Crest-Faktor, Dauer- vs. Spitzenleistung: praxisnahe messtechnische Darstellung

Hallo liebe Leute.

Alle Jahre wieder kommt in den diversen PA-Foren das Thema "Crestfaktor", "Dauer- vs. Spitzenleistung", "machen xx kW Amps an einer 16A Dose / Absicherung Sinn?" auf. Um die Notwendigkeit von ellenlangen Diskussionen, die oft zu nix führen, in Zukunft zu minimieren, anbei eine kurze messtechnische Abhandlung mit anschliessendem Praxisbezug.

Es folgen Vergleiche von Signalspitzen vs. der Gesamtenergie diverser Musikstücke verschiedener Richtungen. Die durchgehende Linie stellt die Peaks dar, die gestrichelte Linie den Energiegehalt.
Als Referenz soll ein Sinus (erste Grafik) und ein Rechtecksignal (was man als "geclipptes Signal" bezeichnen würde; zweite Grafik) dienen. Wie man sieht, bei beiden decken sich Peak- und Gesamtenergie; Unterschied 0 dB:



Nun Musikbeispiele aus Schlager, Rock/Metal, Pop/HipHop, und Techno, die man unter "0815 Partymusik" zusammenfassen kann. Diese Titel repräsentieren, was über die übliche PA Anlage zu 90% laufen wird. Wie man sieht, die Differenz zwischen Peak und RMS beträgt ~6 dB aufwärts. Interessant ist auch anzumerken, dass sich die Peaks relativ uniform im Frequenzspektrum verteilen, der Grossteil der Energie aber stets im Bass konzentriert ist:



Hier ein Technolied mit einer etwas "langgezogenen", "dröhnigen" Bassdrum - wie man sieht, der Energiegehalt steigt gleich deutlich, auf ~ -2, 3 dB des Peaks:



Bassdrums sind jedoch nichtmal üblicherweise das "Problem"; eher sind das tiefe, langgezogene Basslines, die sinusähnliche Signale darstellen. Hier zwei Beispiele. Wie man sieht, beim zweiten Beispiel entspricht der Gesamtenergiegehalt der ~45 Hz Bassline quasi dem Peak; nur ca. 1 dB Unterschied:




Praxisbezug: insb. unter den "neuen" Schaltnetzteil-Verstärkern gibt es viele Produkte, deren Funktionsweise und Marketing-Appeal darauf basiert, deutlich mehr Spitzen- als Dauerleistung zu liefern.
Ein Paradebeispiel wäre die t.amp TSA 4-1300. Im Tools4Music Test liefert die Endstufe an 4x4 Ohm Last pro Kanal in den ersten 33 ms eines 100 ms Burst 2025 Watt, innerhalb der letzten 33 ms des 100 ms Bursts 1521 Watt. D.h. die Leistung der Endstufe bricht innerhalb von Sekundenbruchteilen signifikant ein - alles im Musiksignal, was kein kurzer Impuls ist, kann nicht mit voller Leistung wiedergegeben werden.

Ähnliches haben ein befreundeter Veranstaltungsdienstleister und ich letztes Jahr praxisnah ermittelt (-> Bericht). Wir hatten ein Testfeld von vier leistungsfähigen PA-Verstärkern, unter ihnen die TSA 4-1300, an je vier Doppel-15er Subs. Bei Musiksignal mit hohem Crestfaktor (den ersten Musikbeispielen in diesem Thread entsprechend) zeigte das Pegelmessgerät keinen Unterschied zwischen den vier Amps; bei Musiksignal mit niedrigem Crestfaktor (lange Basslines in elektronischer Musik, den letzten beiden in diesem Thread gezeigten Musikbeispielen entsprechend), waren mit dem stärksten Amps des Testfelds, einem Nexo NXAmp 4x4, ca. 6 dB mehr Pegel als mit der TSA 4-1300 messbar. Beim Test mit niedrigem Crestfaktor war sogar eine Crest Pro 8200, die mit deutlich weniger Leistung angegeben ist, aber diese halt offensichtlich konstanter liefern kann, lauter als die TSA.

Im Kontrast zur TSA gibt es dann Verstärker, die zwar viel Dauerleistung liefern, aber ebenfalls nur über einen einzelnen 230V Schuko-Stecker als Stromversorgung verfügen. Insb. sind das die Lab Gruppen FP-Klone. Wenn man den Wirkungsgrad der Amps / die thermischen Verluste miteinberechnet, sind weder Leitungen, Anschlüsse, noch Sicherungen dauerhaft dafür geeignet.
Als Resultat sind die einschlägigen Foren voll mit Berichten, dass diese Amps einen Sicherungsautomaten auslösen haben lassen - Fallbeispiele: #1, #2, #3, #4.


Fazit: auf das Signal kommt's an. Ein Verstärker mit einer grossen Differenz zwischen Spitzen- und Dauerleistung kann bis Volllast uneingeschränkt funktionieren, wenn dieses Verhältnis im Musiksignal ähnlich vertreten ist. Ein Verstärker mit einer Spitzen- und Dauerleistung, die bei 230V Anbindung den Nennstrom des Sicherungsautomaten übersteigt, kann aufgrund der Auslösekennlinie der gängigen Sicherungsautomaten ebenso bei Volllast funktionieren, wenn das Musiksignal nicht entsprechend fordernd ist.

Speziell bei Vermietungen hat man natürlich keine Möglichkeit, das Musikmaterial im vorhinein zu überprüfen. Es kann immer mal, und tut das üblicherweise auch, ein Anteil mit sehr niedrigem Crestfaktor im Musiksignal vorkommen. Dessen muss man sich bewusst sein.
(RMS)-Limiter können helfen, sind aber natürlich eine Einschränkung der Signaltreue. Alternativ oder ergänzend kann man sein Material auch einfach nicht voll ausfahren; in dem Fall sollte man sich allerdings fragen, warum man sich überhaupt Amps mit den Leistungsangaben zB einer TSA 4-1300 oder FP14000 gekauft hat.

Die einzige kompromisslose Lösung für alle Anwendungen ist im Endeffekt, Amps einsetzen, die ein zmd. annähernd 1:1 Verhältnis von Spitzen- zu Dauerleistung aufweisen, deren Leistung die Kapazitäten der Stromversorgung nicht übersteigt, und wenn mehr Ampleistung gefordert ist, diese via mehr Amps an jeweils ihrer eigenen Phase zu realisieren.


Beste Grüsse
Stoneeh

Jetzt kommst Du der Sache schon näher. Mal ehrlich, wer glaubt denn wirklich, daß, unter Berücksichtigung eines Wirkungsgrades von vielleicht (0,5 ... 3)%, einer üblich großen Lautsprecherschwingspule vielleicht 1kW (oder mehr) elektrische Leistung dauerhaft zugeführt werden können?

Das Ganze ist doch wieder der Kampf um "Watt, und davon möglichst viel". Nur eben heute unter der Randbedingung, daß Manche gar nicht mehr in der Lage sind, sich gewisse Größenverhältnisse vorzustellen.

Es hatte schon einen Sinn, daß früher die dem Lautsprecher zuführbare Leistung angegeben wurde für Sinuston, über 100h.
Daraus ergab sich für 30cm-Lautsprecher mit Nawi-Pappmembran eine mögliche Leistung, die so zwischen (12,5 ... 50)W lag. Das funktionierte dann auch.