Funktionsweise eines RMS-Limiters

[Calaway65]

So, in Anlehnung an diesen Thread https://www.musiker-board.de/pa-eff...-pa/535108-pa-controller-mit-rms-limiter.html mach ich mal ein anderes Thema auf, damit wir uns im Orginal-Thread nicht zu sehr vom eigentlichen Thema entfernen.

Und zwar gibt es noch ein paar Dinge, die ich im Zusammenhang mit RMS-Limitern nicht verstehen will. Aber mal der Reihe nach:

- Ein RMS-Limiter ist dazu da ein Verkohlen der Spule zu verhindern, indem er dafür sorgt, dass eine gewisse Leistung über einen gewissen Zeitraum nicht überschritten wird

- Nach meinem Verständniss heißt das: Ein normaler Limiter bei dem man Attackzeit und Threshold so einstellt, dass die Transienten/Impulse durchgelassen werden, das restliche Signal aber niemals die RMS-Leistung des Lautsprechers übersteigt. Schon mit dieser Konstruktion sehe ich nicht, wie die Spule da noch in thermische Gefahr geraten könnte, wenn die RMS-Leistung nie um mehr als einige Millisekunden überschritten wird.

- Jetzt erfahre ich von Jens, dass ein echter RMS-Limiter einen Mittelwert aus dem gesamten Signal bildet, also auch die Signalspitzen mit eingerechnet werden. Das heißt für mich, dass der Lautsprecher jetzt noch nicht mal seine RMS-Leistung über einen längeren Zeitraum sehen wird, weil die Signalspitzen ja dafür sorgen, dass der restliche "Signal-Teppich" weiter unten liegen muss, um noch auf den im Threshold eingestellten Mittelwert zu kommen. Spätestens jetzt kann der Lautsprecher nach meinem Verständniss NIEMALS den Hitzetod sterben!

- Jetzt kommt aber wieder Jens um die Ecke, um mir mitzuteilen, dass auch in diesem Falle der Speaker nicht vorm Verbrennen geschützt wäre, wenn sich die Zeitparameter des Limiter aufs Signal und nicht auf die Integrationszeit der Spule (oder so ähnlich) beziehen.

Und das ist der Punkt, der sich mir absolut nicht erklären will. Wie kann die Spule noch irgendwie thermisch gefährdet sein, wenn der Lautsprecher, nach meinen Erkenntnissen von oben, niemals, über mehr als einigen Millisekunden, mehr als seine RMS-Leistung sieht (eigentlich sogar weniger)? Wo liegt mein Denkfehler?

Bitte helft mir!

 

[Jens Droessler]

Zuersteinmal IST RMS genau dieser Mittelwert, der aus dem GEsamtsignal gebildet wird, eben der Heizwert. Peaks heizen die Spule schließlich genauso weiter auf wie dauerhafte Signale, wie lange schwingende Saiten an der Bassgitarre. Was hilft es dir, wenn Spitzen ignoriert werden, der Lautsprecher schon mit dem eingestellten Wert am Maximum seiner Temperaturbelastbarkeit ist und dann noch im 50ms-Abstand Spitzen mit nochmal 10dB mehr kommen, die der Limiter allesamt ungehindert durchlässt, bis die Spule dann eben doch wegbrennt?

Das mit den Konstanten versuche ich nochmal zu erklären: Stell dir vor, die Integrationszeit des Limiters beträgt 500ms. Er weiß also nur, was in den letzten 500ms passiert ist. Jetzt läuft der Limiter am Threshold, begrenzt die Dauerleistung auf den gewünschten Wert... und dann kommt 550ms lang GAR NICHTS an Signal in dem Frequenzbereich. Der Limiter ist also dank des 500ms Fensters der Meinung, dass er nichts reduzieren muss. Und nach den 550ms kommt wieder ein extrem lautes Signal, was der Limiter erstmal so durchlässt, weil er ja laut Integrations noch nicht begrenzen muss. Die Schwingspule ist aber noch heiß von der Zeit vor den 550ms Ruhe, da eine Schwingspul und der Magnet drumrum nicht so schnell abkühlt. Davon weiß der Limiter aber nichts. Es kommt also die "neue Hitze" ohne Begrenzung auf die alte drauf...

 

[Calaway65]

Ok, das habe jetzt glaube ich sogar ich verstanden.

Wobei ich ehrlicherweise nicht gedacht hätte, dass selbst eine kurze Signalspitze von wenigen Millisekunden, eine derartige Hitze entwickeln kann, dass die Spule in Gefahr gerät. Aber gut, die Frage ist also, ob ein RMS-Limiter eine Integrationszeit hat, die lang genug ist, um in etwa, der Länge des Abkühlvorgangs der Spule zu entsprechen.....

Nach all diesen Erkenntnissen: Üblicherweise dimensioniert man Endstufen ja nicht mit exorbitanten Faktoren über. Ein üblicher, im Forum oft genannter Faktor ist ja 2, bei Class-D Amps gerne auch mal 4. Wenn man jetzt sieht, dass die doppelte Leistung gerade einmal 3 dB mehr Pegel sind, kann man sich dann nicht eigentlich schon wieder die Frage, ob der Notwendigkeit eines RMS-Limiters stellen? Selbst DJ "Clip-LED" dürfte es schwerfallen alle seine Gerätschafte so zu überfahren, dass die Anlage dauerhaft ein Signal mit 3 dB oder weniger Crest sieht. Oder anders ausgedrückt: Bei einer üblichen Endstufenüberdimensionierung von 2, ist eine thermische Gefährdung der Lautsprecher extrem unwahrscheinlich!?

 

[RaumKlang]

Selbst DJ "Clip-LED" dürfte es schwerfallen alle seine Gerätschafte so zu überfahren, dass die Anlage dauerhaft ein Signal mit 3 dB oder weniger Crest sieht.

Kommt drauf an. Mittlerweile braucht man dafür nicht mal mehr DJs Marke "dauerrot" - manch handelsübliche CD ist bereits so kaputtgemastert, dass da weniger als 3dB crest übrigbleiben. Beliebt z.B. im Bereich elektronischer Tanzmusik. Mir ist da neulich ein Track aufgefallen, bei dem die Pappen mit dem bloßen Auge erkennbar erstmal ein paar ms auf xmax stehen blieben.
Warum man einen Oktavgedoppelten Sinus jetzt im "Mastering" auch noch massiv clippen muß, weiß kein Mensch...

Oder anders ausgedrückt: Bei einer üblichen Endstufenüberdimensionierung von 2, ist eine thermische Gefährdung der Lautsprecher extrem unwahrscheinlich!?

Kommt auch wieder drauf an. Eine übliche Dimensionierung ist 2...4 x AES. Ein brauchbarer Lautsprecher sollte seine AES-Belastbarkeit dauerhaft aushalten, d.h. mit einem (intakten) Musiksignal geht in den allermeisten Fällen das Zweifache davon, in Peaks von ein paar ms das Vierfache.
Solange man sich im grünen Bereich der thermischen Schwingspulenbelastbarkeit bewegt, geht halt nichts kaputt. Es sei denn die Peaks sind so groß, dass der Lautsprecher xmax damage überschreitet.
Würde die Menschheit sensibel auf Verzerrungen reagieren, wären Lautsprecherschäden deutlich seltener, auch ganz ohne Limiter. Dummerweise wird die eigentlich für Peaks vorgesehene Leistungsreserve aber viel lieber in mehr Dauerpegel mit massiv höheren Verzerrungen umgesetzt. Peaks werden dann vom Lautsprecher komprimiert, die RMS-Leistung wird höher und der Lautsprecher stirbt den thermischen Tod.
Ein RMS-Limiter kann das bis zu einem gewissen Grad verhindern, wenn eben die Integrationszeit lang genug ist, um nicht gleich nach jeder Leistungsspitze sofort wieder aufzumachen.