Wirkungsgrad, Frequenzgang und maximale Lautstärke: eine rudimentäre Einführung

von EDE-WOLF, 17.11.08.

  1. EDE-WOLF

    EDE-WOLF HCA Bass/PA/Boxenbau HCA

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    Erstellt: 17.11.08   #1
    da sich bei diesem thema scheinbar einiges an fehlern eingeschlichen hat, möchte ich an dieser stelle nochmal auf das thema wirkungsgrad eingehen.

    Was beschreibt der Wirkungsgrad?

    Wirkungsgrad ist definiert als das Verhältnis von Eingangs- zu Ausgangsleistung
    in unserem Falle geht es dabei zumeist um Boxen, somit:

    Leistung(elektrsisch) / Leistung (akustisch)

    die Angabe erfolgt in Prozent.
    Es hat sich diesbezüglich allerdings eine andere Schreibweise eingebürgert, die als zentrale größe eher den schalldruckpegel inne hat:

    dB/Watt/Meter (1Watt)

    Dezibel pro Watt in einem Meter entfernung.


    das heißt: schicke ich ein periodisches signal in eine Box, so erhalte ich einen schalldruckpegel von x dB, gemessen in einem meter entfernung.

    Anhand dieser Aussage wird im Grunde genommen schnell klar:

    Je höher der Wirkungsgrad, desto besser, das bedeutet ja, dass man mit weniger zugeführter Leistung einen höheren SChalldruck erzielen kann....

    Ich denke das beschreibt die weit verbreitete Meinung über das Thema in diesem Forum....

    eingeschränkt mag das auch duraus richtig sein, vernachlässigt allerdings sehr sträflich eine immens wichtige größe für uns bassisten:

    den Frequenzgang der angeschlossenen Box! Dieses Thema schneide ich nur an, es kann nämlich ausarten, ich versuche es pragmatisch zu halten.

    Eine jede Box wirkt wie ein so genannter "Bandpass". Das bedeutet: sowohl unterhalb einer gewissen Frequenz, als auch oberhalb fällt eine Box in ihrem Amplitudenfrequenzgang ab.

    [​IMG]

    schaut man sich dieses Bild an, erkennt man auf der Y-Achse die einheit "dBSPL", der so genannte "Sound pressure level" oder zu deutsch Schalldruckpegel. Es wird als aufgezeichnet wie laut die Box ein vorher definiertes Eingangssignal wiedergibt

    Auf der X-Achse wird die Frequenz aufgezeichnet.

    Man erkennt sehr deutlich dass in diesem beispiel unterhalb von ca. 75hz und oberhalb von 15khz der frequenzgang stark abfällt. Zu deutsch: obwohl ich ein elektrisches signal an die box schicke, welches über alle frequenzbereiche gleich laut ist, gibt die box verschiedene frequenzbereiche unterschiedlich laut wieder.

    Das bedeutet automatisch: eine Box benötigt eine Angabe zu ihrem Frequenzgang.

    Im allgemeinen schreibt sich dies wie folgt für das o.g. beispiel:

    Frequency response: 60hz-16khz (-3dB)

    und der kleine Wert hinter der Klammer hat es in sich. Da ja der Frequenzgang ab einem bestimmten punkt relativ konstant abfällt macht es sinn eine abweichung vom ansonsten relativ linearen frequenzgang anzugeben.
    60hz (-3db) heißt also: bei 60hz spielt die Box bereits 3dB leiser als im "nominellen" frequenzbereich. Anhand des Bildes lässt sich das ganz gut nachvollziehen.
    gleiches gillt für die 16khz.

    oftmals liest man folgende angaben:
    Frequency response: 30hz-16khz
    oder ähnliches. bei einer beschreibung fehlt die klammer.... somit ist die angabe "streng juristisch" zu absolut nichts zu gebrauchen. Man weiß nämlich nicht wie viel Pegel die Box bei 30hz bereits im gegensatz zu ihrem linearen bereich verloren hat!

    Denkbar wäre also eine Angabe wie: 30hz - 16khz (-3db)
    aber eben auch eine angabe wie: 30hz - 16khz (-20db)

    beide boxen würden sich fundamental in ihrer basstauglichkeit unterscheiden... bei 30hz wäre nämlich die 2te box 17db leiser als die erste... was ca. ein 4tel der gefühlten lautstärke ist.

    Man sieht: ohne eine abweichung taugt die angabe nicht!

    Kommen wir zurück zum wirkungsgrad:

    schaut man sich nun den frequenzgang einer Box an wird einem klar, dass ein "nomineller wirkungsgrad" nur in bezug auf eine frequenz oder einen frequenzbereich sinn macht, und dass gerade zu tiefen frequenzen hin, der wirkungsgrad immens einbricht.

    das bedeutet: die WIrkungsgrad angabe muss IMMER in realation zum Frequenzgang gesetzt werden:

    Oben genannte box hätte bspw. einen wirkungsgrad von 99dB in dem für sie konzeptionierten bereich, bei 50hz allerdings nur noch einen wirkungsgrad von 89dB

    man sieht also: welchen "realistisch relevanten" wirkungsgrad eine box hat, hängt entschieden von dem signal ab, mit dem sie versorgt wird...
    wir sind basser... wir sind tieffrequent unterwegs!
    Unsere primären, energieintensiven anteile bewegen sich irgendwo zwischen 45 und 150hz... darüber bauen wir spektral merklich ab!

    Beispiel eine basstracks von mir:

    [​IMG]

    man sieht: es tut sich sehr viel unterhalb von 100hz, das gilt es natürlich auch wiederzugeben. Unwichtig hingegen ist der Wirkungsgrad jenseits der 1khz... da passiert ohnehin nicht mehr allzuviel...

    Eine Box muss also im Bereich <100hz wirkungsgradstark sein...
    nehmen wir mal ein paar beispiele:
    hartke 2x15er:
    http://www.musik-service.de/hartke-215-b-xl-prx395761505de.aspx
    Frequenzgang: 30 Hz - 1 kHz
    Empfindlichkeit 99 dB @ 1 W/1 M

    Diese Angabe ist absolut untauglich! hier könnte gelogen werden ohne dass man lügt... es wäre, ohne dass die angabe gelogen wäre, möglich dass die 99db erst bei einem khz erreicht werden, und wir bei 30hz bereits einen abfall von 30db verkraften müssten....
    Die Angabe hat an sich keinen praktischen wert!

    Tendenziell vorbildlich: die Warwick 411:


    Frequenzgang (-3dB) 50 - 15k
    Tiefton Frequenz (-10dB) 40 Hz
    Sensitivity (1W/1M) 102 dB

    Diese angabe sagt uns: ab 50hz ist die box 3db leiser als in ihrem linearen bereich.
    als zusatzangabe wird noch ein wert mitgeteilt, bei dem die Amplitude um 10dB abfällt: hier 40hz... das heißt bei 40hz hat die box einen um 7dB geringeren wirkungsgrad als bei 50hz
    darüber hinaus wird der wirkungsgrad mit 102db angegeben....

    nun kann man tendenziell sagen: dass der wirkungsgrad bei 50hz ungefähr bei 99db liegt.

    (abgesehen halte ich das für gewagt, aber rein von der beschreibung her ist das vorbildlich ;) )

    um nochmal aufzuzeigen wie sich boxen unterscheiden können hab ich ne minimal-rudimentäre simulation gemacht:

    [​IMG]

    ich habe also verschiedene speaker mit verschiedenen nominellen wirkungsgraden miteinander verglichen.... wer sich das bild genauer ansieht dem fällt auf:
    Je geringer der wirkungsgrad im linearen bereich, desto tiefer kann allerdings der lautsprecher linear spielen!
    Oder anders formuliert: ein speaker der eine "mittenrakete" ist und wie der evoice 12l oberhalb von 150hz wirkungsgrad jenseits der 101db (was immens viel ist) hat, können tendenziell bässe nur deutlich leiser erzeugen.

    Vergleicht man beispielsweise mal den delta 12 lf mit dem evoice 12 l so erkennt man dass der evoice oberhalb von 100hz deutlich lauter ist (5db immerhin), dafür der delta unter 100hz merklich lauter
    (krass wirds bei 30hz, da ist der delta dann tatsächlich ca. 70db lauter als der evoice bei gleichem eingangssignal)

    die simulationen sind rein exemplarischer natur, da wurde jetzt einiges nicht berücksichtigt, wie zum beispiel dass das gehäuse vom delta deutlich größer ist! es diente nur der verdeutlichung!

    einen sonderfall stellt die gelbe kurve da! während alle anderen eine simulation von bassreflexgehäusne sind, ist gelb ein geschlossenes....
    der unterschied fällt nicht so direkt auf, aber ein geschlossenes gehäuse fällt im unteren bassbereich weniger schnell ab als ein bassreflexgehäuse...

    hätten wir also 2 boxen mit der angabe:
    96db/Watt/Meter
    30hz-15khz (-3db)

    und eine wäre geschlossen, und die andere eine bassreflexbox würde dies bedeuten, dass die geschlossene unter 30hz lauter spielt als die bassrelfexbox...

    in der realität sieht es natürlich anders aus, bassreflex wird ja gerade dazu genutzt den wirkungsgrad im bassbereich zu erhöhen!

    In der realität haben bassreflexboxen einen deutlich niedrigeren "-3db Punkt" als geschlossene... aber unterhalb von diesem -3db punkt wird dann irgendwann tatsächlich trotzdem die geschlossene box wieder wirkungsgradstärker...

    hier auf realitätsnahe werte zu verweisen, kann ich gerade nicht, sorry...



    FAZIT: wer einen bassigen sound fährt und viel tiefton braucht, der kommt oftmals mit einer box die auf dem papier einen geringeren wirkungsgrad hat weiter!
    denn sonst müssten wir alle über hochtöner spielen, die meist einen wirkungrad um die 108-110db haben... dass das nicht sien kann dürfte jedem klar sein!
     

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  2. Ravenadvocate

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    Erstellt: 17.11.08   #2
    Super Beitrag EDE das gibt ne gute Bewertung!

    Genau dieses thema haette ich heute abend in nem neuen Threat angesprochen meine
    Frage waere dabei gewesen:
    Wie relevant/verlässlich die Frequenz- und Wirkungsgradangaben bei Boxen sind.

    Bist mir damit ja zuvor gekommen - Danke schoen :]

    Als Fazit entnehm ich dem ganzen mal, dass man den Frequenzangaben nicht viel Gewicht geben braucht,
    wenn nicht, wie in deinem Warwick Beispiel, genauer da steht ab welchen Frequenzen es wirklich leiser wird.
    Verlaesslich waeren dann wohl eher die Grafiken, die anzeigen welche
    Amplitudenfrequenzgang die !Box! (nicht der Lautsprecher) im Gesamtspektrum hat.
    Sollte, find ich, so gehandhabt werden dass als Angabe diese Grafik hinzugefügt wird.
     
  3. t-man

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    Erstellt: 17.11.08   #3
    Hallo EDE-WOLF,

    einfach top:great::great::great:
     
  4. the flix

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    Erstellt: 18.11.08   #4
    Sehr schön!

    Kommt der Teil mit der maximalen Lautstärke noch?
    Da wird es ja auch noch mal interesant bezüglich der Gleichung höherer Wirkungsgrad = höherer Maximalschalldruck bzw. Maximalschalldruck im Bass hängt ab von was.
     
  5. t-man

    t-man Registrierter Benutzer

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    Erstellt: 18.11.08   #5
    Komischerweise ist das bei gehobenen HiFi-Boxen standard.
    Dort ist allerdings der Anspruch in der Linearität der Amplitude.
     
  6. EDE-WOLF

    EDE-WOLF Threadersteller HCA Bass/PA/Boxenbau HCA

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    Erstellt: 18.11.08   #6
    eine grafik halte ich aus marketingstrategischen gründe für riskant....

    wenn ich einen wust aus bergen und tälern im frequenzgang sehe, somit völliges amplituden chaos, hab ich dabei automatisch das gefühl dass die box nicht klingt... was im E-bass bereich allerdings völliger blödsinn ist...

    somit würde man eventuell per se eine box ausschließen...
     
  7. palmann

    palmann Registrierter Benutzer

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    Erstellt: 18.11.08   #7
    Das heißt also nichts anderes als das es im Bereich der Instrumentenboxen nicht unbedingt darauf ankommt, dass die Boxen linear sind, oder? Verfärbungen sind also durchaus erwünscht?

    Gruesse, Pablo
     
  8. t-man

    t-man Registrierter Benutzer

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    Erstellt: 18.11.08   #8
    Hallo EDE-WOLF

    Über den absoluten Blödsinn lässt sich streiten.
    Wenn man die Amplituden ersehen könnte, würden bestimmte Blender wirklich vom Markt verschwinden. Du weißt auch, daß ich durch bestimmte Abstimmungen einen Bassbereich vorgaukeln kann, und genau dieser Müll würde verschwinden.

    Das Amplitudenchaos ist nur dann ein Chaos, so lange man den Kunden dumm lässt.

    Ganz klar müssen Klangfärbungen berücksichtigt werden, also Boxen die auf dem Papier schlecht aussehen, aber dem Mainstream treffen.
    Aber stammen diese Klangfärbungen nicht oft aus Fehlabstimmungen?
     
  9. EDE-WOLF

    EDE-WOLF Threadersteller HCA Bass/PA/Boxenbau HCA

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    Erstellt: 18.11.08   #9
    naja die frage ist nur: was ist müll...

    wenn mir einer ne box verkauft die völlig pervers getunt ist und mir bei 70-80 hz ne 4-6db angebung mit völligem dröhn produziert...

    und ich gucke aufs papier weiß ich als halbwegs boxenversierter: das kann einfach nicht klingen

    hätte ich diese box blind gespielt hätte sie mir sogar gefallen können wer weiß....

    jetzt pack ich sie auf jeden fall nicht mehr an :D

    aber ich weiß schon was du meinst....

    @pablo: ja das solls heißen, wir wissen ja alle das klangfärbung per se nichts schlechtes ist!


    dennoch gibts halt objektive kriterien für eine passende box...
     
  10. Cadfael

    Cadfael HCA Bass Hintergrundwissen HCA HFU

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    Erstellt: 18.11.08   #10
    Hallo Ede,

    erstmal vielen Dank für diesen hervorragenden Beitrag. :great: :great: :great:
    Ich denke er wird in den nächsten Tagen in die FAQs aufgenommen? Sonst schreibe ich einen unser tollen Bass MODs an.

    In der Tat ist es nicht die primäre Aufgabe einer Instrumentalbox neutral zu klingen. Für E-Gitarrenboxen gilt das wphl noch stärker als für Bassboxen. Wer sich bewusst einen Ampeg Kühlschrank käuft hat garantiert keine lineare Wiedergabe im Kopf.
    Und wer eine Glockenklang nach dem Namen käuft ohne zu wissen was sie macht und wie neutral sie ist, kann genau so gut enttäuscht sein.

    Man sollte nicht vergessen, dass noch vor 50 Jahren in Verstärkerprospekten stand: "Drehen Sie ihren Verstärker nicht zu laut auf, da der Klang dadurch verzerren kann." :)

    ... die dann wieder vom Einsatzgebiet abhängt. ;)
    Spielt man E-Bass ohne Zusatzverstärkung (PA), soll die Box den Raum halbwegs gleichmäßig beschallen. Für die Tiefen ist einzig die Box zuständig. Spielt man über PA kann die Bass Box aber den PA-Bassboxen in die Quere kommen. Laute fette Bässe sind eher kontraproduktiv, da sie die saubere Arbeit der PA stören.

    Frage ist also, zu was ich meine Box überhaupt einsetze; zur Publikumsbeschallung oder zum Monitoring.

    Bei Mikrofonen gibt es ja oft Datenblätter. Ich bezweifle allerdings, dass auch nur 50% der Musiker sie richtig deuten können. Bei Bassboxen würden solche Diagramme auch nicht für Klarheit sorgen.
    Vor allem nicht, da unser Gehör doof ist und völlig irrational arbeitet. Beim Klang einer 410er wäre das Datenblatt zudem nutzlos, solange nicht klar ist ob die 410er als Stand Alone auf dem Boden steht, oder aber in 65 cm Höhe auf einer anderen Box. Die Wahrnehmung wird eine völlig andere sein - selbst bei identischem In- und Output.

    Gruß
    Andreas
     
  11. EDE-WOLF

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    Erstellt: 19.11.08   #11
    naja... also wenn ich schon ne box dabei hab, dann will ich die doch mit ziemlich hoher wahrscheinlichkeit im proberaum UND auf der bühne spielen...
     
  12. EDE-WOLF

    EDE-WOLF Threadersteller HCA Bass/PA/Boxenbau HCA

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    Erstellt: 28.11.08   #12
    können wir das ding eventuell pinnen?

    wirds gewünscht?
     
  13. t-man

    t-man Registrierter Benutzer

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    Erstellt: 28.11.08   #13
    :confused:

    Ja!:great:
     
  14. der_bruno

    der_bruno Mod Emeritus Ex-Moderator HFU

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    Ich machs heute Abend.
     
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