Kompakte Sprachalarmzentrale mit EN54-16 Zertifizierung und Möglichkeit zur Vernetzung
von Anselm Goertz, Artikel aus dem Archiv vom
29Der in England ansässige Hersteller ASL blickt auf eine 30-jährige Firmengeschichte zurück und fertigt und entwickelt seit über 20 Jahren Sprachalarmanlagen aller Art für die unterschiedlichsten Einsatzbereiche. Mit dem System Integra kommt nun eine komplette Sprachalarmzentrale hinzu, die mehrere Geräte aus der VIPEDIA-Serie in einem kompakten Gehäuse vereint und somit eine einfache Komplettlösung für viele Anwendungen bietet. Dank skalierbarer Endstufen und Vernetzungsmöglichkeit ist das Integra-System zudem äußerst flexibel und anpassungsfähig.
Sprachalarmanlagen (kurz SAA) werden heute in vielen öffentlichen Gebäuden bei Neubauten oder Sanierungen durch das Brandschutzkonzept gefordert und dann entsprechend geplant und installiert. Die aktuell dazu in Deutschland gültige Norm ist die VDE 0833-4:2014-4, die für alle verwendeten Baugruppen nach EN54 zertifizierte Bauprodukte erfordert. Relevant sind hier die EN54-4 für die Energieversorgung, die EN54-16 für die Sprachalarmzentrale (kurz SAZ) und die EN54-24 für Lautsprecher.
Die bei der Planung und Projektierung von Brandmeldeanlagen tätigen Firmen müssen ebenfalls zertifiziert sein. Hier gilt die DIN 14675 für alle Phasen von der Planung und Projektierung über die Montage bis zur Inbetriebnahme, Abnahme und Instandhaltung.
BILD 01: Einblick in den ASL Integra Schrank: Das unten befindliche Batteriefach ist noch leer; dort werden zwei 12V/75Ah-Batterien eingesetzt. (Bild: Anselm Goertz)
Audio Pro Heilbronn verfügt mit den verantwortlichen Technikern Dirk Hartmann und Volker Holtmeyer über diese Qualifikation für alle Phasen nach DIN 14675. Passend dazu hatte man bereits seit Längerem eine kompletten Range EN54-24 zertifizierter Lautsprecher von JBL im Programm. Um nun das Angebot zu vervollständigen, übernahm man vor etwas mehr als einem Jahr noch den Vertrieb der Produkte von ASL für Deutschland und Österreich.
Audio Pro führt heute von ASL die kompletten Sprachalarmzentralen und auch deren Einzelkomponenten sowie das Zubehörprogramm mit Sprechstellen, Wandpanels, Geräuschsensoren und End-of-Line-Modulen in seinem Programm.
Die aktuell angebotenen Integra-Modelle sind die 03, 05, 07 und 10. Die Zahl beschreibt die jeweilige Anzahl der Ausgangswege bzw. Endstufen. Äußerlich sind alle Integra-Modelle identisch und kommen in einem schwarzen Metallschrank für Wandmontage mit Abmessungen von 980 × 600 × 220 mm (H × B × T) daher. Das Gewicht ohne Batterien beträgt je nach Anzahl der Endstufen zwischen 40 und 48 kg. Für die beiden 12V/75Ah-Batterien kommen dann in der Summe noch 46 kg hinzu. Das Herzstück der Audiotechnik in der Integra ist der VIPEDIA-12 Router mit jeweils zwölf analogen Ein- und Ausgängen, den es so auch als einzelnes 19″-Gerät gibt. Über das proprietäre DBB(Digital Back Bone)-Interface können lokal mit Kabellängen bis zu 5 m maximal vier Geräte zu einer Einheit verbunden werden, die dann nach außen hin als eine 48×48 Matrix auftreten. Neben den Audio Ein- und Ausgängen gibt es auch noch je zwölf GPI- und GPO-Anschlüsse zum Austausch von Ein- und Ausgangsmeldungen mit anderen Geräten, wie z. B. einer Brandmeldezentrale.
Möchte man mehrere VIPEDIAS oder auch komplette Integras über größere Distanzen vernetzen, dann gibt es dazu noch eine Netzwerkkarte, mit der maximal 32 Geräte untereinander verbunden werden können, um Überwachungs- und Audiosignale untereinander auszutauschen. Ein interner Sprachspeicher nimmt bis zu 40 Minuten Text für bis zu 64 Ansagetexte auf.
Bei der Integra befindet sich der VIPEDIA-12-Router im hinteren Teil des Gehäuses hinter dem Mainframe der Endstufen. Die Bedieneinheit, die sich bei der 19″-Version sonst auf der Front befindet, ist daher in die Türe des Schranks ausgelagert (Bild 02), wo das Display und alle Taster von außen zugänglich sind, ohne den Schranks öffnen zu müssen.
BILD 02: Bedienfeld am Gerät mit zweizeiligem Display. Hier können unter anderem einige grundsätzliche Einstellungen vorgenommen, die IP-Adresse abgelesen und Fehlermeldungen nachvollzogen werden. (Bild: Anselm Goertz)
Die zweite große Einheit in der Integra ist das Endstufen-Mainframe V2000, das ebenso wie der VIPEDIA-12 Router auch als eigenständiges 2HE-19″-Gerät erhältlich ist. Das Mainframe enthält ein Netzteil für eine Gesamtleistung der Endstufen von 2 kW und Steckplätze für insgesamt zehn Endstufenmodule. Die Endstufenmodule sind mit maximalen Leistungen von 150 W und 500 W verfügbar. Von den zehn Kanälen können einer oder zwei als Havarie Endstufen konfiguriert werden, die im Falle eines Defektes eines aktiven Kanals einspringen. Alle Endstufen können per Software für den Betrieb in 50V-, 70V- oder 100V-Systemen konfiguriert werden. Ebenfalls via Software kann die maximale Leistung in 5-W-Schritten von 25 W bis zur maximalen Leistung eingestellt werden, so dass es bei vielen Endstufenmodulen nicht zu einer Überlastung des Netzteils kommen kann. Die Endstufen arbeiten nach dem Class-D-Prinzip als Direct Drive ohne Übertrager im Ausgang.
Als weitere Besonderheit stellt das Endstufen-Mainframe noch einen Anschluss für die 24-V-Batterieversorgung inklusive Ladefunktion bereit. Die Batterien der Integra haben eine Kapazität von 75 Ah bei einer Nennspannung von 24 V. Wie lange reicht das, wäre jetzt die Frage? Laut Datenblatt für 24 Stunden Ruhezustand und 30 Minuten Alarmierung, was jedoch nicht ganz der Norm genügen würde, die 30 Stunden Überbrückungszeit verlangt, wenn keine Netzersatzversorgung in Form eines Generators vorhanden ist. Geht man davon aus, dass die Endstufenleistung mit 2 kW voll ausgenutzt wird, dann liegt für ein Sprachsignal mit 12 dB Crestfaktor (Verhältnis Spitzenwert zu Effektivwert) die mittlere abgegebene Leistung der Endstufen bei ca. 250 W (1/8 der Nennleistung). Bei einem Wirkungsgrad von 80|% und 24 V Versorgungsspannung würde das einen Strom mit einem Effektivwert von 13 A bedeuten. Bei nur 9 dB Crestfaktor wären es 26 A und bei 6 dB entsprechend 52 A. Für ein Sinussignal käme man dann sogar auf stattliche 104 A. Mit solchen Werten zu rechnen wäre jedoch nicht praxisgerecht, da die Alarmierung nicht mit einem Dauerton erfolgt, sondern mit einem kurzen Notsignal, gefolgt von einem Sprachsignal.
Vor Ort bei einer Prüfung lässt sich das leicht nachmessen, indem man bei laufender Alarmierung den Effektivwert des Batteriestromes mit einer Stromzange misst. Gemittelt über einen längeren Zeitraum oder auch die gesamte Alarmierungsdauer, lässt sich dann die tatsächliche Stromaufnahme aus den Batterien ermitteln. Als Anhaltpunkt hat sich so je nach Zusammensetzung des Alarmsignals die Berechnung mit 1/8 bis 1/2 der Nennleistung unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades der Endstufen und einer gewissen Alterskompensation der Batterien in einer Größenordnung von 5 % als sinnvoll herausgestellt.
BILD 03: eine Integra SAA-Zentrale enthält einen Vipedia-12 Router und ein V2000 Amplifier Mainframe, das mit bis zu zehn Endstufenmodulen bestückt werden kann. (Bild: Anselm Goertz)
Hinzu kommt dann noch die Stromaufnahme der restlichen Schaltung inklusive des Ruhestroms der Endstufen ohne Signal in einer Größenordnung von 1,5 A. Der Wert für den Ruhestrom wurde beim Testgerät Integra-3 mit drei Endstufenmodulen gemessen, womit für eine Überbrückungsdauer von 30 Stunden eine Batteriekapazität von 45 Ah erforderlich wäre.
Danach ständen dann noch 30 Ah für die Alarmierungsdauer zur Verfügung, wenn die Batterien die volle Kapazität haben. An diesem Beispiel lässt sich gut erkennen, dass die lange Überbrückungszeit von 30 Stunden und die Stromaufnahme ohne Signal im Ruhemodus grundsätzlich betrachtet eigentlich das größere Problem sind als die Alarmierungsphase.
In der EN54 Normenreihe zu Brandmeldeanlagen beinhaltet die EN54-16 das Thema Sprachalarmzentralen. Die Norm macht verschieden Vorgaben zur Audioqualität der Zentralen und befasst sich detailreich mit dem Ablauf der Alarmierung und möglichen Störungsmeldungen.
Wie bei allen EN54 Normen wird auch eine umfangreiche Prüfung der Geräte durch sogenannte Umweltbeanspruchungen in der Norm vorgeschrieben. Dazu gehören Kälte, Wärme, Feuchtigkeit, Erschütterungen durch Schlag oder Schwingungen und Schwankungen der Versorgungsspannung sowie die Elektromagnetische Verträglichkeit der Zentrale. Die entsprechenden Prüfungen sind aufwendig und werden nur von wenigen akkreditierten Laboren, wie z. B. der VdS Schadenverhütungs GmbH in Köln, durchgeführt.
Eine SAZ wird immer als Einheit geprüft, die dann auch genauso zu verwenden ist. Die Integra-Modelle von ASL verfügen alle über eine EN54-16 Zertifizierung. Für den Betrieb ist es noch wichtig zu beachten, dass keine anderen Geräte in die SAZ eingebaut oder an deren Stromversorgung angeschlossen werden dürfen. Grundsätzlich ist die SAZ auch mit einer separat abgesicherten und eindeutig zuzuordnenden Netzstromversorgung zu betreiben. Auf die Anforderung zur Audioqualität wird noch bei der Besprechung der Messwerte näher eingegangen.
Genauer betrachtet ist die Integra SAZ eine aus einzelnen Modulen des ASL-Programms zusammengesetzte Einheit in einem Schrank. Wie vorab schon erwähnt, gilt dann die EN54-16 Zertifizierung genau für diese SAZ in dieser Form. Änderungen sind nicht statthaft, es sei denn, die SAZ wird dadurch zu einem anderen, aber ebenfalls zertifizierten Modell. Für die Integra bedeutet das konkret, dass im Falle einer Erweiterung der Anzahl der Ausgangswege die Zertifizierung erhalten bleibt. Werden z. B. die Räumlichkeiten eines Supermarktes erweitert und es werden zusätzliche Endstufen für die Versorgung der neuen Lautsprecher benötigt, dann können diese in den Mainframe nachträglich eingesetzt werden.
BILD 04: Anschlussfeld (termination Board) in der Integra. Die an den Geräten verwendeten rJ45-Anschlüsse werden hier auf Schraubklemmen adaptiert. (Bild: Anselm Goertz)
Da am VIPEDIA Router alle Anschlüsse einschließlich der Audio Ein- und Ausgänge auf RJ45-Buchsen ausgeführt sind, ist oben im Gehäuse der Integra SAZ noch ein Termination Board angebracht, mit dem vier Audio-Eingänge und diverse GPIO-Anschlüsse auf Schraubklemmen aufgelegt sind. Die Ausgänge der Endstufe verfügen über Anschlüsse für Phoenix-Klemmen mit zwei Ausgängen (A, B) pro Endstufe.
Wie die Baugruppen in der Integra zusammenarbeiten, lässt sich gut im Blockschaltbild aus ABB. 01 erkennen. Das Zentrum der Integra ist der VIPEDIA-12 Router, der alle Audiosignal verwaltet, die Überwachung des V2000 Endstufen-Mainframes übernimmt und auch über seine GPIOs den Kontakt zur Brandmeldezentrale (BMZ) herstellt sowie mögliche Fehler über Relaiskontakte meldet. Die grün hinterlegte VIPEDIA-Net-Karte ist optional und ermöglicht die Vernetzung von bis zu 32 VIPEDIA-12 Einheiten und die Übertragung von je sechs Audio Eingangs- und Ausgangssignalen pro Gerät. Die Vernetzung kann ohne Fremdgeräte als geschlossener Ring mit Glasfaser oder CAT5/6 Kabel zwischen den Geräten erfolgen.
ABB.01: Blockschaltbild einer Integra mit VIPeDIA-12 router, V2000 Amplifier frame, VIPe-DIA-net-Karte und Termination Board
Als Zubehör zu den Integra-Systemen gibt es einfache Tischsprechstellen mit modularen Tastenmodulen, EN54 zertifizierte Feuerwehrsprechstellen zur Wandmontage in roten Metallkästen mit Pagingfunktion und Anzeige der Kontrollfunktionen der SAZ sowie Notruf- und Durchsagemikrofone in IP65 zertifizierten Gehäusen zur Wandmontage, wie sie z. B. auf Bahnsteigen eingesetzt werden. Ebenfalls erhältlich ist ein drahtloses Mikrofon mit entsprechendem Empfänger, das jedoch nur für Zusatzfunktionen genutzt werden kann und in keinem Zusammenhang mit der Alarmierungsfunktion steht. Gleiches gilt für einfache Wandpanele, die man zur Auswahl von Audioquellen und zur Einstellung der Lautstärke nutzen kann, wenn die SAA auch zur Einspielung von Musik oder anderen Inhalten außerhalb der Alarmfunktion genutzt wird. Alle diese Zusatzfunktionen werden umgehend deaktiviert, sobald eine Alarmmeldung eingeht. Für die Installation ist zu beachten, dass fremde Quellen zwar ein Audiosignal zur SAZ zuspielen dürfen, aber keinesfalls in deren Schrank eingebaut oder an deren Stromversorgung angeschlossen werden dürfen.
BILD 05: Eine zum Integra System gehörige mPS10 Tischsprechstelle, bestehend aus dem mPS01 Basisgerät und einem mPX10 tastenmodul. An einer Sprechstelle können bis zu fünf Tastenmodule angeschlossen werden.
Als weiteres Zubehör gibt es noch End-of-Line Module zur Überwachung der Lautsprecherleitungen und Ambient-Noise-Sensoren zur Messung des Umgebungslärms und der daraus abgeleiteten Anpassung des Pegels einer Durchsage. Letzteres wird ebenso wie die per Software zu definierende Nachtabsenkung nur für einfache Ansagen genutzt und im Alarmfall ignoriert, wo die Ansagen immer mit Alarmierungspegel erfolgen.
Wie es sich aus dem bisher Gesagten schon erkennen lässt, handelt es sich bei der Integra SAZ um ein recht komplexes System mit sehr vielen Funktionen. Zur Konfiguration dieser „Blackbox“ gibt es daher das „PAVA System Configuration Tool“ (kurz PAVA SCT) als Windows-Software. Die Installation gelingt ohne Probleme und stellt auch keine höheren Ansprüche an den verwendeten PC. Der Rechner kann anschließend direkt mit einem der Ethernet Ports in der Integra verbunden werden. Die IP-Adressen der Geräte in der Integra können über das Frontdisplay abgelesen und bei Bedarf auch eingestellt werden.
Die Funktion der Software lässt sich unterteilen in eine erste Phase zur grundsätzlichen Konfiguration der Integra und die zweite Phase zur direkten Bedienung diverser Funktionen. Zum ersten Teil gehören die Definition der angeschlossenen Geräte, die Benennung der Zonen, das Routing der Signale, deren Prioritäten und die Festlegung der maximalen Leistung der Endstufenkanäle sowie deren Modus für 50V-, 70V- oder 100V-Systeme. ABB.02 zeigt dazu die SCT Software mit der Baumstruktur der Integra-Hardware auf der linken Seite und einem exemplarischen Routing für einen Signalweg auf der rechten Seite.
ABB.02: PAVA System Configuration Tool Software zur Einrichtung einer Integra. In der linken Hälfte sind alle verfügbaren Eingänge und Endstufen aufgelistet. rechts ist ein mögliches Signal-Routing exemplarisch für den Input 4 zu den Endstufen gezeigt.
In ABB.03 sieht man eine Liste der Endstufen im Amplifier Frame und deren Konfiguration. Ist das alles definiert, dann kann die Konfiguration als xml-File gespeichert und im Anschluss daran auf die Integra übertragen werden. Dabei ist zu beachten, dass die in der Software eingestellten IPs der drei Einheiten Audio Router, Amplifier Frame und Network Card auch mit den Einstellungen der Hardware übereinstimmen.
ABB. 03: Der Amplifier Frame, dargestellt in der Software mit zehn Slots, von denen drei belegt sind. Slot 1 enthält den Havarie-Verstärker. Die endstufen in Slot 3 und 6 sind beide auf maximale Leistung von 500 W konfiguriert.
Für den Audio Router und den Amplifier Frame gibt es als Phase 2 der Software ein Dynamic Configuration Tool, wo alle Parameter der Signalverarbeitung wie Filter, Pegel, Delays, Limiter etc. im laufenden Betreib eingestellt werden können. An dieser Stelle wird es nun interessant. Kennt man von einigen anderen Sprachalarmanlagen hier nur recht simple und eher kryptisch zu bedienende Funktionen, dann wird man bei der Integra sehr angenehm überrascht. Die in den Ein- und Ausgangswegen zu findenden Möglichkeiten und auch deren Bedienoberfläche sind mit denen eines gut ausgestatteten Digitalpultes durchaus vergleichbar. Die Eingangswege (ABB.04) verfügen über Preamps mit schaltbarem Gain von 0 bis 60 dB, Phantomspeisung, Phase Invert und einer Pilottonüberwachung.
ABB.04: Funktionen zur Filterung und Dynamikbearbeitung in den Eingängen. Der Funktionsumfang entspricht bereits mehr oder weniger dem eines gut ausgestatteten Digitalpultes und ist in dieser form nur selten in klassischen SAA-Analgen zu finden.
In der EQ-Sektion folgen ein Hochpassfilter, ein Low-Shelf, zwei Bell-Filter und ein High-Shelf, deren Parameter alle über Drehknöpfe oder, und das ist besonders lobenswert, auch direkt als Zahlenwerte eingegeben werden können. Eine Rasterung der Werte oder andere unschöne Einschränkungen gibt es nicht. Gleiches gilt für die nachfolgende Dynamiksektion, die mit Gate, Compressor und Limiter voll ausgestattet ist. Zwei fein aufgelöste Bargraph-Anzeigen informieren zudem über den aktuellen Eingangs- und Ausgangspegel. Eine dritte zeigt eine mögliche Gain Reduction durch Limiter oder Compressor an. Kurzum, alles vorbildlich gemacht.
Ähnlich komfortabel geht es bei den Ausgängen zu (ABB.05) Hier gibt es neben Lowund High-Shelf sogar noch acht Bell-Filter, mit denen man die Lautsprecherfrequenzgänge korrigieren kann. Hinzu kommen noch ein Limiter und ein Delay für Zeiten bis zu 5 s. Das sind genau die Einstellung, die man sich wünscht. Ein komfortabler EQ für die Filterung der Lautsprecher und ein exakt arbeitender Limiter, mit dem sich eine Übersteuerung der Verstärker und/oder eine Überlastung der Lautsprecher vermeiden lässt. Zwei Bargraph-Anzeigen informieren auch hier über den Pegel am Ausgang und eine mögliche Gain-Reduction.
ABB.05: In jedem Ausgangsweg finden sich zehn parametrische EQs.ABB.06: Vierfach parametrischer EQ in den Eingängen
Viele Filter sind das eine, diese auch wie gewünscht einstellen zu können das andere. Nicht jeder Hersteller definiert die Filter-Güte (Q) oder die Bandbreite (BW) gleich, oder es gibt die Parameter nur in festgelegten Stufen. Exemplarisch wurden bei der Integra daher je ein Lowund High-Shelf-Filter und ein Bell-Filter nachgemessen und mit den Kurven eines anerkannten Filter-Tools aus der Mess technik verglichen.
Alle Filter können in der Frequenz von 20 Hz bis 20 kHz eingestellt werden, das Gain reicht von –18 bis +18 dB und die Güte der Bell-Filter von 1 bis 5. Die Flanke der Shelfs kann zwischen 6 und 12 dB/Oct. liegen. Die Messungen aus ABB.08 bis ABB.10 zeigen die zugehörigen Messkurven, die allesamt gut mit dem Verlauf der Filterkurven aus dem Filter Tool zusammenpassen.
ABB.07: Frequenzgang und Gain in der Neutralstellung ohne (rot) und mit
(blau) 200-Hz-Hochpassfilter in den Eingängen. Befinden sich alle Pegelsteller
in der 0-dB-Einstellung, dann beträgt die Über-alles-Verstärkung vom Eingang zum Lautsprecherausgang 42 dB.
ABB.08: Kurven eines Bell-Filters exemplarisch bei 1 kHz mit ±18 dB für Filtergüten von 1 bis 5. Die Filterfrequenz kann bis auf 1 Hz exakt zwischen 20 Hz
und 20 kHz eingestellt werden.
ABB.09: Low-Shelf-Filter exemplarisch bei 100 Hz mit ±18 dB mit Filterflanken von 6, 9 und 12 dB/Oct
ABB.10: High-Shelf-Filter exemplarisch bei 4 kHz mit ±18 dB mit Filterflanken
von 6, 9 und 12 dB/Oct
Für die Messung aus ABB.07 wurden alle Filter neutral eingestellt und vom Eingang mit 0 dB Sensitivity zum Ausgang einer Endstufe mit Last gemessen. Alle Gain-Steller befanden sich in der 0-dB-Stellung. Das Über-alles-Gain beträgt 42 dB. Definiert man demgegenüber den Frequenzgang mit den –3-dB-Eckfrequenzen, dann reicht dieser von 90 Hz bis 18,5 kHz. Die EN54-16, die lediglich eine Bandbreite von 400 Hz bis 4 kHz erfordert, wird damit natürlich mehr als erfüllt. Die Begrenzung zu tiefen Frequenzen hin entsteht in der Integra durch die Endstufen, da man bei Lautsprechern mit Übertragern gerne die tiefen Frequenzen etwas abschwächt, um die Übertrager nicht unnötig zu belasten und in die Sättigung zu treiben. In den Eingängen lässt sich zusätzlich noch ein Hochpassfilter 2.Ordnung bei 200 Hz aktivieren, was sich für Mikrofoneingänge empfiehlt.
Limiter, Compressoren und Gates gehören zu den sogenannten Dynamik-bearbeitenden Funktionen. Sie werden eingesetzt, um Signale im Pegel zu begrenzen (Limiter) oder zu reduzieren (Compressor), oder auf der anderen Seite, um Störgeräusche und andere Signale mit geringem Pegel zu unterdrücken (Gate). Alle drei haben die gemeinsamen Parameter Threshold (Grenzwert), Attack, Hold und Release. Die letzten drei sind Zeitkonstanten. Der Threshold definiert den Pegelwert, bei dem die Funktion einsetzt. Beim Limiter oder Compressor bedeutet das, oberhalb dessen das Signal im Pegel begrenzt oder in seinem Anstieg reduziert wird. Für ein Gate ist der Threshold der Pegelwert, oberhalb dessen das Gate öffnet und das Signal passieren lässt.
ABB.11 Reichhaltige Funktionen zur Dynamikbearbeitung in den eingängen, mit Gate, Compressor und Limiter
Wie schnell eine solche Reaktion beim Überschreiten des Schwellwertes erfolgt, beschreibt die Attack-Zeitkonstante. Wird der Schwellwert wieder unterschritten, dann gibt die Hold-Zeit an, wie lange der Zustand noch bestehen bleibt, und die Release-Zeitkonstante bestimmt, wie schnell die Funktion aufgehoben wird. Die drei Grafiken aus ABB.12 bis ABB.14 zeigen dazu den zeitlichen Verlauf eines Signals (graue Kurve), das in den ersten 500 ms von 0 auf 1 ansteigt und danach ebenfalls in 500 ms wieder von 1 auf 0 abfällt.
Ein Compressor (ABB.12) kann Pegelspitzen reduzieren. 1:1 wäre gar keine Reaktion und ∞:1 wäre ein Limiter. Ein Compressor wird immer dann eingesetzt, wenn es darum geht, große Pegelunterscheide in einem Signal etwas einzudämmen. Ein typisches Beispiel sind die Mikrofoneingänge, um unterschiedlich lautes Einsprechen auszugleichen und Pegelspitzen abzufangen.
ABB.12: Compressor-Funktion für ein Signal mit einem Pegelverlauf entsprechend der grauen Kurve. Beim Erreichen der Threshold-Werte von –10 oder –20 dB setzt der Compressor ein und reduziert den Pegelanstieg.
Der Limiter (ABB.13) ist eine Sonderform des Compressors, der oberhalb des Schwellwertes immer soweit runterregelt, bis das Signal wieder am Schwellwert oder darunter liegt. Limiter werden meist in den Ausgängen eingesetzt, um ein Clipping der Endstufen oder auch eine Überlastung der Lautsprecher zu vermeiden. Der Limiter darf nicht mit dem Clipper verwechselt werden, der ein Signal nur abschneidet und somit verzerrt. Der Limiter regelt dagegen kontrolliert das Gain herunter und verzerrt das Signal nicht.
ABB.13: Limiter-Funktion für ein Signal mit einem Pegelverlauf entsprechend der grauen Kurve. Beim erreichen der Threshold Werte von –10 oder –20 dB begrenzt der Limiter im Vergleich zum Compressor den Pegelanstieg hart.
ABB.14 zeigt abschließend noch das Gate, das erst beim Überschreiten eines bestimmten Pegelwertes öffnet und dann das Signal passieren lässt. Für Mikrofoneingänge wird ein Gate gerne zur Unterdrückung von Störanteilen genutzt. Es muss dann jedoch beim Einsprechen mit einer sehr kurzen Attack-Zeit schnell öffnen und, nachdem das Signal im Pegel wieder abgefallen ist, noch hinreichend lange mit der Hold-Zeitkonstante offenbleiben, so dass von der Ansage nichts abgeschnitten wird.
ABB.14: Gate-Funktion für ein Signal mit einem Pegelverlauf entsprechend der grauen Kurve. Das Gate öffnet den Signalweg erst beim erreichen eines bestimmten Pegelwertes und schließt kurze Zeit nach der Unterschreitung wieder.
Der 0-dB-Wert für den Threshold bezieht sich in allen Fällen auf Vollaussteuerung im jeweiligen Signalweg. Welche Werte in der Praxis jeweils passend sind, lässt sich am besten im direkten Versuch bei der Installation ermitteln. Werden für die Mikrofoneingänge Gate und Compressor eingesetzt, dann sollten sich deren Grenzwert um mindestens 20 dB unterscheiden.
Seitens der EN54-16 gibt es für die Endstufen einen besonders relevanten Wert. Die Nennleistung muss für ein 1-kHz-Sinussignal für mindestens 60 s erbracht werden können. Das mag selbstverständlich klingen, ist es aber nicht, da viele Endstufen und deren Netzteile auf dynamische Signale ausgelegt sind und hohe Leistungen nur kurzzeitig liefern können. Weitere Mindestwerte für die gesamte Signalkette sind, dass bei Nennleistung am Ausgang die Verzerrungen nicht über 10 % liegen dürfen und der Störabstand bezogen auf den Ausgangspegel mit A-Bewertung des Störpegels bei Nennleistung mindestens 45 dB betragen muss. Werden redundante Endstufen eingesetzt, dann muss beim Ausfall einer Endstufe die Umschaltung auf den Ersatzverstärker innerhalb von 10 s erfolgen.
ABB.15 THD+N-Werte der Endstufe im 500-W-Modus, aufgetragen über der Ausgangsspannung für 1 kHz (durchgezogen), 100 Hz (gestrichelt) und 6,3 kHz (gepunktet).
Schauen wir zunächst auf den Störabstand, dann sind 45 dB aus Sicht der Audiotechnik eine sehr geringe Anforderung, die natürlich leicht zu erfüllen ist. Moderne Endstufen erreichen Werte von über 100 dB; gleiches gilt für DSP-Systeme. ASL gibt für ihre Endstufen einen Störabstand von 85 dB an, der messtechnisch am Testgerät knapp nachvollzogen werden konnte. Dazu stellt sich nun die Frage, kann das zu wenig sein? Für eine Sprachalarmierung als solches sicherlich nicht.
Betrachten wir einmal den Fall, dass an der Integra Deckenlautsprecher angeschlossen sind, die bei Nennleistung 100 dB in 1 m Abstand liefern. Der elektrische Störpegel würde dann einen akustischen Störpegel von 15 dBA bedeuten, was, wenn überhaupt, nur unter Idealbedingungen hörbar wäre.
ABB.16: FFT Spektrum bei 1 kHz und 250 W Ausgangsleistung
Die beiden Messungen aus ABB.15 und ABB.16 ermöglichen eine Aussage zum Thema Klirrfaktor. In ABB.15 sind die Verzerrungen für Messungen bei 1 kHz, 100 Hz und 6,3 kHz in Abhängigkeit von Ausgangsspannung in Volt als Effektivwert (x-Achse) aufgetragen. Die Ausgänge der beiden Endstufenkanäle waren dabei mit 20-Ω-Widerständen belastet. Bei einer Ausgangsspannung von 100 V entspricht das der Nennleistung der Integra Endstufen von 500 W. Die Kurven bei 1 kHz zeigen dazu einen Verzerrungswert von –54 dB entsprechend 0,2 %. Neben dem Gesamtwert der Verzerrungen interessiert manchmal auch deren Zusammensetzung. ABB.16 zeigt dazu das FFT-Spektrum, gemessen für ein 1-kHz-Sinussignal, bei einer Ausgangsleistung von 250 W. Besondere Auffälligkeiten gibt es keine, und da man an eine Sprachalarmanlage auch keine audiophilen Ansprüche stellt, sind die Werte als absolut hinreichend zu bewerten.
In den Ausgängen gibt es auch noch je einen Limiter, mit dem ein Übersteuern der Endstufen oder auch eine Überlastung der Lautsprecher vermieden werden können. Um die Funktion des Limiters noch einmal zu verdeutlichen, wurde eine weitere Messung mit einem 1-kHz-Sinussignal vorgenommen, das zunächst eine Sekunde lang einen Pegel von –20 dB bezogen auf Vollaussteuerung der Endstufe hat, dann für zwei Sekunden auf 0 dB springt und anschließend wieder bei –20 dB liegt. Der Verlauf des Eingangssignals vor dem Limiter ist in ABB.17 in Grau dargestellt, davor in Rot der Signalverlauf nach dem Limiter. Der Schwellwert und alle Zeitkonstanten sind in dieser Grafik gut zu erkennen. Der 0-dB-Wert in den Einstellungen der Output Properties bezieht sich auf Vollausteuerung der Endstufen. Die Feuerwehrsprechstellen sind EN54 zertifiziert und können sowohl für Durchsagen wie auch zum Abspielen gespeicherter Texte genutzt werden.
ABB.17: Limiter-Funktion in den Ausgängen dargestellt anhand eines Signals mit einem +20-dB-Pegelsprung von 1–3 s. Beim Überschreiten des Thresholds greift der Limiter mit der Attack-Zeitkonstanten und reduziert den Pegel. Wird der Threshold wieder unterschritten, bleibt die Pegelreduzierung noch eine kurze Zeit (Hold) erhalten, um dann mit der Release-Zeitkonstante wieder in den ursprünglichen Zustand zurückzukehren.
Es gibt noch diverses weiteres Zubehör für die ASL Sprachalarmzentrale, die hier nicht alle aufgeführt werden können. Wir verweisen dazu auf die Zubehör- und Preislisten von Audio Pro.
Sprachalarmanlagen und deren Zentralentechnik sind aufgrund der komplexen Anforderungen und der strengen Normensituation zu einer Herausforderung für Hersteller und Errichter geworden. Der britische Hersteller ASL verfügt in diesem Metier über jahrzehntelange Erfahrung und bietet eine Reihe von Geräten und Zubehör an, die sich zum Aufbau von Sprachalarmzentralen eignen. Für dezentrale und kleinere Sprachalarmanlagen entwickelte man nun jüngst die Integra Komplettsysteme, bei der sich die gesamte Zentralentechnik inklusive Batterien in einem kleinen Schrank befindet. Dort sind der VIPEDIA-12 Audio-Router, ein V2000 Endstufen-Mainframe, die komplette Ersatzversorgung und die Netzwerktechnik betriebsfertig eingebaut. Das Endstufen-Mainframe kann nach Bedarf mit drei bis maximal zehn Endstufen bestückt oder auch später dahingehend erweitert werden. Die Konfiguration der Integra SAZ erfolgt über die PAVA SCT Software.
Mit dieser EN54-16 zertifizierten All-in-One-Lösung wird vieles einfacher, da man auf eine bereits fertig montierte Hardware zugreifen kann, die dann vor Ort nur noch mit der Software eingerichtet werden muss. Für diese sollte man sich zumindest beim ersten Mal etwas mehr Zeit nehmen, da das zugehörige Manual zwar mit 300 Seiten recht umfangreich ist, didaktisch aber zumindest für Neulinge im ASL VIPEDIA System doch die eine oder andere Frage aufwirft.
Den Funktionsumfang und vor allem die Audiosignalverarbeitung betreffend, ist die Integra exzellent aufgestellt. Es werden nicht nur die Anforderungen als Sprachalarmzentrale gut erfüllt, sondern auch alle Wünsche aus Sicht der Audiotechnik. Die vorhandenen Filter und Funktionen zur Dynamikbearbeitung sind ohne Frage auf dem Stand moderner Beschallungstechnik, so dass sich auch komplexe Anlage ohne Einschränkungen gut und schnell einstellen lassen. Addiert man nur die Kosten der Einzelkomponenten der Integra zusammen, noch ohne den Mehraufwand für den Zusammenbau zu rechnen, dann sind auch die Preise sehr attraktiv. Alles in allem somit eine sehr gute Lösung für kleine und mittlere oder dezentral aufgebaute Sprachalarmzentralen, die mit etwas Erfahrung und der zugehörigen Software binnen weniger Stunden an den Start gebracht werden können.
Preise
Alle Preise netto zzgl. MwSt. nach Preisliste von Audio Pro Heilbronn vom Oktober 2019.
