Zur ISE 2018 stellte IC Audio die DL Design Serie mit EN54-24 zertifizierten Deckeneinbaulautsprechern vor. Die drei Modelle mit 130-mm- oder 165-mm-Chassis sollen dezentes Design und eine VDE-0833-4-konforme Beschallung in „Einklang“ bringen.
Deckeneinbaulautsprecher sind für viele Beschallungsaufgaben in Büros, Konferenzräumen, Schulen oder Bahnhofspassagen eine gute und einfache Lösung. Der in einer abgehängten Decke eingebaute Lautsprecher ist unauffällig und kann einfach oberhalb der Abhangdecke verkabelt werden. Eine Grundvoraussetzung für gut funktionierende Deckenlautsprecher im Sinne der Sprachverständlichkeit muss dabei jedoch erfüllt sein: Die mittlere Nachhallzeit der Räumlichkeit sollte nicht mehr als 1 s betragen. Ist die Abhangdecke als sogenannte Akustikdecke mit gelochten Gipskartonplatten, als Rasterdecke mit gepressten Faserplatten oder gelochten Metalldecke ausgeführt, gelingt das meist problemlos.
Die Nachhallzeit von 1 s ist der ungefähre Grenzwert, bei der eine verteilte Lautsprecheranordnung noch relativ sicher eine Sprachverständlichkeit als STI-Wert von 0,5 oder besser erreicht. Mit dieser magischen Zahl sind wir dann auch beim Thema Sprachalarmanlagen (SAA) angelangt. Hier ist nicht nur ein zu erreichender STI-Wert über die zugehörige Norm VDE 0833-4 definiert, sondern es wird auch die Verwendung von EN54 zertifizierten Komponenten vorgeschrieben. In der Normenreihe EN54 gibt es verschiedene Produktnormen für die in Brandmeldeanlagen einzusetzenden Komponenten. Die wichtigsten zum Thema Sprachalarmierung sind die EN54-4 für die Energieversorgung, die EN54- 16 für die Zentralentechnik und die EN54-24 für passive Lautsprecher. Den Zusatz EN54 findet man so auch in den Typenbezeichnungen der DL Serie von ic audio. Alle drei Modelle sind als EN54-24 Typ A Lautsprecher zertifiziert.
Der Zusatz Typ A bezieht sich dabei auf den Einsatz im Innenbereich. Das entsprechende IP-Rating ist IP21C. Ohne weiter ins Detail zu gehen: Der Hintergrund der EN54-24 ist es, für einen Lautsprecher ein gewisses Mindestmaß an akustischer Leistungsfähigkeit vorzugeben sowie festzulegen, wie diese zu messen und im Datenblatt zu dokumentieren ist. Für die Zertifizierung werden die Werte im Neuzustand und nach ausgiebigen thermischen und mechanischen Stresstests der Probanden geprüft.
Deckenlautsprecher für klassische ELA-Anlagen gibt es, salopp ausgedrückt, wie Sand am Meer. Die Angebotspalette reicht vom einfachen 10-€-Breitbänder im Blechrahmen bis hin zum großen PA-tauglichen Coaxchassis mit eigenem Gehäuse und mehreren hundert Watt Anschlussleistung. Welcher Lautsprecher geeignet ist, hängt primär von den Randbedingungen ab: Wie hoch ist die Decke respektive die Entfernung zum Zuhörer, und welcher Pegel muss erreicht werden? Weitere Aspekte sind der klangliche Anspruch und natürlich periphere Tugenden wie Einbaumöglichkeiten, ein Feuertopf, ein 100 V-Übertrager und noch einiges mehr. Optisch sollte ein Deckenlautsprecher natürlich unauffällig sein. Diesem Ziel ist man bei ic audio in der DL Serie durch das rahmenlose Design etwas näher gekommen.
Den sonst üblichen Blechring, in den das Chassis mit Gitter eingehängt wird, gibt es bei der DL Serie nicht. Das Gitter deckt die Frontfläche des Lautsprechers komplett ab und erzeugt so ein optisch gefälligeres Bild. Von hinten wird mit vier Schrauben der Feuertopf befestigt. Die Schnappfedern für die Montage des Lautsprechers sind direkt am Korb des Chassis befestigt. Im Feuertopf befestigt befindet sich auch der Übertrager mit der Abgriffen für volle, halbe Leistung und Viertel-Leistung. Die elektrischen Anschlüssen mit soliden dreifach Wago-Klemmen befinden sich auf der Rückseite des Feuertopfes hinter einer Klappe mit Gummidurchführungen. Alle Modelle der DL-Serie gehören zur Kategorie der 6-W-Lautsprecher, die bei Deckenlautsprechern am häufigsten vorkommt. Der DL-SE 06-165/T-EN54 ist mit einem 160-mm-Breitbandchassis ausgestattet und der DL-SE 06-130/T-EN54 entsprechend mit einem 130-mm-Chassis, ebenso wie der DL-SQ 06-130/T-EN54, der bis auf die äußere Bauform mit einem quadratischen anstelle eines runden Gitters identisch ist und daher auch bei den Messungen nicht weiter separat aufgeführt wird.
Die beiden Modelle DL-SE 06-130/T-EN54 und DL-SE 06-165/T-EN54 wurden entsprechend den üblichen PROFESSIONAL-SYSTEMTestbedingungen und im Hinblick auf die EN54- 24-Messvorschriften im Labor geprüft. Für Deckeneinbaulautsprecher verfügt der große reflexionsarme Messraum über die Möglichkeit, die Lautsprecher im schallharten Boden bündig einzubauen und so unter echten Halbraumbedingungen zu messen. Die sonst praktizierte Messmethode mit einer Normschallwand bildet diesen Zustand nur unzureichend ab und führt zu diversen Artefakten in den Messungen.
Beginnen wir mit der Impedanzmessung, die sich an der Nennimpedanz orientiert. Für einen 100V/6W-Lautsprecher liegt dieser Wert bei 1.666 Ù. Für die 3-W-Anzapfung verdoppelt sich der Wert, und für die 1,5-W-Anzapfung vervierfacht er sich. Dieser Wert der Nennimpedanz darf entsprechend der EN54-24 und EN 60268-05 im Nenn-Frequenzbereich des Lautsprechers 80 % der Nennimpedanz nicht unterschreiten. Nach EN54-24 ist der Nenn- Frequenzbereich für die Terzbänder von 100 Hz bis 10 kHz und somit von 89 Hz bis 11,2 kHz definiert. ABB. 01 und ABB. 02 zeigen dazu die Impedanzkurven der beiden Modelle, gemessen jeweils für 6(rt), 3(bl) und 1,5 W(gr). Zusätzlich eingezeichnet in der jeweiligen Farbe sind Linien für den Nennwert und für 80 % des Nennwertes, der zwischen 89 Hz und 11,2 kHz nicht unterschritten werden darf. Alle Messungen erfüllen dieses Kriterium.
ABB. 01: Impedanzkurven DL-SE 06-130 für die Abgriffe 6 W(rt), 3 W(bl) und 1,5 W(gr). Dazu gestrichelt jeweils die Nennimpedanz und als gepunktete Linie der Minimalwert (20 %), der im Arbeitsbereich nicht unterschritten werden darf. Der Wert wird in allen drei Fällen ab 80 Hz aufwärts eingehalten. Die Grundresonanz des Treibers in seinem Gehäuse liegt bei 113 Hz. (Bild: Anselm Goertz)
ABB. 02: Impedanzkurven DL-SE 06-165 für die Abgriffe 6 W(rt), 3 W(bl) und 1,5 W(gr). Dazu gestrichelt jeweils die Nennimpedanz und als gepunktete Linie der Minimalwert (20 %), der im Arbeitsbereich nicht unterschritten werden darf. Der Wert wird in allen drei Fällen ab 80 Hz aufwärts eingehalten. Die Grundresonanz des Treibers in seinem Gehäuse liegt bei 86 Hz.
Etwas komplizierter wird es beim Thema Frequenzgang. In den Datenblättern und sonstigen Angaben hat sich der Frequenzgang bezogen auf 1W/1m etabliert. Die Messung erfolgt für eine konstante Spannung, die an der Nennimpedanz einer Leistung von 1 W entspricht. Für einen 100V/6W-Lautsprecher mit 1666 Ù Nennimpedanz ist das bei 40,83 V der Fall. Der mit dieser Spannung in Abhängigkeit von der Frequenz gemessene Schalldruckpegel in 1 m Entfernung ergibt den Frequenzgang. ABB. 03 und ABB. 04 zeigen die entsprechenden Kurven für den DL-SE 06-130/T-EN54 und DLSE 06-165/T-EN54. Mit welcher Spannung und in welchem Abstand die Messung tatsächlich ausgeführt wurde, ist dabei weitgehend belanglos, solange man sich im linearen Arbeitsbereich des Lautsprechers und akustisch im Fernfeld befindet. Abstand und Spannung lassen sich einfach auf den gewünschten 1-m- Wert umrechnen. Die Fernfeldbedingung ist wichtig, um sicherzustellen, dass der Lautsprecher seine Eigenschaften nicht mehr in Abhängigkeit von der Messentfernung ändert, also der in 1 m gemessene Frequenzgang im Verlauf zu einem in 4 m gemessenen identisch ist. Für kleine Lautsprecher ist der Fernfeldbedingung auch in nur 1 m Abstand schon sicher gegeben. Relevant wird dieser Aspekt erst für hohe Frequenzen und sehr große Anordnungen, z. B. lange Lautsprecherzeilen oder Linienquellen großer Ausdehnung.
ABB. 03: Frequenzgang und Sensitivity des DL-SE 06-130, bezogen auf 1W/1m als ungeglättete Kurve (or) und in Terzschritten (rt). Die mittlere Sensitivity für die Terzbänder von 100 Hz bis 10 kHz liegt bei 91 dB(blaue Linie). (Bild: Anselm Goertz)ABB. 04: Frequenzgang und Sensitivity des DL-SE 06-165, bezogen auf 1W/1m als ungeglättete Kurve (or) und in Terzschritten (rt). Die mittlere Sensitivity für die Terzbänder von 100 Hz bis 10 kHz liegt bei 92 dB(blaue Linie). (Bild: Anselm Goertz)
In ABB. 03 und ABB. 04 finden sich je zwei Kurven. Zum einen die völlig ungeglättete Messung, die jede Resonanz und sonstige Kleinigkeiten aufzeigt, und noch eine zweite Kurve, bei der der Frequenzgang in Terzbändern gemittelt ist – einzelne Spitzen oder Einbrüche fallen dort weniger auf. Mittelt man die Sensitivity über die Terzbänder von 100 Hz bis 10 kHz, dann werden Werte von 91 dB bzw. 92 dB erreicht. Definiert man jetzt den Übertragungsbereich mit einer unteren und oberen Eckfrequenz so, dass hier der Pegel gegenüber dem Mittelwert (durchgezogene blaue Linie) um 6 dB (gepunktete blaue Linie) oder 10 dB (gestrichelte blaue Linie) abgefallen ist, lassen sich diese Werte leicht aus den Diagrammen ablesen. Für den DL-SE 06-130/T-EN54 sind das 80 Hz und 20 Hz, und für den DL-SE 06-165/T-EN54 sind es 56 Hz und 18 kHz, wenn man die –10-dBEckfrequenzen abliest. In beiden Fällen ist der Frequenzgang somit mehr als hinreichend für die typischen Einsatzzwecke. Die Ursache der relativ ausgeprägten Resonanzen liegt im Feuertopf, der als einfache Blechdose ohne Dämmmaterial ausgeführt ist.
Abweichend vom bisher gesagten werden Frequenzgang und Sensitivity in der EN54-24 bezogen auf eine Entfernung von 4 m und mit einem bandbegrenzten Pinknoise mit einer Leistung von 1 W gemessen. Die Leistung berechnet sich dabei aus dem Quadrat des Effektivwertes der Klemmenspannung dividiert durch die Nennimpedanz. Für einen 100V/6W-Lautsprecher mit einer Nennimpedanz von 1.666 Ù bedeutet das, die Messung erfolgt mit einer Spannung von 40,83 Veff. Im Unterschied zur sonst üblichen Messung mit 1-W-Sinussignalen ist das Messsignal hier jedoch breitbandig und verteilt seine Leistung gleichmäßig auf die 21 Terzbänder von 100 Hz bis 10 kHz. Für die Angabe der Sensitivity werden anschließend die Pegelwerte der 21 Terzbänder wieder aufaddiert. Der so ermittelte Sensitivity-Wert entspricht dem gemittelten Wert für den Frequenzbereich der 21 Terzbänder aus der Messung mit Sinussignalen. Der einzige Unterschied ist dann noch die 12-dBDifferenz durch die Bezugsentfernungen von 4 m anstatt 1 m. Die Sensitivity nach EN54-24 beträgt somit für den DL-SE 06-130/T-EN54 79 dB und für den DL-SE 06-165/T-EN54 80 dB jeweils für 1W/4m.
Konkret zum Frequenzgang gibt es in der EN54-24 auch eine Mindestvorgabe. Der für die Terzbänder von 100 Hz bis 10 kHz gemessene Frequenzgang muss in einen definierten Toleranzschlauch passen. ABB. 05 und ABB. 06 zeigen dazu die gemessenen Terzbandwerte zusammen mit dem Toleranzschlauch. Der Toleranzbereich kann dabei entsprechend der Messwerte im Ganzen verschoben werden. Der Toleranzschlauch ist so definiert, dass er auch von kleinen Lautsprechern und Trichterlautsprechern noch erfüllt werden kann und primär eine akzeptable Sprachübertragung möglich macht. Trotzdem kann es, wie man am Beispiel des DL-SE 06-130/T-EN54 in ABB. 05 sieht, bei Schwankungen in den Mitten schwierig werden. Der DL-SE 06-165/T-EN54 stellt sich da etwas besser auf und hat noch eine Reserve von 2–3 dB zum Toleranzschlauch. Klanglich ist der DL-SE 06-130/T-EN54 schärfer im Vergleich zum DL-SE 06-165/T-EN54. Dies geht vor allem auf die Überhöhung bei 2,5 kHz zurück, die auf der anderen Seite bei der Sprachverständlichkeit in gestörter Umgebung auch wieder von Vorteil sein kann.
ABB. 05: Frequenzgang und Sensitivity des DL-SE 06-130 nach EN54- 24, bezogen auf 4 m Entfernung und 1 Watt Gesamtleistung in allen Frequenzbändern. In Blau der Toleranzbereich nach EN54-24. (Bild: Anselm Goertz)
ABB. 06: Frequenzgang und Sensitivity des DL-SE 06-165 nach EN54-24
Das räumliche Abstrahlverhalten eines Lautsprechers kann mit einer Isobarengrafik übersichtlich dargestellt werden. Gegenüber den klassischen Polardiagrammen besteht der große Vorteil, den gesamten Frequenzbereich in einer Grafik zeigen zu können. Für Auf- bzw. Einbaulautsprecher an Wand oder Decke erfolgt die Messung im Halbraum mit ±90°, für alle anderen im Vollraum mit ±180°. ABB. 07 und ABB. 08 zeigen die Isobaren der Halbraummessung der beiden Deckenlautsprecher. Bei tiefen Frequenzen strahlen die Lautsprecher breit ab, und zu den höheren Frequenzen hin nimmt die Bündelung stark zu. Die Darstellung erfolgt in Relation zur Messung auf der Mittelachse. Dort, wo die Farbe der Isobaren von Orange auf Gelb wechselt, ist der Pegel gegenüber der Mittelachse um 6 dB abgefallen.
ABB. 07: Isobaren des DL-SE 06-130. Bis knapp unterhalb von 8 kHz beträgt der Abstrahlwinkel (–6 dB) 60 . (Bild: Anselm Goertz)ABB. 08: Isobaren des DL-SE 06-165 mit einem insgesamt etwas engerem, aber bei hohen Frequenzen auch gleichmäßigerem Abstrahlverhalten. (Bild: Anselm Goertz)
Beide Lautsprecher sind Breitbandsysteme, deren Abstrahlverhalten primär durch die Membrangröße bestimmt wird. Erst bei höheren Frequenzen kommen dann noch weitere parasitäre Effekte wie Partialschwingungen, Gitterreflexionen und Beugung hinzu. Wichtig ist der Abstrahlwinkel, wenn es um die hochfrequenten Anteile in Sprachsignalen geht, die den Zuhörer flächendeckend erreichen sollten. Betrachtet man dafür den Frequenzbereich bis zur 4 kHz Oktave, dann kommt der DL-SE 06- 130/T-EN54 dort auf ca. 60°. Etwas überraschend erreicht der DL-SE 06-165/T-EN54 trotz der größeren Membran mit 80° bis 90° einen weiteren Abstrahlwinkel. Eine Erklärung dafür könnte bei der Membran selber liegen, wo sich bei hohen Frequenzen der äußere Bereich abkoppelt und die effektive Fläche reduziert. Geht man exemplarisch von einer Deckenhöhe von 4 m und einer Ohrhöhe von 1,6 m für stehende Personen aus, dann erreicht man bei 90° Öffnungswinkel mit einem 5 m Raster eine nahezu vollständige Abdeckung. Bei 60° wäre dafür streng betrachtet schon ein 3 m Raster erforderlich. Für eine genauere Betrachtung dieser Thematik stellt ic audio für seine Lautsprecher EASE-GLL-Daten zur Simulation bereit.
Neben dem Abstrahlwinkel ist der erreichbare Maximalpegel einer der wichtigsten Aspekte für einen Lautsprecher in einer Sprachalarmanlage. Für die Maximalpegelbestimmung wurden für die beiden ic audio Deckenlautsprecher die beiden üblichen Messverfahren eingesetzt. Zunächst die klassische Max.SPL Messung mit Sinusburst Signalen von 185 ms Länge: Hier werden via FFT die harmonischen Verzerrungen (THD) ausgewertet. Das Messprogramm steigert dabei den Pegel so lange, bis ein vorgegebener Verzerrungswert erreicht ist. Bei passiven Lautsprechern wird zusätzlich noch eine maximale Leistung vorgegeben, um wenig verzerrende Lautsprecher nicht durch Überlastung zu zerstören. Für 100 V-Systeme liegt dieses Limit bei der Nennleistung respektive einer maximale Messspannung von 100 Veff für das Sinussignal. Das Messsignal wird dabei direkt aus einem entsprechenden Verstärker ohne Übertrager zur Verfügung gestellt.
ABB. 09 und ABB. 10 zeigen die so erstellten Messungen für die beiden ic audio Deckenlautsprecher bei höchstens 10 % Verzerrungen. Neben der Maximalpegelkurve ist dort auch noch die 1W/1m-Sensitivity-Kurve und, daraus abgeleitet, der rechnerische Maximalpegel bei 6 W Leistung (+7,8 dB) eingezeichnet, die sich nahezu vollständig mit der Maximalpegelkurve deckt. Die daraus zu gewinnende Erkenntnis ist, dass die beiden Lautsprecher die 6 W durchgängig ohne auffällige Verzerrungen umzusetzen in der Lage sind.
ABB. 09: Maximalpegel des DL-SE 06-130 für höchstens 10 % Verzerrungen gemessen mit 185 ms Sinusbursts bei maximal 6 W Leistung. Der rechnerisch mögliche Maximalpegel für 6 W (+7,8 dB) wird nahezu durchgängig erreicht. (Bild: Anselm Goertz)
ABB. 10: Maximalpegel des DL-SE 06-165 für höchstens 10 % Verzerrungen gemessen mit 185 ms Sinusbursts bei maximal 6 W Leistung.Als zweite Messung zum Thema Maximalpegel wurde noch die Multitonmessung (ABB. 11 und ABB. 12) eingesetzt. Als Anregungssignal wird dazu ein Multitonsignal aus 60 in der Phase zufällig verwürfelten Sinussignal mit einer spektralen Gewichtung entsprechend EIA- 426B genutzt. Das Verhältnis Spitzenwert zu Effektivwert (Crestfaktor) in diesem Signal liegt bei 4 oder 12 dB. Subtrahiert man nach der Übertragung dieses Signals über den Lautsprecher alle 60 Spektrallinien des Anregungssignals, bleiben nur die neu hinzugekommene Anteile, die sich aus den vom Lautsprecher erzeugten harmonischen Verzerrungen (THD) und allen Intermodulationsverzerrungen (IMD) zusammensetzen. Die Bezeichnung dafür ist TD für Total Distortions als Summe aus THD und IMD. Aus den Messungen lassen sich drei Werte ableiten. Der schon genannte TD Wert, der hier auch wieder als Grenzwert mit 10 % festgelegt wurde, der dabei erreichte Mittlungspegel Leq und der Spitzen-pegel Lpk. Zu beachten ist bei dieser Art der Messung, dass es mit einem 12 dB Crestfaktor Signal in einem 100V-System in der Regel nicht möglich ist, den Lautsprecher mit seiner Nennleistung voll auszusteuern. Letzteres würde ein Signal mit einer Spannung von 100 Veff bedeuten.
ABB. 11: Multitonmessung des DL-SE 06-130 bei einer mittleren Leistung von 1,5 W. Der so erreichte Mittlungspegel Leq beträgt 90,1 dB in 1 m Freifeld. (Bild: Anselm Goertz)
ABB. 12: Multitonmessung des DL-SE 06-165 bei einer mittleren Leistung von 1,5 W. Der so erreichte Mittlungspegel Leq beträgt 91,5 dB in 1 m Freifeld.Für einen Sinus mit dann 141 Vpk sind diese leicht zu erreichen. Für ein Signal mit einem Crestfaktor von 12 dB entsprechend einem Faktor 4 würde das jedoch einen Spitzenwert des Messspannung von 400 Vpk bedeuten, die kein Verstärker zu liefern in der Lage ist. Geht man davon aus, dass der Verstärker 141 Vpk maximal liefert, dann wären mit einem 12 dB Crestfaktor Signal maximal 35 Veff möglich, entsprechend einer Leistung von 0,75 W. Da in der Realität das Signal meist etwas komprimiert wird, haben wir für den Test eine Messspannung von maximal 200 Vpk und somit eine mittlere Leistung von 1,5 W angesetzt.
Solide Wago-Klemmen für Kabel bis 4 mm2 (Bild: Dieter Stork)
So gemessen erreichte der DL-SE 06-130/T-EN54 (ABB. 11) bezogen auf 1 m Entfernung einen Mittlungspegel von 90 dB und einen Spitzenpegel von 102 dB. Für den DL-SE 06- 165/T-EN54 (ABB. 12) wurden jeweils um 1,5 dB höhere Werte erreicht. Das Verzerrungsverhalten betreffend schnitt der DL-SE 06-130/T-EN54 mit maximal 5 % Verzerrungen bei voller Auslastung besser ab im Vergleich zum DL-SE 06-165/T-EN54, der bei 10 % Verzerrungsanteil lag. Vor allem zwischen 500 und 800 Hz lagen die Verzerrungsanteile recht hoch, wo auch schon im Frequenzgang eine Unstetigkeit zu erkennen war. In einer möglichen Simulation kann der Crestfaktor des Signals durch entsprechenden Headroom in der Einstellung berücksichtigt werden. Für den EASE-Datensatz geht die Simulation von einer maximalen Spannung von 100 Veff aus. Werden diese aufgrund des Crestfaktors im Signal nicht erreicht, muss der Pegelwert in den Speaker Properties entsprechend abgesenkt werden. Für ein Signal mit einem Crestfaktor von 12 dB wäre der einzustellende zusätzliche Headroom 9 dB, entsprechend einer Einstellung von –9 dB in den EASE Speaker Properties.
Blick ins Innenleben: rechts das 165-mm-Chassis mit integriertem Montagerahmen mit Gitter, links der 100V/6W-Übertrager mit Anzapfungen für 6/3/1,5 W (Bild: Dieter Stork)
Die neue Design-Serie mit drei Deckenlautsprecher Modellen von ic audio bietet für kleines Geld optisch gefällige, oder besser gesagt: unauffällige, Lautsprecher mit durchweg guten Eigenschaften. Für Sprachdurchsagen in gehobener Qualität und einfache Musikeinspielungen eignen sich alle drei Modelle bestens. Die Verarbeitung ist gut, und die Montage gelingt leicht und schnell. Hinzu kommt die EN54-24 Zertifizierung, die auch den Einsatz in Sprachalarmanlagen nach VDE 0833-4 ermöglicht.
