Anzeige
Anzeige
Was ist eine Beschallungsanlage?
Beschallungsanlagen, im Bereich der Veranstaltungstechnik bestehend aus Mischpult, Endstufen und PA-Lautsprechern, dienen dazu, Audiosignale von Mikrofonen und Musikinstrumenten – elektrisch verstärkt und schließlich über die PA-Lautsprecher dem Zuhörer zugänglich zu machen.
Zunächst einmal eine Klärung der verschiedenen Bezeichnungen: Im Alltag werden die meisten Beschallungsanlagen auch PA-Anlagen genannt. PA steht hierbei für den Begriff Public Address, da man Sie ausschließlich dafür einsetzt, eine große Zahl an Menschen gleichmäßig zu beschallen.
Das wichtigste bei einer PA-Anlage ist natürlich die Technik, die zum Einsatz kommt. Und einer der wichtigsten Bestandteile der Technik sind sicherlich die PA-Lautsprecher.
Kein Glied der Signalverarbeitungskette, von der Aufnahme und Produktion bis zur Reproduktion beim Konsumenten, hat ein so ausgeprägtes, eigenwilliges Ego wie das letzte – der Lautsprecher. Während es schwerfällt, bei makellosen Audio-Komponenten wie zum Beispiel Verstärkern noch Unterschiede zwischen unterschiedlichen Modellen heraus zu hören, sind diese bei Lautsprechern oft deutlich wahrnehmbar obwohl es mit modernster Messtechnik und Signalverarbeitung leicht geworden ist, ihnen einen hinreichend linearen, neutralen Frequenzgang zu verpassen.
Warum klingen Lautsprecher so unterschiedlich?
Werfen wir einen Blick auf die physikalischen Grundlagen und die praktische Ausführung der Schallwandlung, um dem Ganzen auf die Schliche zu kommen.
Die verschiedenen Prinzipien der Wandler (elektrodynamisch, kapazitiv, seltener piezoelektrisch) kommen sowohl bei Mikrofonen, Kopfhörern wie auch Lautsprechern zum Einsatz. Allerdings hat es ein Lautsprecher schwerer, seinen „Job“ zu machen.
Im Gegensatz zu einem Mikrofon, welches trotz seiner kleinen Bauform in der Lage ist den vollständigen, hörbaren Frequenzbereich (und darüber hinaus) zu wandeln, benötigt der Lautsprecher eine gewisse Größe um nennenswert Schall zu produzieren. Diese Dimensionen wachsen mit zunehmender Wellenlänge.
Dies entspricht auch unserer Alltagserfahrung. Nur große Hunde können respekteinflößend knurren und nur voluminöse Objekte mit viel Watt können amtlichen Tiefbass produzieren. Selbst bei elektromagnetischen Wellen findet diese Tatsache ihre Entsprechung. In der Antennentechnik kann so Gigahertz-Bereich mit fingergroßen Stummeln effektiv gefunkt werden während Sender für Mittel- und Langwellen fußballfeldgroße Areale benötigen.
Der Grund dafür liegt im Widerstand des Übertragungsmediums Luft, der dem vibrierenden Schallerzeuger entgegengesetzt wird und ohne den es keine Leistungsübertragung geben kann.
Da es sehr schwierig ist, alle Frequenzen von einer Membran abbilden zu lassen (und es sich außerdem nicht gut anhört), werden Beschallungsanlagen fast immer als Mehrwegsysteme ausgelegt.
Kleinere Lautsprecher können mit viel leichteren Membranen die Mitten und Höhen abdecken. Daher reichen für kleine Regallautsprecher und Nahfeld-Monitore häufig zwei Wege. Aufgrund der geringeren Größe des Tieftöners können bei diesen Bauformen die Mitten ebenfalls durch diesen abgedeckt werden.
Für größere Standboxen und die meisten PA Systeme sind drei Wege üblich. Bei Systemen mit getrennten Subwoofern für die Abstrahlung der tiefsten Frequenzen (ab 30 bis 100 oder 150 Hertz) sind nicht selten vier Wege im Spiel.
Dabei kommen in der Regel verschiedene Lautsprecherarten zum Einsatz. Elektrodynamische (wird vor allem für Tieftöner eingesetzt), Magnetostatische, Elektrostatische und Piezoelektrische. Jede von Ihnen hat Vor-und Nachteile.
PA-Lautsprecher und Bananen (Line Arrays)
In den letzten Jahren ging der Trend bei Veranstaltungen immer mehr weg von vielen einzelnen Boxen, die sich auf der ganzen Bühne zu Türmen gestapelt haben hin zu Line Arrays, welche durch die Möglichkeit sie einigermaßen diskret von der Bühnendecke herunterhängen zu lassen. Zum einen sind diese schöner anzuschauen und haben noch dazu keine nennenswerten klanglichen Nachteile.
Das Ziel eines jeden Lautsprechers, egal ob er als normale Box oder innerhalb eines Line Arrays eingesetzt, ist es einen möglichst gleichmäßigen Frequenzgang abzubilden. Das heißt, jede Frequenz bei gleicher Leistung gleich laut wiederzugeben.
Da das aber praktisch unmöglich ist, hat jeder Hersteller seine eigenen Methoden um seine Lautsprecher möglichst gut klingen zu lassen oder ihnen sogar eine eigene Sound-Signatur zu verpassen. Daher kann man im Highend-Bereich für Veranstaltungen oft auch gar nicht von guten und schlechten Lautsprechern sprechen sondern eher von für den Einsatzzweck geeigneten und ungeeigneten.
Diese Erklärung ist vor allem wichtig um den Siegeszug der Line Arrays besser verstehen zu können. Denn ob ein Lautsprecher-System für eine Beschallung von Veranstaltungen oder Events geeignet oder ungeeignet ist hängt nicht nur davon ab, wie die Boxen am Mischpult eingestellt werden sondern auch davon, wo sie den produzierten Schall hin strahlen.
Nichts ist schlimmer als eine Beschallungsanlage, die die ersten drei Reihen der Zuschauer (und vor allem Hörer) taub macht, aber nach 20 Metern kaum noch zu hören ist oder komplett verzerrt klingt.
Die Beschallungsanlage muss also in der Lage sein, alle Anwesenden mit dem gleichen Pegel zu versorgen und das möglichst überall auf dem Gelände mit der gleichen Qualität. In der Veranstaltungstechnik spricht man dabei auch von Directivity.
Und in diesem Punkt haben Line Arrays einen entscheidenden Vorteil. Ein Line Array ist in der vertikalen Ebene möglichst groß (so groß, wie es halt noch praktikabel und technisch möglich ist) und in der horizontalen Ebene relativ klein. Das führt dazu, dass der abgestrahlte Schall sich in der vertikalen Ebene kaum noch nach oben und unten ausbreitet und daher im Innenbereich nicht so stark von der Decke reflektiert wird. Gleichzeitig sorgt die schmale horizontale Ausrichtung dafür, dass der Schall sehr breit ausgestrahlt werden kann. Man kann sich also die abgestrahlte Schallwelle eines Line Arrays wie einen Zylinder vorstellen, der nach oben klar begrenzt ist, sich aber gleichmäßig in den Raum verteilt.
Deshalb werden Line Arrays auch als Linienstrahler bezeichnet. Mithilfe dieses Prinzips ist es möglich, Schallwellen zu bündeln und gezielt zu verstärken, sodass man mit der gleichen Leistung einen viel geringeren Lautstärkeabfall (statt -6 dB bei Entfernungsverdopplung sind so -3 dB möglich) erreichen kann, als mit einer normalen PA Anlage.
Um jedoch die vordersten Reihen nicht komplett von dieser Zylinderschallwelle auszuschließen, da Line Arrays ja meistens an der Decke hängen würden Menschen die direkt unter ihnen stehen gar nichts hören, können die einzelnen Lautsprecher in der Line Array Kette gewinkelt werden. So entsteht die bekannte Bananenform.
Eine normale PA-Box dagegen strahlt eher als Kugel ab, also in alle Richtungen gleichmäßig, so auch nach unten und nach oben und damit an Stellen wo der Schall nichts verloren hat. Hinzu kommt noch, dass dadurch die Beschallung nicht an allen Stellen gleichzeitig ankommt und auf große Entfernung Verzögerungen auftreten können. Ein Line Array hingegen bildet eine Wellenfront mit der in der vertikalen Ebene alle Stellen gleichzeitig erreicht werden können.
Von der passiven Frequenzweiche zu Aktivlautsprechern
Für die qualitativ hochwertige Reproduktion von Schall im gesamten hörbaren Bereich sind, wie schon erläutert, stets zwei oder mehr für den jeweiligen Frequenzbereich optimierte Lautsprecher erforderlich.
Die Aufteilung des Musiksignals auf die verschiedenen Wege übernimmt die Frequenzweiche. Bei den meisten Hifi-Boxen für die Beschallung des trauten Heims und manchen PA-Lautsprechern (Zur Erinnerung PA heißt Public Address) ist das eine Passiv-Schaltung aus Kondensatoren, Spulen und Widerständen. Diese ermöglicht eine grobe Aufteilung, Pegelanpassung und Entzerrung (Linearisierung des Frequenzgangs) und muss für Boxen-Typ speziell entworfen werden.
Das bedeutet, dass die Box keinen eigenen Verstärker hat und auch an keine Stromversorgung angeschlossen werden muss. Dadurch kann allerdings auch nicht der Klang direkt an der Box verändert werden, da sie den Ton genau so abspielt, wie er ihr (verstärkt) übermittelt wurde.
Allerdings bringt diese Lösung eine Reihe von Problemen mit sich, weshalb sich mittlerweile immer mehr aktive Lösungen durchsetzen. Denn bei Aktivboxen erfolgt die Trennung der Frequenzbereiche und bereichsweise Einebnung des Frequenzgangs auf Kleinsignalniveau vor der Leistungsverstärkung.
Bei einem Aktivlautsprecher ist somit die komplette Elektronik, inklusive der Leistungsverstärkung für die einzelnen Wege, in die Rückwand der Box eingebaut. Dank Schaltnetzteilen und PWM (Pulsweitenmodulation)-Endstufen mit hohem Wirkungsgrad können diese integrierten Lösungen heutzutage recht kompakt ausfallen und produzieren vergleichsweise wenig Verlustwärme. Das wiederum hält die Größe der benötigten Kühlkörper und das Gewicht trotz hoher Leistung in erträglichen Grenzen.
Neben den rein passiv und voll aktiven Konzepten gibt es allerhand Mischlösungen. Bei guten Heimanlagen mit getrennten Subwoofern und kleinen bis mittleren PAs ergibt es zum Beispiel technisch und ökonomisch Sinn, die mit passiven Frequenzweichen ausgestatteten „Topteile“ für die Mitten/Hochtonwiedergabe und die Subwoofer für die Tiefbasswiedergabe aus getrennten Verstärkern zu versorgen.
Diese Trennung sorgt vor allen Dingen dafür, dass deftige Bässe nicht durch Übersteuerung des Verstärkers den gesamten Mitten/Hochtonbereich „platt fahren“ können.
Einer weiterer der größten Vorteile der integrierten Elektronik ist der narrensichere Aufbau und Betrieb, wobei die internen Schutzschaltungen eine Überlastung und Zerstörung der Aktiv-Lautsprecher verhindern.
Der Verstärker
Natürlich kann man sich darüber streiten, welches Teil im Gesamtkonstrukt der PA jetzt das wichtigste ist. Jedoch sind sich viele in einem Punkt einig: Der Verstärker ist das Herzstück einer Anlage. Aber was genau macht dieser eigentlich und wie funktioniert er?
Erst mal zum logischen Teil: Ein Verstärker verstärkt ein Signal. Soweit ganz einfach. Doch leider ist die Technik dahinter nicht halb so einfach wie das Endprodukt.
Im Inneren finden sich eine Menge aktive Bauelemente wie Transistoren, Transduktoren, Elektronenröhren und vieles mehr. Neben diesen aktiven Bauteilen gibt es auch passive wie Dioden, Transformatoren, Kondensatoren, Widerstände und weitere.
Wie funktioniert ein Verstärker?
Im Grunde genommen wandelt der Verstärker die Netzspannung aus der Steckdose in ein Audiosignal um. Die Lautstärke (der Pegel) des Signals soll also vergrößert werden. Veränderungen des Signals werden dabei nicht vorgenommen.
Diese Umwandlung findet über das Netzteil statt. Im Netzteil wird Energie zwischengespeichert, die Wechselspannung je nach gewünschter Ausgangsleistung verändert und anschließend in eine Gleichspannung und wieder zurück in eine Wechselspannung gerichtet.
Am Verstärkerausgang wird das Eingangssignal dann mithilfe der zwischengespeicherten Energie aus dem Netzteil und Transistoren auf den gewünschten Pegel angehoben und an die Lautsprecher weitergegeben. Dabei muss man beachten, dass das ausgegebene Audiosignal keine höhere Spannung haben darf als die gleichgerichtete Spannung im Netzteil.
Wenn das Signal lauter (mit mehr Spannung) spielen möchte als es eigentlich kann, kommt es zum sogenannten Clipping. Hierbei werden die Amplituden-Spitzen der Frequenzen abgeschnitten und es entsteht eine Verzerrung des Klangbildes. In einigen Gitarrenverstärkern wird dies bewusst als Effekt eingesetzt um das Gitarrenspiel mehr nach Rock’n’Roll klingen zu lassen.
Genau wie bei Lautsprechern gibt es auch bei Verstärkern viele verschiedene Arten. Grundlegend unterscheidet man zwischen Röhren- und Transistorverstärkern.
Der Röhrenverstärker
Der Röhrenverstärker ist der Urvater aller Verstärker. Er wurde bereits in Radios verbaut, bevor die Transistor-Variante überhaupt auf dem Markt war.
Seinen Namen verdankt der Röhrenverstärker den eingebauten Elektronenröhren, welche für die Verstärkung des Klangs verantwortlich sind. Bevor ein Röhrenverstärker sein Klang entfalten kann, muss dieser erst einmal “hochfahren”. Die Elektronenröhren müssen sich also erst erwärmen, bevor sie einen optimalen Klang erzeugen können.
Im Allgemeinen erzeugt ein Röhrenverstärker einen sehr warmen und weichen Sound, den auch heute noch viele Hifi-Fans zu schätzen wissen. Im professionellen Umfeld finden sich kaum noch Röhrenverstärker. Wenn, werden diese gezielt als Vorverstärker für einzelne Signale (z.B. Gesang) als Effekte eingesetzt.
Der Transistorverstärker
Den Transistorverstärker kann man in verschiedene Klassen unterteilen. Die gebräuchlichsten Klassen im Sound-Bereich sind A, B, AB und D.
A-Klasse (Class A)
Diese Klasse zeichnet sich durch einen sehr linearen Verstärkungsverlauf aus. Sie besitzen eine unglaublich niedrige Verzerrung und somit auch den besten Klang.
Um optimal zu funktionieren benötigt die A-Klasse einen Ruhestrom, da die verbauten Transistoren erst ab einer Spannung von 0,7 V mit der Verstärkung des Signals anfangen. Damit verbraucht diese Verstärkervariante also konstant Strom und ist somit nicht besonders sparsam.
Außerdem hat sie einen sehr schlechten Wirkungsgrad von theoretisch 50 %. In der Praxis ist dieser Wert allerdings nochmal niedriger. Neben einem hohen Strombedarf kommt also auch noch eine große Hitzeentwicklung dazu, da die überschüssige Energie in Wärme gewandelt wird.
B-Klasse (Class B)
Diese Klasse spart sehr viel mehr Strom als die A-Klasse, da sie einen viel geringeren Ruhestrom durch das Gerät fließen lässt und somit auch einen viel höheren Wirkungsgrad aufweist (ca. 75 %).
Das Problem hierbei ist nur, dass sie dadurch Signale, die schwächer als der Arbeitspunkt des Transistors sind, nicht übertragen werden können. Somit werden die Signale um einiges mehr verzerrt als bei einem Klasse A-Verstärker. Der Verstärker hat also einen eher Nichtlinearen Verstärkungsverlauf. Dadurch ist ein Klasse B-Verstärker nicht wirklich für den Einsatz im Hifi Bereich geeignet.
AB-Klasse (Class AB)
Ein AB-Verstärker vereint die besten Eigenschaften von A- und B-Verstärker in einem Gehäuse. Er verbindet also den linearen Verstärkungsverlauf der A- mit dem höheren Wirkungsgrad der B-Verstärker. Es kann so ein Wirkungsgrad zwischen 50 % und 78,5 % mit einem entsprechend geringeren Stromverbrauch erreicht werden.
Durch diesen guten Kompromiss ist die AB-Klasse sehr beliebt und wird mit am häufigsten verwendet.
D-Klasse (Class D)
Man könnte fast meinen, dass es Absicht war einen rein digital arbeitenden Verstärker mit dem Namen D-Klasse zu versehen.
Er ist der jüngste der hier aufgeführten Verstärker und durch seine digitale Arbeitsweise extrem effizient mit einem theoretischen Wirkungsgrad von 100 % (!). Da er so effizient ist, braucht er zum einen viel weniger Strom und entwickelt auch kaum Abwärme.
Verstärkt wird das Signal hier mithilfe einer Pulsweitenmodulation und einem A/D- und D/A-Wandler. Und das Beste: er kann extrem platzsparend gebaut werden. Durch diese ganzen Vorteile wird diese Klasse auch zunehmend in akkubetriebenen Aktiv-Lautsprechern verwendet, welche somit je nach Größe auch zu mobilen, aktiven PA-Boxen oder Anlagen werden können.
Ausblick: Mobile PA-Anlagen / Mobile Lautsprecher
Da es nicht einfach ist, eine große Beschallungsanlage mit Strom zu versorgen und man in der heutigen Zeit zunehmend mobil sein möchte, wird immer öfter die Frage nach tragbaren PA-Anlagen gestellt.
Diese sollen gut klingen, Musik abspielen, ohne dass ein Kabel benötigt wird, laut sein und das alles am besten mit Akku. Das alles zu vereinen ist allerdings sehr schwierig. Man kennt die kleinen Bluetooth-Boxen, die von vielen Jugendlichen überall herum getragen werden und entweder viel zu leise sind oder im Klangbild nicht als PA ernst genommen werden können.
Doch die Hersteller entwickeln stetig neue Produkte, die dank eines eingebauten Klasse-D-Verstärkers immer effizienter werden und dabei klanglich ausgefeilter und lauter. Der Trend geht also langsam wieder weg von brüllenden Boxen hin zu seriösen PA-Systemen, die mithilfe immer stärkerer Akkus auch immer länger spielen können.
Vorreiter in der Entwicklung sind hier allerdings nicht große PA-Hersteller, welche seit jeher im Veranstaltungsbereich angesiedelt sind und eher mobile Lautsprecher und PA-Boxen anbieten, die auf eine Stromquelle angewiesen sind. Eher sind es jene Hersteller, die auch die Bluetooth Boxen verbessert haben.
Kombiniert man die gängigen Anschlüsse, Bluetooth, 400 Watt Verstärker und einen über mehrere Stunden reichenden Akku, so ist das eine starke Ansage an jeden, der mit seiner PA möglichst flexibel sein möchte.