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Digitales Lautsprecher-Management

Lautsprecher Management

Digitale Lautsprecher-Controller sind heute das Herzstück einer jeden modernen Beschallungsanlage. Sie sorgen nicht nur dafür, dass jeder Lautsprecher das passende Signal zugewiesen bekommt, sondern gleichen auch Unregelmäßigkeiten im Frequenzgang aus und schützen nicht zuletzt die Anlage vor Übersteuerung.

Lautsprecher-Controller bestehen in der Regel aus drei wichtigen Komponenten:

– die Hardware umfasst u. a. die Anschlüsse und Schnittstellen, die Wandler, die Bedienelemente und das Gehäuse

– die Firmware beinhaltet die Algorithmen für das Signal Processing, also die Equalizer, Frequenzweichen, den Limiter und das Delay

– die Software sorgt dafür, dass der Benutzer mit einer grafischen Oberfläche auf seinem Computer bequem auf alle Funktionen des Controllers zugreifen und fertige Einstellungen verwalten kann.

Vor dem digitalen Zeitalter waren die meisten Audio-Controller nicht viel mehr als aktive Frequenzweichen, man musste auf zahlreiche Features wie Preset-Speicher und Passwortschutz gegen Fremdeingriff verzichten. Manche dieser Geräte hatten noch nicht einmal variable Trennfrequenzen, man konnte allenfalls die Schaltung für die Frequenzweiche gegen eine andere austauschen. Die Controller waren viel stärker als die meisten Vertreter heute auf ein Lautsprecher-System zugeschnitten und lange nicht so flexibel einzusetzen.

Mittlerweile sind leistungsfähige digitale Management-Systeme auch für Amateure und semi-professionelle Anwender erschwinglich geworden. Subwoofer werden deshalb nur noch selten über passive Frequenzweichen betrieben, sondern meist durch Controller von den Höhen/Mitten-Lautsprechern getrennt. Die Kehrseite dieser digitalen Revolution ist jedoch, dass viele Benutzer sich von der Fülle an Funktionen geradezu „erschlagen“ fühlen.

Wir können im begrenzten Umfang dieses Artikels nicht auf alle Teilaspekte eines modernen Audio-Controllers eingehen, hoffen aber, dem interessierten Leser einige wichtige Grundlagen zur Verfügung zu stellen, um sich mit einer digitalen Schaltzentrale vertraut zu machen.

In der Signalkette werden Controller üblicherweise hinter dem Mischpult oder, falls vorhanden, hinter einem grafischen Summen-Equalizer positioniert. Der Equalizer dient in diesem Fall nicht zur eigentlichen Frequenzkorrektur der Lautsprecher, sondern zur Anpassung der Tonanlage an die akustischen Begebenheiten des Veranstaltungsraumes.

Die erste wichtige Aufgabe eines Controller ist die Anpassung der Signalpegel. Es ist nicht unüblich, die Lautstärkeregler der nachfolgenden Endstufen, die während der Veranstaltung oft außer Reichweite der Techniker sind, mit Vollausschlag der Lautstärkeregler zu betreiben und somit eine gewisse Sicherheit vor Fremdeingriff zu erzielen. Außerdem müssen die Pegel der verschiedenen Lautsprecherwege eines aktiv getrennten Systems in ein zueinander passendes Verhältnis gebracht werden.


AngularBevor dies geschehen kann, muss das eingehende Summensignal aber erst auf die verschiedenen Lautsprechergrößen aufgeteilt werden. Hierzu bieten die meisten Controller verschiedene Filtertypen und Flankensteilheiten an. Die Filtercharakteristiken unterscheiden sich hauptsächlich durch ihr Verhalten am Arbeitspunkt. Während Butterworth-Filter an der Grenzfrequenz eine Absenkung des Pegels um 3 dB aufweisen, liegt diese bei Filtern nach Linkwitz-Riley, die auf einer Kaskade von Butterworth-Filtern beruhen, bereits bei 6 dB. Der Vorteil dieser Charakteristik ist der gleichbleibende Pegel bei der Übergabe von einem Frequenzband zum nächsten. Um dies mit einem Butterworth-Filter zu realisieren, müsste man die Arbeitspunkte des Tiefpassfilters des ersten Frequenzbandes und des Hochpassfilters des zweiten exakt berechnet voneinander trennen. Bei Linkwitz-Riley-Filtern hingegen können die obere und untere Grenzfrequenz von aufeinander folgenden Frequenzbändern die gleiche Frequenz haben. Die oftmals ebenfalls auswählbaren Bessel-Filter haben einen weniger stark geknickten Amplitudenverlauf gegenüber einem Butterworth-Filter, dafür aber ein besseres Frequenzverhalten und konstante Gruppenlaufzeiten. Gängige Abkürzungen für Butterworth sind BW, für Linkwitz-Riley L-R (nicht zu verwechseln mit links/rechts!).

Die Filtertypen Butterworth und Bessel stehen meist mit den Flankensteilheiten 6, 12, 18 und 24, manchmal auch 36 und/oder 48 dB je Oktave zur Verfügung. Linkwitz-Riley-Filter hingegen gibt es konstruktionsbedingt nur in Schritten von 12 dB je Oktave, wobei 24 dB eine der beliebtesten Einstellungen für Übergabefrequenzen darstellt. Der Begriff Flankensteilheit beschreibt hierbei, wie schnell die Amplitude nach Erreichen der Grenzfrequenz abgesenkt wird. Bei einem Tiefpass-Filter mit einer Flankensteilheit von 12 dB je Oktave und einer Grenzfrequenz von 1 kHz liegt demnach die Amplitude bei 2 kHz (Frequenzverdoppelung entspricht einer Oktave) um 12 dB niedriger als bei der Grenzfrequenz. Bei einem Butterworth-Filter sind dies also –15 dB, bei einem Linkwitz-Riley-Filter bereits –18 dB. Technisch möglich wären zwar theoretisch auch Filter mit quasi unendlich großer Flankensteilheit, dies würde aber die Phasenlage des Signals und somit den Klang stark beeinträchtigen.

Soweit der erste Teil zum digitalen Lautsprechermanagement. Im nächsten Teil geht es dann um Equalizer, Delay-Funktionen, Limiter und mehr – bleibt dran, es lohnt sich!