Der traditionsreiche amerikanische Hersteller Community stellte 2019 seine in Kooperation mit Powersoft entwickelten neuen Verstärker der ALC-Serie vor. ALC steht für „Amplified Loudspeaker Controllers“ und beschreibt eine Kombination aus Controller und Endstufe mit weitreichenden Filter-, Limiter- und Überwachungsfunktionen. Zusammen mit dem vierkanaligen Modell ALC-404D wurde zur Darstellung der Funktionen ein IC6-1062 Lautsprecher aus der Installationsserie zum Test gestellt.
Community gehört mit zu den großen Namen der amerikanischen ProAudio-Szene. 1968 gegründet von Bruce Howze spezialisierte man sich schnell auf Großbeschallung aller Art in Sportstadion, Kirchen und für Konzerte.
Berühmte Namen aus der Musikszene wie Earth, Wind & Fire, die Eagles und auch Elvis Presley nutzten in den Siebzigern Community PA Systeme.
2014 ging Community mit Sitz in Chester, Pennsylvania in den Besitz der belgischen Audioprof Group International über, zu der auch der bekannte Hersteller Apart Audio, ebenfalls aus Belgien, gehört. 2019 wurde dann die gesamte Audioprof-Muttergesellschaft mit Apart und Community von Biamp (Beaverton, USA) übernommen.
BILD 01: Die ALC-404D mit nur einer HE in der Frontansicht (Bild: Dieter Stork)
Schaut man sich die Produkte der drei Marken an, dann wird der Hintergrund schnell ersichtlich, da man sich bestens ergänzt und zusammen jetzt ein komplettes ProAudio-Portfolio anbieten kann. Apart hat moderne Installationsprodukte aller Art im Programm, Großbeschallung und PA gibt es bei Community und Netzwerktechnik, DSPs und Server für Audio und Video finden sich bei biamp.
Eine kleine Lücke tat sich dennoch auf. Apart und biamp haben zwar beide reichlich Endstufen im Angebot, jedoch nur in der unteren und mittleren Leistungsklasse für typische Installationssysteme, wo es eher auf viele Kanäle mit kleiner Leistung und Netzwerkanbindung ankommt als auf hohe Leistung und PA-typische Controller-Funktionen.
Genau Letzteres wird aber für die großen Community-Systeme benötigt, so dass man sich auf die Suche nach einem passenden Partner für moderne Hochleistungsendstufen mit allen notwendigen Funktionen machte. Schaut man sich unter diesem Aspekt auf dem Weltmarkt um, dann lassen sich die möglichen Hersteller an einer Hand abzählen.
Möchte man zudem noch einen Hersteller, der unabhängig und nicht schon mit einem anderen Lautsprecherhersteller fest verbandelt ist, dann wird die Luft dünn.
So fiel die Wahl auf Powersoft aus Italien. Powersoft genießt weltweit einen exzellenten Ruf und ist zu einer Art Standard geworden, der auch von vielen anderen Herstellern genutzt wird. Die Endstufen der verschiedenen Baureihen basieren auf Plattformen, aus denen sich Geräte unterschiedlicher Leistungsklassen und Kanalzahl ableiten lassen, so dass man gut auf Kundenwünschen reagieren kann.
Basierend auf der Duecanali und Quattrocanali Serie von Powersoft entstanden so die drei Community-Modelle ALC-404D, ALC- 1604D und ALC-3202D.
ALC steht hier für „Amplified Loudspeaker Controller“ und beschreibt damit bereits recht gut, worum es geht. Ein mehrkanaliges DSP-System mit der Funktion eines hoch komplexen Systemcontrollers wird mit einer entsprechenden Anzahl Endstufenkanäle kombiniert, so dass für jeden Endstufenkanal alle notwendigen Funktionen zur Verfügung stehen.
Konfiguration und Bedienung erfolgen wie üblich über eine PC-Software, da bei der Vielzahl von Funktionen eine Bedienung am Gerät zu unübersichtlich würde. Für moderne Geräte gehört diese Bediensoftware heute zum Standard, der von den Anwendern als kostenlose Zugabe erwartet wird. Dabei wird jedoch gerne verkannt, dass aus Sicht der Entwicklung ein erheblicher, wenn nicht sogar der größte Teil des Aufwandes heute nicht mehr in der Hardware, sondern in der zugehörigen Software steckt.
Alle Funktionen inklusive Überwachung, Vernetzung und Verwaltung auch für große Systeme verständlich verfügbar zu machen, erfordert viele Jahre Programmierarbeit und Systemtests. Speziell unter diesem Aspekt wird die Entscheidung von Community für ein OEM-Produkt von Powersoft noch besser nachvollziehbar. Eine Eigenentwicklung hätte viel zu lange gedauert und viele Ressourcen blockiert.
Die drei ALC-Endstufen kommen rein äußerlich betrachtet in einem für Powersoft typisch unauffälligen Design mit einem 1-HE-Gehäuse daher. Auf der Front sichtbar sind nur eine Reihe von LEDs, die für die vier bzw. zwei Kanäle die Pegelverhältnisse, Clip und eine mögliche Störung (Alarm) anzeigen. Eine weitere LED-Reihe liefert Informationen über die Endstufe insgesamt.
Hinter einer Blende auf der linken Seite der Front finden sich noch Trimmer für die Kanäle sowie Taster für den Standby-Modus, den Reset der Endstufe und für den Funktionstest. Die Funktionen sind primär dann wichtig, wenn keine Netzwerkverbindung besteht.
Wendet man sich der Rückseite zu, sieht man hier mehrere Reihen Phoenix-Klemmen und eine Menge von kleinen Schaltern zur Konfiguration der Endstufe. Alle Ein- und Ausgänge sind über Phoenix-Klemmen ausgeführt.
Für die Lautsprecherausgänge wurden entsprechend kräftige PC5/8-Typen gewählt und für alle anderen Anschlüsse das übliche MC-1,5/12-Format. Neben den symmetrischen Eingängen gibt es noch eine weitere Reihe Anschlüsse, an denen pro Kanal ein 10-kΩ-Potentiometer zur Pegeleinstellung angeschlossen werden kann.
Über die Kontakte und das Poti wird lediglich eine Gleichspannung als Stellgröße übertragen. Das eigentliche Audiosignal ist hier nicht betroffen.
BILD 02: Die Rückseite mit Phoenix-Anschlüssen, zwei Netzwerkbuchsen und vielen kleinen DIP-Schaltern (Bild: Dieter Stork)
Zur Überwachung der Endstufe gibt es pro Kanal einen GPO Alarm-Anschluss. Es werden beide Varianten für Alarmkontakte (Standard offen und Standard geschlossen) unterstützt. Für alle Endstufenmodelle werden der Ausfall der Stromversorgung, Übertemperatur, Gleichspannung am Ausgang oder auch ein Kurzschluss als Fehler gemeldet.
Über die Armonia Software können noch weitere Alarmzustände, wie der Ausfall des Pilottons oder auch die Über- oder Unterschreitung eines Toleranzbereiches für die Lastimpedanz aktiviert werden.
Über zwei Reihen DIP-Switches sind für jeden Ausgang separat die Einstellungen Low-Z/High-Z und 70 V oder 100 V für den High-Z-Modus wählbar. Im Weiteren kann noch ein Hochpassfilter aktiviert und auf 35 oder 70 Hz Eckfrequenz eingestellt werden. Die Hochpassfilter sind bevorzugt im High-Z-Modus einzusetzen, womit eine Überlastung der Übertrager in den Lautsprechern durch tieffrequente Signalanteile verhindert werden kann. Die Einstellungen sind unabhängig von der Armonia Software und vom DSP-System in der Endstufe.
Weitere DIP-Switches dienen zur globalen Einstellung der Verstärkung auf 26, 29, 32 oder 35 dB sowie für die Funktionen Energy Save und Breaker Save. Energy Save schaltet bei ausbleibendem Eingangssignal nach fünf Minuten zunächst die Ausgangsstufen der einzelnen Kanäle ab und nach 30 Minuten die gesamte Endstufe in den Standby-Modus.
Breaker Save halbiert den maximal aufgenommenen Strom aus dem Netz und kann in Notfällen eingesetzt werden, wenn zu viele Endstufen die Stromzuleitung zu überlasten drohen. Die mögliche Ausgangsleistung reduziert sich dann auch entsprechend.
Über den Schalter mit der Beschriftung „2 Ω“ kann für den Einsatz an niederohmigen Lasten die maximale Ausgangsspannung des Verstärkers begrenzt werden.
Für die eigentliche Funktion nicht relevant, aber dennoch interessant ist ein kurzer Blick ins Innere der Endstufe. Die Aufnahme bei geöffnetem Deckel zeigt das zum Test gestellte Modell ALC-404D.
BILD 03: Das hoch komprimierte und aufgeräumte Innenleben der ALC-404D mit dem DSP-System (links), der eigentlichen Endstufen (Mitte) und dem Netzteil (rechts) (Bild: Anselm Goertz)
Mittig im Gehäuse befindet sich der Kühlkanal mit einem großen, flach liegenden Radiallüfter an der Rückseite, der relativ geräuscharm seiner Aufgabe nachkommt. Rechts vom Kühlkanal liegt das Schaltnetzteil, das hier in der ALC-404D als kleinstes Modell der Baureihe nicht komplett bestückt ist.
BILD 04: hinten im Gehäuse der flache Radiallüfter, rechts oben im Bild das Netzfilter (Bild: Anselm Goertz)
Rechts oben an der Rückseite neben dem Lüfter sind das Netzfilter und zwei Schmelzsicherungen für absolute Notfälle untergebracht, wenn es einmal zu einem internen Defekt im Netzteil kommen sollte. Gut zu erkennen befinden sich auf der linken Seite des Kühlkanals die vier Endstufen mit ihren Ausgangsfiltern.
Ganz nach Wunsch können dann zwei oder vier Endstufen bestückt und das Netzteil einfach oder doppelt ausgelegt werden. Die Modelle ALC-1604D und ALC-3202D sind beide voll bestückt. In der ALC-3202D arbeiten dann jeweils zwei Endstufenkanäle in Brücke für zwei Kanäle mit hoher Leistung.
BILD 06: vier AK4621 Codecs für die ADC und DAC Funktion am DSP-Board (Bild: Anselm Goertz)
Direkt neben den Endstufen erkennt man die DSP-Platine mit vier Codecs vom Typ AKM AK4621. Pro Endstufe wird ein Stereo DAC des Codecs im Parallelbetrieb eingesetzt, womit sich der Störabstand noch um weitere 3 dB verbessern lässt. Gleiches gilt für die ADCs der Codecs an den analogen Eingängen.
BILD 05: Netzwerk und Dante Interface mit AKM Sample-Rate-Converter (Bild: Anselm Goertz)
Am oberen Ende der optionalen DSP-Platine sind noch das Dante Ultimo Interface zusammen mit einem achtfach Sample Rate Converter vom Typ AKM AK4128 und der Netzwerkanschluss untergebracht.
Die drei Verstärker der ALC-Serie enden in ihrer Typenbezeichnung alle mit einem D, das für ein Dante Interface steht. Das Dante Interface, hier mit einem Audinate Ultimo Chip, ist in der vernetzten Audiowelt zu einer Art de facto Standard geworden und bietet die aktuell wohl schnellste und einfachste Möglichkeit, Audiogeräte untereinander zu vernetzen. Mit dem Ultimo Chip steht eine einzelne Dante Netzwerkschnittstelle zur Verfügung.
BILD 07: links im Bild die großen Phoenix-Anschlüsse für die Lautsprecherausgänge. Darunter DIP-Schalter für die kanalweise Einstellung der Betriebsart (Low-Z/70V/100V) und der Hochpassfilter bei 35 oder 70 Hz. (Bild: Anselm Goertz)
Komplexere Geräte nutzen meist den Brooklyn Chip, der zwei Netzwerkschnittstellen für eine redundante Vernetzung besitzt. Um trotzdem auch für die ALC-Geräte eine Redundanz zu ermöglichen, können neben dem Dante Interface auch noch die analogen Eingänge für die Signalzuspielung genutzt und in der Software als Fallback definiert werden.
Eine umgekehrte Festlegung ist auch möglich. Beide Signalwege können im Pegel und im Delay zueinander angepasst werden, um im Falle einer Umschaltung Pegel- und/oder Zeitsprünge zu vermeiden.
Die zugehörige Software von Powersoft ist der Armonia+ System Manager, aktuell in der Version 1.4.0. Viele Hersteller bieten Setups für ihre Lautsprecher für die Powersoft Endstufen an. Dabei ist zu unterscheiden, ob diese Setups für original Powersoft Geräte oder für Custom Design Modelle erstellt sind.
So lassen sich auf eine Community Endstufe auch nur Community Setups laden, die dann auch nicht mit den Modellen anderer Hersteller und auch nicht mit den original Powersoft Endstufen kombiniert werden können.
Für die Lautsprecherhersteller bedeutet das die Sicherheit, dass nur ihre eigenen Endstufen eingesetzt werden und für den Anwender, dass die Setups auf jeden Fall zur Endstufe passen. Auch wenn die Endstufe vom Aufbau äußerlich und auch im Innern nahezu identisch sind, kann es dennoch Unterschiede geben, die so zunächst nicht zu erkennen sind.
Das Powersoftmodell Quattrocanali 1204 ist vom Aufbau her nicht von der ALC-404D zu unterscheiden. Trotzdem liefert die ALC-404D eine um 10 V höhere maximale Ausgangsspannung als die 1204, worin auch die unterschiedlichen Leistungsangaben mit 4× 400 W und 4× 300W begründet sind.
In den Grenzen dessen, was die eingesetzten Halbleiter zulassen, können diese Werte ganz nach Bedarf via Firmware im Gerät definiert werden. Setzt z. B. Hersteller A die Endstufen primär mit 8Ω-Systemen ein, dann wird man eine höhere maximale Ausgangsspannung festlegen als für Hersteller B, der häufig den 4-Ω- oder 2-Ω-Betrieb benötigt.
Um alle Varianten übersichtlich für die Anwender bereitzustellen, hat man bei Powersoft den Marketplace eingerichtet, wo, sortiert nach Herstellern, alle Setups und Konfigurationen nach Bedarf aktuell und kostenlos herunterladen werden können. Eine entsprechende Markierung zeigt an, welche der verfügbaren Presets offiziell von den Herstellern erstellt und zugelassen sind und welche von Dritten zur Verfügung gestellt wurden.
Bei der Erstellung eines Setups lässt sich in einfacher Weise definieren, welche Parameter für den Anwender zugänglich sind und welche nicht. Die Einstellungen der Limiter, X-Over Funktionen oder auch die Speaker-EQs werden so typischerweise „abgeschlossen“ und entsprechend mit einem Schloss als Symbol markiert.
ABB. 02 zeigt ein Blockschaltbild, mit dem eine ALC-404D in der Armonia Software erscheint. Für ein festes Speaker-Preset stehen dem Anwender noch zwei Filterblöcke, eine Eingangsmatrix und die Auswahl der Eingangsprioritäten zur Auswahl.
ABB. 02: Übersicht der Signalverarbeitung in der Endstufe. Der Lautsprecherblock ist bei der Nutzung vordefinierter Hersteller-Setups nicht zugänglich. (Bild: Anselm Goertz)
Bei den Filtern gibt es einen Block mit acht frei definierbaren IIR-Filtern und je einen Hoch- und Tiefpass, ergänzt mit der Möglichkeit, auch noch einen FIR-Filter mit maximal 2.048 Taps bei 48 kHz Abtastrate zu definieren.
Die Filter im zweiten Block, dem Advanced EQ, sind als sogenannte Raised Cosine oder MESA Filter implementiert. Für den Anwender unsichtbar gibt es im Hintergrund eine große Filterbank, die das gesamte Spektrum in einzelne schmale Bänder zerlegt, wo dann jedes Band im Pegel eingestellt werden kann.
Stehen alle Filter auf 0 dB, passiert nichts. Ein quasi beliebiger Filter kann jetzt erzeugt oder, genauer gesagt, synthetisiert werden, indem die gewünschte Filterkurve über die Pegel der einzelnen Bänder nachgebildet wird.
Wie exakt das funktioniert, hängt in erster Linie von der Anzahl der Frequenzbänder und somit von der Auflösung im Frequenzbereich ab. Im Powersoft DSP beträgt der Abstand der einzelnen Filter 1/10 Oktave. Die erforderliche Rechenleistung für die Filterbank ist immer konstant gleich hoch, da alle Filterbänder immer vorhanden sind.
Für das eigentliche Filterdesign eröffnet dieses Verfahren viele ansonsten unmögliche Varianten, wie z. B. die asymmetrischen Filter oder Shelving-Filter mit fast beliebig einzustellender Flanke.
Diese spezielle Filter Bank (ABB. 03) steht in den ALC Amps für jeden Kanal zur Verfügung. In der Software gibt es dazu je drei Layer, die alle den kompletten Funktionsumfang enthalten und je nach Anwendung aufgeteilt werden können.
ABB. 03: Beispiel für den Armonia MESA-EQ, der in drei unabhängigen Ebenen zur Verfügung steht
Ist ein Layer schon im Hersteller-Setup genutzt, dann kann z. B. noch je eines für den System-Techniker und für den Band-Techniker freigegeben werden. Intern werden alle Layer dann zu einem Filter zusammengefasst und bearbeitet.
Welche erweiterten Möglichkeiten die ALC-Amps mit ihren spezifischen Setups bieten, soll am Beispiel des Beschallungslautsprechers IC6-1062 aus der Kompaktklasse der Installationssysteme von Community gezeigt werden. Das kleine 2-Wege-System ist mit einem 6″-Tieftöner und einer Neodym-Kalotte mit Ferrofluid im Luftspalt bestückt.
BILD K1: die IC6-1062 mit einem 6″-Tieftöner von Faital und einer Hochtonkalotte mit Ferrofluid und Neodym Antrieb (Bild: Anselm Goertz)
Der Resonator des Bassreflexgehäuses ist auf 90 Hz abgestimmt. Verfügbar ist die Box in einer Low-Z- und einer 70/100V-Version. Weitere Optionen sind eine wetterfeste Ausführung (IP55) und die farbliche Gestaltung in Weiß oder Schwarz.
Typische Einsatzbereiche sind Konferenzräume, Schulen, Hörsäle, Clubs, Theater und viele andere Anwendungen, wo die IC-Modelle ganz nach Bedarf allein, mit Subwoofer oder als Fill-Systeme eingesetzt werden können.
ABB. K1 zeigt den Frequenzgang der IC6-1062, einmal ohne Controller direkt am Messverstärker betrieben und einmal zusammen mit dem neuen ALC-404D-Verstärker. Die im zugehörigen Setup eingestellte Filterfunktion zeigt die grüne Kurve.
ABB. K1: Frequenzgang und Sensitivity der IC6-1062 direkt gemessen (bl) und mit EQ (rt) aus dem neuen ALC-404D-Setup für die 1062. Die grüne Kurve zeigt die Filterfunktion, die aus einer Kombination von IIR- und FIR-Filtern besteht. Die FIR-Filter Latenz beträgt 2,2 ms. (Bild: Anselm Goertz)
Erstellt wurde das Filter als Kombination aus einem FIR-Filter und einigen zusätzlichen IIR-Filtern. Die durch das FIR verursachte Latenz liegt bei 2,2 ms und damit in einem völlig unkritischen Bereich. Hinzu kommen noch weitere 2,3 ms durch das DSP-System mit ADC und DAC, so dass die Gesamtlatenz ebenfalls noch unkritische 4,5 ms beträgt.
Im Amplitudenverlauf erlaubt das FIR-Filter mit maximal 2.048 Taps bei 48 kHz Abtastrate bereits einen sehr detaillierten Verlauf. Wie genau das hier eingestellte Filter berechnet wurde, ist nicht bekannt. Offensichtlich wurde jedoch nicht nur der on-axis-Frequenzgang der Box als Basis für die Berechnung angesetzt, sondern eine Mittelung über einen bestimmten Raumwinkel, was durchaus sinnvoll sein kann.
Hätte man sich nur auf den on-axis-Frequenzgang bezogen, dann wäre es auch leicht möglich gewesen, einen perfekt geraden Verlauf zusammen mit dem Filter zu erzeugen. Wie immer bei FIR-Filtern kommt auch noch der zweite wichtige Pluspunkt mit in Spiel, der die Einstellung eines vom Amplitudenverlauf unabhängigen Phasengangs ermöglicht, so dass der Lautsprecher auch in der Phase entzerrt werden kann.
Die in ABB. K2 abgebildeten Phasengänge zeigen die Auswirkungen der Filterung. Mit analogen oder herkömmlichen IIR-Filtern nimmt die Phasendrehung über der Frequenz durch die Filterung grundsätzlich immer zu.
ABB. K2: Phasengang der IC6-1062 direkt gemessen (bl) und mit EQ(rt) aus dem neuen ALC-404D-Setup. Dank der FIR-Filterung wird ab 300 Hz aufwärts ein weitgehend phasenlinearer Phasenverlauf erreicht.
Mit dem FIR-Filter kann der Verlauf dagegen sogar kompensiert werden, so dass die 360°-Phasendrehung bei der Trennfrequenz völlig verschwindet. Nur zu den tieferen Frequenzen hin gelingt die Kompensation mit Rücksicht auf die Filterlatenz nicht mehr. Durch die zusätzliche Hochpassfilterung kommen dann noch weitere 360° Phasendrehung unterhalb von 200 Hz hinzu.
Ein zweiter von Controller und Verstärker maßgeblich beeinflusster Aspekt ist der erreichbare Maximalpegel eines Lautsprechers. Eine einfache Messung zeigt, dass der Limiter im ALC-404D mit dem IC6-1062-Setup bei einem Spitzenwert der Spannung von ca. 63 V eingreift.
Wie und ob der RMS- und/oder Peak-Limiter aktiv sind, ist jedoch nicht bekannt, da die Einstellungen im Setup gesperrt sind. Messtechnisch könnte man diese Werte zwar mit etwas Aufwand bestimmen, was aber nicht die Aufgabe dieses Testberichtes ist.
Stattdessen wurde der für diese Kombination aus Lautsprecher und Verstärker erreichbare Maximalpegel als aussagekräftiger Wert bestimmt. Eingesetzt wurde dazu das bewährte Multitonmessverfahren. Die Basis des Anregungssignals besteht dabei aus 60 Sinussignalen mit Zufallsphase, deren spektrale Gewichtung beliebig eingestellt werden kann.
Für die Messung aus ABB. K3 wurde eine Gewichtung entsprechend eines mittleren Musiksignals nach EIA-426B gewählt. Der Crestfaktor des so synthetisierten Messsignals, liegt bei praxisgerechten 12 dB.
ABB. K3: Multitonmessung der IC6-1062 mit EQ für maximal 10 % (tD) Gesamtverzerrungen. Mit einem EIA-426B Signal mit 12 dB Crestfaktor wird ein mittlungspegel von 106 dB und ein Spitzenpegel von 118 dB, bezogen auf 1 m Entfernung unter Vollraumbedingungen, erreicht. (Bild: Anselm Goertz)
Für den aus dieser Art der Messung abgeleiteten Verzerrungswert werden alle Spektrallinien aufaddiert, die nicht im Anregungssignal vorhanden sind, d. h., die als harmonische Verzerrungen (THD) oder auch als Intermodulationsverzerrungen (IMD) hinzugekommen sind.
Beides zusammen THD+IMD wird als TD für Total Distortions bezeichnet. Bei dieser Art der Messung wird der Pegel so lange erhöht, bis der Gesamtverzerrungsanteil einen bestimmten Grenzwert erreicht, der hier zu 10 % festgelegt wurde.
Unter diesen Bedingungen erreichte die IC6-1062 für ein typisches Musikspektrum nach EIA-426B, bezogen auf 1 m Entfernung im Freifeld unter Vollraumbedingungen, einen Spitzenpegel Lpk von 118 dB und einen Mittelungspegel, nachzumessen als Leq (Energieäquivalenter Mittelungspegel), von 106 dB.
Versucht man, die Werte rechnerisch nachzuvollziehen, dann bedeuten 118 dB Spitzenpegel bei einer mittleren Empfindlichkeit des Lautsprechers von 91 dB für 2,83V/1m eine dafür erforderlich Spitzenspannung von 63 V, was gut mit dem gemessenen Spitzenwert für den Einsatz des Limiters zusammenpasst.
Bei den Limiterfunktionen einer Endstufe bzw. eines Controllers stellt sich immer die Frage, was verhindert bzw. was geschützt werden soll. Die Endstufe verfügt bereits über eigene Limiter, die ein Clipping oder eine Überlastung der Endstufe oder des Netzteiles verhindern.
Auf diese Limiter hat der Anwender verständlicherweise keinen Zugriff. Fünf weitere Limiter (siehe ABB. 04) können dann noch über die Armonia Software zum Schutz der Lautsprecher eingestellt werden.
ABB. 04: Detaillierte Limiterfunktionen mit RMS- und Peak-Einstellungen sowie optionalem Frequency Shaping (Bild: Anselm Goertz)
Zu unterscheiden sind hier Spannungs-, Strom- und Leistungslimiter. Die Spannungslimiter agieren unabhängig von der Last. Der Stromlimiter misst den tatsächlichen Ausgangsstrom, und der Leistungslimiter berechnet aus Strom und Spannung die Ausgangsleistung.
Strom- und Leistungslimiter agieren beide als RMS Limiter, d. h. die Messgröße ist der Effektivwert des Stroms bzw. die RMS Leistung. Neben dem Schwellwert können die Attack- und Releasezeiten eingestellt werden.
Bei den Spannungslimitern bedarf es einer etwas genaueren Betrachtung. Auch hier gibt es einen RMS-Limiter, bei dem Effektivwerte als Grenzwert eingestellt werden. Hinzu kommt noch ein Peaklimiter, der mit kurzen Zeitkonstanten die Spitzenwerte der Ausgangsspannung bewertet und je nach Einstellung Signalspitzen bis zu einer gewissen Dauer passieren lässt. Trotzdem gibt es auch immer wieder Fälle, wo eine bestimmte Spannung, auch nicht für kurze Zeit, überschritten werden darf. Um das zu erreichen, gibt es dann noch den Cliplimiter, der ohne Zeitkonstante alles oberhalb des Grenzwertes hart abfängt.
Weitere wichtige Funktionen der Armonia Software finden sich im Diagnostic-Modul (ABB. 05). Dazu gehören ein Pilottongenerator und eine Pilottondetektion sowie zwei Module zur Lastüberwachung.
ABB. 05: Pilotton-Einstellungen und Impedanzüberwachung (Bild: Anselm Goertz)
Diese können die Impedanz der angeschlossenen Last entweder breitbandig mit dem Nutzsignal bestimmen oder bei einer bestimmten einstellbaren Frequenz gezielt messen. In beiden Fällen können obere und untere Grenzwerte angegeben werden, bei deren Über- oder Unterschreiten eine Fehlermeldung ausgelöst wird.
In Anbetracht des kaum innerhalb dieses Testberichtes zu erfassenden Funktionsumfangs der ALC-Endstufen und der zugehörigen Armonia+ Software sollen die Messwerte in diesem Fall etwas kürzer behandelt werden. Beginnen wir dazu bei den Frequenzgängen.
ABB. 06 zeigt Messungen für 26, 29, 32 und 35 dB Gain und für 32 dB Gain mit aktiviertem 35-Hz- oder 70-Hz-Hochpassfilter. Beide Hochpassfilter sind Filter 2. Ordnung mit der Eckfrequenz am –3-dB-Punkt.
ABB. 06: Frequenzgang mit Hochpassfiltern bei 35 und 70 Hz sowie für die Gain-Einstellungen von 26, 29, 32 und 35 dB (Bild: Anselm Goertz)
Bedingt durch das Schaltungskonzept einer Class-D-Endstufe mit passiven Tiefpassfiltern in den Ausgängen kommt es abhängig von der Last zu mehr oder weniger starken Schwankungen im Frequenzgang am oberen Ende des Übertragungsbereiches.
ABB. 07 zeigt dazu die Messungen für rein ohmsche Lasten von 2, 4, 8 und 16 Ω sowie mit Lautsprecher-Dummies für 4 und 8 Ω Nennimpedanz. Sieht man vom Extremfall 2 Ω einmal ab, dann halten sich die Schwankungen bis 10 kHz in einem Bereich von bis zu ±0,4 dB.
ABB. 07: Frequenzgang mit 2(bl), 4(rt), 8(gr) und 16 Ω(rs) Lastwiderständen und mit 4(or) bzw. 8 Ω(hbl) Lautsprecher-Dummy Loads sowie ohne Last(br) (Bild: Anselm Goertz)
An einer 4-Ω-Last ist der Pegel bei 20 kHz um 2 dB abgefallen. Auch dieser Wert ist noch gut tolerabel. Sieht man sich dazu die zum Vergleich mit den Lautsprecher-Dummies gemessenen Verläufe an, dann kompensiert sich der Höhenabfall ohnehin nahezu vollständig durch die bei Lautsprechern typisch zu hohen Frequenzen hin stark ansteigende Impedanz.
Die maximale Ausgangsspannung des ALC-404D wurde zu 85 Vpk entsprechend einem Pegelwert für ein Sinussignal von 37,8 dBu bestimmt. Dem gegenüber steht der an den Ausgängen zu messenden Störpegel von –67 dBu unbewertet und von –70 dBu A-bewertet. Bei Nutzung der digitalen Signalzuspielung verbessern sich die Werte jeweils um 3 dB.
Legt man den A-bewerteten Störpegel zu Grunde, dann erreicht die ALC-404D einen Störabstand von knappen 108 dB analog bzw. 111 dB bei einer Signalzuspielung über das Dante Netzwerk. Die zugehörigen Störspektren aus ABB. 08 zeigen einige wenige und kleine monofrequente Komponenten und insgesamt einen leichten Anstieg des Spektrums zu den tiefen Frequenzen hin.
ABB. 08: Störspektrum am Ausgang (CH1, CH2) bei Nutzung der analogen Eingänge und 32 dB Gain. Gesamtpegel –67 dBu und –70 dBu(a). Über die digitalen Eingänge gemessen verbessern sich die Werte um ca. 3 dB. (Bild: Anselm Goertz)
Zum Thema Verzerrung zeigt ABB. 09 die THD+N-Kurven in Abhängigkeit vom Eingangspegel, gemessen für Frequenzen von 100 Hz, 1 kHz und 6,3 kHz.
Bis –25 dBu verlaufen alle Kurven zusammen, da hier der Rauschanteil im THD+N dominiert. Darüber hinaus separieren sich die Kurven in einer Größenordnung von 15 dB. Je höher die Frequenz, umso kräftiger sind die Verzerrungen. Während bei 100 Hz Werte von –88 dB erreicht werden, sind es bei 6,3 kHz nur noch –58 dB.
ABB. 09: THD+N Werte in Abhängigkeit vom Eingangspegel bei 32 dB Gain und einer 4×4-Ω-Last gemessen bei 100 Hz (gestrichelt), 1 kHz (durchgezogen) und 6,3 kHz (gepunktet) (Bild: Anselm Goertz)
Für diese Art der Messung mit konstant anliegenden Sinussignalen, greift ab 0 dBu Eingangspegel der Limiter ein. Zu erkennen ist das nur an der 100-Hz- Kurve, da der Limiter kaum Verzerrungen erzeugt und daher bei der 1-kHz- und 6,3-kHz-Kurve nicht mehr auffällt.
Die zweite Sprungstelle in der 100-Hz-Kurve bei +5 dBu dürfte durch eine Strombegrenzung des Netzteils verursacht sein, die bei tiefen Frequenzen etwas auffälliger ist als bei höheren.
Die spektrale Zusammensetzung der harmonischen Verzerrungen in ABB. 10 zeigt eine leichte Dominanz der ungeraden Anteile mit recht vielen Komponenten höherer Ordnung, die zwar nicht ganz so schön sind, sich jedoch allesamt auf geringem Niveau deutlich unterhalb von –70 dB (=0,03 %) befinden.
ABB. 10: FFT-Spektrum bei 1 kHz und 4×4-Ω-Last (CH1,CH2) bei einer Leistung von 4× 150 W (Bild: Anselm Goertz)
Zusammenfassend lässt sich für die Verzerrungswerte festhalten, dass die Kurven gleichmäßig verlaufen, unterhalb des Limitereinsatzes keine Sprungstellen aufweisen und sich mit Werten von –72 dB bei 1 kHz auf einem für Class-D-Endstufen gutem Niveau bewegen.
Leistungswerte einer Endstufe sind ein viel diskutiertes Thema. Wie wird gemessen, unter welchen Bedingungen, wie sind die Werte letztendlich zu interpretieren, und was bedeuten sie für die Praxis?
Nehmen wir als Beispiel die ALC-404D, dann findet sich in den Datenblättern ein Wert von 4× 400 W an 4 Ω, leider ohne konkrete Angabe der Messmethode und vor allem des zur Messung verwendeten Signals.
ABB. 11: Leistungswerte für unterschiedliche Signaltypen pro Kanal an 2 Ω bei gleichzeitiger Belastung aller Kanäle (Bild: Anselm Goertz)
Ein viel verwendetes Verfahren ist die Messung nach EIAJ mit 8 ms langen 1-kHz-Sinusbursts im Abstand von 40 ms. Mit dieser Methode erreicht die ALC-404D einen Leistungswert von 668 W pro Kanal bei gleichzeitiger Belastung aller vier Kanäle.
Misst man jedoch mit einem konstant anliegenden Sinussignal, dann werden schon nach wenigen Sekunden nur noch 164 W an 4 Ω pro Kanal erreicht. Beide Werte sind richtig, es liegt aber ein Faktor 4(!) dazwischen.
Die erste Erkenntnis daraus ist, dass Leistungsangaben nur dann sinnvoll verglichen werden können, wenn unter identischen Bedingungen gemessen wurde. Für die Praxis sind drei weitere Aspekte wichtig:
• Welche kurzzeitige Impulsleistung kann eine Endstufe liefern?
Dieser Wert ist für die meisten Anwendungsfälle der mit der größten Aussagekraft.
• Welche Leistung kann eine Endstufe mit einem Sinussignal liefern?
Dieser Wert sagt aus, wie stabil das Netzteil einer Endstufe ist und, wie gut z. B. lang anhaltende Basssignale ohne Kompression wiedergegeben werden können. Einige Normen, z. B. für Sprachalarmanlagen, verlangen auch einen 60-s-Dauertest mit einem Sinussignal.
• Wie verhält sich die Endstufe bei dauerhaft hoher Belastung thermisch? Wird ein thermisch stabiler Zustand erreicht, oder muss die Leistung nach einiger Zeit reduziert werden, oder schaltet sich die Endstufe sogar komplett ab?
ABB. 12: Leistungswerte für unterschiedliche Signaltypen pro Kanal an 4 Ω bei gleichzeitiger Belastung aller Kanäle (Bild: Anselm Goertz)
Unsere Labormessungen decken alle Varianten der Belastung einer Endstufe ab. Um vergleichbar mit den Herstellerdaten zu sein, führen wir eine Reihe verschiedener Messungen nach unterschiedlichen Normen für alle möglichen Lastfälle von 2 Ω (falls zulässig) bis 8 Ω durch. Im Detail werden folgende Werte bestimmt:
• die Impulsleistung für eine 1 ms dauernde einzelne Periode eines 1-kHz-Sinussignals,
• die Sinusleistung bei einem konstant anliegenden 1-kHz-Sinussignal nach einer Sekunde, nach zehn Sekunden und nach einer Minute,
• die Leistung bei einem konstant anliegenden Rauschen mit 12 dB Crestfaktor nach zehn Sekunden, nach einer Minute und nach sechs Minuten,
• die Leistung bei einem konstant anliegenden Rauschen mit 6 dB Crestfaktor nach zehn Sekunden, nach einer Minute und nach sechs Minuten,
• die Leistung nach EIAJ gemessen mit einem gepulsten 1-kHz Sinussignal von 8 ms Dauer alle 40 ms. Das Signal hat einen Crestfaktor von 10 dB,
• die Leistung nach CEA 2006 mit einem 1 kHz Sinussignal, dessen Pegel alle 500 ms für 20 ms einen Pegelsprung von +20 dB erfährt. Das Signal hat einen Crestfaktor von 16 dB,
• die Leistung für einen sich periodisch wiederholenden 1-kHz-Burst einer Länge von 33 ms, gefolgt von einer 66-ms-Ruhephase. Der Crestfaktor dieses Signals beträgt 7,8 dB,
• die Leistung für einen sich periodisch wiederholenden 40-Hz-Burst einer Länge von 825 ms, gefolgt von einer 1.650-ms-Ruhephase. Der Crestfaktor dieses Signals beträgt ebenfalls 7,8 dB.
Welche Burst-Messungen nun besser oder aussagekräftiger sind, lässt sich so pauschal nicht sagen. Wichtig ist es jedoch, bei einem Vergleich nur die Messungen nebeneinander zu stellen, die auf der gleichen Messmethode basieren.
ABB. 13: Leistungswerte für unterschiedliche Signaltypen pro Kanal an 8 Ω bei gleichzeitiger Belastung aller Kanäle (Bild: Anselm Goertz)
Nimmt man als wichtigste Werte die Impulsleistung, den Wert für ein Signal mit 12 dB Crestfaktor und die Sinusleistung jeweils für eine Belastung mit 4× 4 Ω, dann erreicht die ALC-404D eine Impulsleistung von 900 W, ebenso für ein Signal mit 12 dB Crestfaktor und 164 W als Sinusleistung. Die Dauerleistung wird demnach durch das Netzteil auf einen Summenwert für alle Kanäle von ca. 650 W begrenzt. Dieser Wert gilt für 2-, 4- und 8-Ω-Belastungen.
Bei den Kurzzeitwerten sieht es etwas anders aus. Da erfolgt an 8 Ω eine Limitierung durch die maximale Ausgangsspannung, so dass sich die Werte gegenüber der 4-Ω-Leistung halbieren. Für eine 2-Ω- Belastung greift die Strombegrenzung ein.
Eine letzte messtechnische Betrachtung gilt der aus dem Stromnetz aufgenommenen Leistung. Die Werte im Standby und Idle-Modus sind dabei speziell für Geräte in Festinstallationen besonders wichtig, da es hier häufig um Dauerbetrieb geht und auch kleine Leistungsunterschiede übers Jahr gerechnet zu großen Kosten führen können.
ABB. 14: Wirkungsgrad der ALC-404D in % in Abhängigkeit von der abgegebenen Leistung (x-Achse). In rot die Kurve ohne Grundlast, die einen sehr guten Wirkungsgrad der Endstufen von bis zu 80 % erkennen lässt. (Die Grundlast schwankt je abhängig von der Vorgeschichte zwischen 31 und 77 W). Die Messung erfolgte mit 1-kHz-Sinussignalen an einer 4×4-Ω-Last.
Für die ALCs lässt sich ein Energiesparmodus aktivieren, der zunächst einzelne Kanäle und dann auch die komplette Endstufe automatisch in den Standby-Modus schaltet. Die nachfolgende Liste zeigt einige Werte der Leistungsaufnahme aus dem Stromnetz für verschiedene Betriebszustände:
Standby: 14 W
No Signal (Idle): 31–77 W
Max.Power 12 dB CF und 4x 4 : 685 W
Max.Power Sinus: 768 W
Im Idle-Modus ist die Leistungsaufnahme nicht immer konstant. Ein typischer Wert liegt bei 31 W, der sich aber zeitweise auf 77 W erhöht. Der vorletzte Wert mit 685 W ist die Leistungsaufnahme, wenn die Endstufe mit einem Signal mit 12 dB Crestfaktor voll ausgelastet wird und eine mittlere Leistung von 500 W abgibt.
Der aus dem Stromnetz aufgenommene Strom sollte in seinem Verlauf möglichst der Spannung folgen und die Endstufe sich somit vergleichbar einem reellen Widerstand als Last für das Stromnetz verhalten. Abweichungen entstehen durch Verschiebungsblindströme (kapazitiv oder induktiv) und durch Verzerrungsblindströme (Oberwellenanteil).
Wie gut sich der Stromverlauf dem Spannungsverlauf annähert, wird durch den Leistungsfaktor (PF = Powerfactor) messtechnisch ausgedrückt. ABB. 15 zeigt dazu die Messung der ALC-404D bei Volllast.
ABB. 15: Verlauf von Netzspannung (rot), Netzstrom (blau) und der daraus berechneten Leistungsaufnahme (grün) mit einem RMS-Wert von 832 Va. Dank der PFC nähert sich der Stromverlauf der Spannung gut an. Der gemessen Powerfactor liegt hier bei 0,92. (Bild: Anselm Goertz)
Bis auf einen leichten Versatz und ein wenig Verzerrung der Kurvenform folgt der Stromverlauf (blau) dem Spannungsverlauf (rot) sehr gut. Der Powerfactor beträgt 0,92.
Von ProdyTel als exklusiver biamp-Vertrieb in Deutschland wurden uns aktuell folgende Preise für die ALC-Verstärker-Serie und den hier vorgestellten Lautsprecher IC6-1062 genannt:
Mit der ALC-Serie nimmt Community eine neue Baureihe moderner Endstufen mittlerer und hoher Leistung ins Programm, die als OEM-Geräte in enger Kooperation mit dem italienischen Hersteller Powersoft aus dessen Plattformmodellen Quattrocanali und Duecanali entstanden.
Die Leistungswerte wurden dazu an die Anforderungen von Community im Rahmen der Möglichkeiten geringfügig angepasst und die drei aktuell vorhandenen Modelle mit allen Setups in der zugehörigen Armonia+ Bibliothek auf dem Marketplace aufgenommen. Für die Community-Anwender steht damit jetzt eine weltweit etablierte und hoch moderne Kombination aus Controller, Endstufen und zugehöriger Konfigurationsund Verwaltungssoftware zur Verfügung.
Die Möglichkeiten der Armonia+ Software zusammen mit den als fester Bestandteil integrierten Dante Interfaces decken alle Anforderung von kleinen Club-Installationen bis hin zu großen PA-System für Sportstadien ab. Aus technischer Sicht haben die ALC-Endstufen mit IIR-, FIR- und Raised-Cousin-Filtern sowie mehrstufigen Limitern und einer Vielzahl von Überwachungsfunktion alles zu bieten, was man sich wünschen kann.
Die Messwerte entsprechen für einen Class-D-Amp dem Stand der Technik. Bei den Leistungswerten können die ALC-Endstufen mit sehr hohen Peakleistungen und einer praxisgerecht dimensionierten Dauerleistung aufwarten. Aus der Sicht von Community kann man sagen, wurde hier alles richtig gemacht. Die Kooperation mit Powersoft war der absolut schnellste und beste Weg, zu einer in allen Punkten überzeugenden Lösung in Sachen Controller und Endstufen zu gelangen.
