten Entfernung erforderliche Verstärkerleistung bestimmt. Der Rechner berücksichtigt auch den für Audiospitzen erforderlichen Verstärker-Headroom in dB. Begleitende Texte zum Rechner erläutern die verwendeten Gleichungen. Klicken Sie auf den folgenden Link, um zum Leistungsrechner von Crown zu gelangen: Rechner

Für die Nutzung dieses Rechners müssen Sie die Lautsprecherempfindlichkeit, den Peak-Headroom, die Hörerentfernung und den gewünschten SPL kennen. Im Folgenden betrachten wir jeden dieser Faktoren.

Empfindlichkeit

Die Empfindlichkeitsspezifikation finden Sie im Datenblatt des Lautsprechers. Die typische Empfindlichkeit eines PA-Lautsprechers liegt zwischen 95 und 110 dB-SPL/Watt/Meter. Größere Lautsprecher haben in der Regel eine höhere Empfindlichkeit als kleinere Lautsprecher, und Hochtöner haben eine höhere Empfindlichkeit als Tieftöner.

Peak-Headroom

Da Musik Impulsspitzen enthält, die 6 bis 25 dB über dem durchschnittlichen Pegel liegen, muss der Leistungsverstärker genug Leistung liefern, um diese Spitzen ohne Verzerrung zu verarbeiten.

Wenn Sie zum Beispiel 100 Watt Dauerleistung benötigen, um den gewünschten durchschnittlichen SPL zu erreichen, benötigen Sie 1.000 Watt Dauerleistung, um 10-dB-Spitzen zu verarbeiten, 3.162 Watt für 15-dB-Spitzen und 10.000 Watt für 20-dB-Spitzen. Die Spitzen erfordern also weit mehr Leistung als die Durchschnittspegel. Geben Sie im Feld „Peak-Headroom“ des Rechners 6 dB für komprimierte oder limitierte Rockmusik ein, oder geben Sie 20 bis 25 dB für unkomprimierte Live-Musik ein. Falls Sie etwas kurzfristiges Clipping tolerieren können, das möglicherweise unhörbar ist, geben Sie 10 bis 15 dB ein.

Hörerentfernung von der Quelle

Dies ist die Entfernung vom Lautsprecher zum am weitesten entfernten Hörer. Falls Sie mehrere Lautsprecher verwenden, die in das Publikum hineinreichen, ist dies die Entfernung vom nächsten Lautsprecher. Wenn das Publikum zum Beispiel 100 Fuß tief ist und Sie Lautsprecher bei 0 Fuß und 50 Fuß haben, beträgt die Hörerentfernung 50 Fuß.

Falls Sie diese Entfernung nicht kennen, können Sie sie anhand der folgenden typischen Werte grob schätzen. Geben Sie die Entfernung unbedingt in Metern (m) ein.

Café: 16 bis 32 Fuß (4,8 bis 9,8 m)
Kleiner Club oder Auditorium: 32 Fuß (9,8 m)
Mittlerer Club, Auditorium oder Gotteshaus: 45 Fuß (13,7 m)
Konzerthalle mit 2000 Plätzen: 110 Fuß (33,5 m)
Kleines Outdoor-Festival: 50 Fuß (15,2 m)
Stadion oder Arena: 100 bis 300 Fuß (30,5 bis 91,4 m)

Gewünschter SPL

Nachfolgend sind typische Schalldruckpegel (SPL) für verschiedene Musikarten aufgeführt. Der Schallpegelmesser war auf C-Bewertung und Zeitbewertung „Slow“ eingestellt. Ihr System sollte mindestens 10 dB über dem Grundgeräuschpegel liegen, um ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis zu erreichen.

New Age: 60–70 dB
Folk: 75–90 dB
Jazz: 80–95 dB
Klassik: 100 dB
Pop: 90–95 dB
Rock: 95–110 dB
Heavy Metal: 110 dB.

Weitere Überlegungen

Die hier erörterten Berechnungen beziehen sich auf Freifeldbedingungen bzw. den Betrieb im Freien. Wird die Beschallungsanlage in einem Raum betrieben, erhöht der Nachhall den SPL in der Regel um 6 dB. Sie können diese Raumverstärkung als zusätzlichen Headroom nutzen.

Angenommen, Sie müssen 1.000 Watt für Spitzen liefern, und die Dauerbelastbarkeit Ihres Lautsprechers beträgt 250 Watt. Die Spitzenbelastbarkeit eines Lautsprechers ist typischerweise das 4-Fache seiner Dauerbelastbarkeit. Der Lautsprecher kann also wahrscheinlich 1.000 Watt Spitzenleistung verarbeiten. Das bedeutet, dass Sie einen 1.000-Watt-Verstärker für diesen Lautsprecher verwenden können – solange Sie diese Leistung nur für Spitzen verwenden und den Lautsprecher nicht dauerhaft mit 1.000 Watt betreiben. Mit anderen Worten: Drehen Sie den Verstärker nicht so weit auf, dass er übersteuert.

Was, wenn Ihre Beschallungsanlage eine aktive Weiche und einen separaten Leistungsverstärkerkanal für jeden Treiber verwendet? Verwenden Sie den Rechner für jeden Treibertyp. Angenommen, Sie haben ein 3-Wege-System. Bestimmen Sie die Leistung separat für die Subwoofer, Mitteltöner und Hochtöner. Alle drei Treibertypen sollten denselben SPL in derselben Entfernung erzeugen. Beachten Sie, dass hornbelastete Treiber tendenziell eine viel höhere Empfindlichkeit haben als Subwoofer, daher benötigen die Hörner weniger Leistung, um denselben SPL wie die Subwoofer zu erzeugen.

Angenommen, Ihre Beschallungsanlage hat mehrere Lautsprecher, die sich in den Publikumsbereich erstrecken. Zum Beispiel: ein Outdoor-Festival mit verzögert angesteuerten Lautsprecherclustern alle 100 Fuß oder eine Reihe von Deckenlautsprechern. Verwenden Sie den Rechner für jeden nahegelegenen Lautsprechercluster oder Lautsprecher.

Auswahlhilfe für Crown-Verstärker (sortiert nach Gesamtleistung)

Wenn Sie wissen, wie viel Leistung Sie benötigen, können Sie einen Crown-Verstärker aus dieser Liste auswählen. Diese Liste weist einige Überschneidungen auf, da jeder Leistungsverstärker je nach Lastimpedanz unterschiedlich viel Leistung liefert.

Unter Umständen empfiehlt es sich, einen Verstärker zu wählen, der mehr Leistung hat, als Sie benötigen, falls Sie Ihre Anwendungen in Zukunft erweitern möchten. Außerdem ist es ratsam, etwas mehr Leistung einzuplanen, als Sie benötigen. Sie können einen Leistungsverstärker immer leiser stellen, wenn das System zu laut ist, aber nicht über das Maximum hinaus aufdrehen, wenn das System zu leise ist!

Gesamtleistung (beide Kanäle zusammen)

25–50 W: D-45
50–100 W: 180A, 180MA, D-75A
100–200 W: 280A, 280MA, CP660
200–400 W: 1160A, 1160MA, CP660, CTs 600, XLS 202
400–800 W: CE 1000, CE 2000, CH1, CL1, CTs 600, CTs 1200, K1, MA-602, MA-1202, SR II, XLS 202, XLS 402, XLS 602
800–1.000 W: CE 1000, CE 2000, CH1, CH2, CL2, CTs 4200, K1, MA-1202, SR II, XLS 402, XLS 602, Xs500, Xs700 
1.000–1.500 W: CE 1000, CE 2000TX, CE 4000, CH2, CH4, CL1, CL2, CL4, CTs 1200, CTs 2000, CTs 3000, CTs 4200, CTs 8200, K1, K2, MA-1202, MA-2402, SR II, XLS 402, XLS 602, Xs500, Xs700, Xs900, Xs1200
1.500–5.000 W: CE 4000, CH4, CL2, CL4, CTs 2000, CTs 3000, CTs 8200, I-T4000, I-T6000, K2, MA-3600VZ, MA-5002VZ, SR I, XLS 602, Xs700, Xs900, Xs1200
4.000–8.000 W: I-T6000, I-T8000, MA-5002VZ

Mit den Werkzeugen und Ratschlägen in diesem Artikel sollten Sie einen Leistungsverstärker mit der passenden Leistung für die Musikart und den Veranstaltungsort auswählen oder empfehlen können.

Quellen:

Bradford Benn, Business Development Manager bei Crown International.

Don & Carolyn Davis, Sound System Engineering, zweite Auflage. Howard W. Sams & Co., 1987, S. 273–275.

John Eargle, JBL Professional Sound System Design Manual 1999 Edition (von www.jblpro.com)

David L. Glass, Tech Support Specialist bei Crown International.

JBL, Speaker Power Requirements. Von www.jblpro.com.

Chuck McGregor, How Big an Amplifier Do I Need for a Loudspeaker?, www.live-audio.com/studyhall/watts.html.

Brad Nelson, Six and a Half Steps to Proper Amplifier Size, Syn Aud Con Newsletter (Bd. 27, Nr. 1, Winter 1999). In derselben Ausgabe schrieb Pat Brown einen Artikel zur Berechnung der Verstärkerleistung. Brad Nelsons Artikel wurde als „The Right Call“ in der Ausgabe September 2000 des Magazins Sound & Video Contractor erneut veröffentlicht.

Gerald Stanley, Senior Vice President of Research & Development bei Crown International.

Mailingliste von Syn Aud Con. Besonderer Dank an Pat Brown und Brad Nelson.

Adam Anderson, JavaScript-Programmierung für den Rechner