Elektroakustische Anlagen

Beschallungsanlagen (ELA)

Elektroakustische Anlagen arbeiten i.d.R. mono. Üblicherweise verteilen sie ein oder mehrere Audiosignale in verschiedene Bereiche (Zonen). Die Art der Audiosignale können Hintergrundmusik, manuelle oder automatische Durchsagen oder Signaltöne (Gong, Alarmtöne) sein. Normalerweise werden die Audiosignale nicht gemischt. Ein Audiosignal wird in einen oder in mehrere bestimmte Bereiche übertragen.

Durch die Vergabe von Prioritäten wird eine ungewollte Zusammenführung verschiedener Audiosignale vermieden, z.B. wenn gleichzeitig mehrere Durchsagen in denselben Bereich übertragen werden sollen. Die meisten ELA arbeiten mit hochohmigen Lautsprechern.


Zentrales Beschallungssystem

Bei einer zentralen Beschallung sind die Lautsprecher alle am gleichen Platz installiert, z.B. in der Deckenmitte einer Halle.


Frontales Beschallungssystem

Wenn die Beschallung ein optisches Ereignis ergänzt, sollte der Schall auch aus der Richtung dieses Ereignisses kommen. Wenn der Schall aus einer anderen Richtung kommt, wird der Zuschauer irritiert. Meistens findet so ein Ereignis in der Raumfront statt, z.B. auf einer Bühne. Üblicherweise werden die Lautsprecher links und rechts vom Ereignis positioniert. Die Lautsprecher sollten so hoch angebracht werden, dass kein zu großer Schalldruck in der Nähe der Hörer auftritt, nicht zuletzt um Schädigungen des Ohrs zu verhindern.

Im Falle eines tiefen Raumes können zur Unterstützung des frontalen Beschallungssystems Lautsprecher entlang der Wand oder der Decke installiert werden („Delay-Line“). Diese Lautsprecher sollten für eine gute Verständlichkeit das Frontalsignal verzögert (individuell, je nach Abstand zur Frontalanlage) wiedergeben. Dadurch entsteht der Eindruck als käme der Schall direkt von der Bühne. Die Verzögerung lässt sich mit folgender Formel berechnen: T = d / 340 + 0,01 s

T: Verzögerungszeit (s) d: Entfernungsdifferenz Frontlautsprecher / Delay-Lautsprecher zum Hörer (m)

 


Dezentrale Beschallungsanlage

Wenn keine richtungsbezogene Aufführung zu unterstützen ist oder in großen Bereichen mit niedrigen Decken (z.B. Supermarkt), ist eine frontale Beschallungsanlage nicht sinnvoll. In solchen Fällen ist eine dezentrale Beschallungsanlage besser, bei der die Lautsprecher dort installiert werden, wo sie gebraucht werden.

Die Deckenlautsprecher sollten gleichmäßig über das zu beschallende Areal aufgeteilt werden, im Allgemeinen mit gleichem Abstand zwischen allen Lautsprechern. Wichtig für die Planung einer solchen Beschallungsanlage ist die benötigte Verständlichkeit. Diese hängt von mehreren Faktoren ab:

  • Deckenhöhe
  • Abstrahlverhalten des Lautsprechers
  • Art der Nutzung (Qualität des Klangs)

Je höher der Lautsprecher angebracht werden kann, desto größer ist der Bereich der Beschallung des Lautsprechers und somit der Hörbereich in Ohrhöhe (Ohrhöhe ≈ 1,5 m über dem Boden), jedoch ist der Schalldruck geringer als bei niedriger Installation. Für eine gute Verständlichkeit sollte der Übertragungsbereich der Anlage Signale bis 6 kHz an jedem Punkt der Hörerfläche wiedergeben können. Eine akzeptable Verständlichkeit ist bei einem Übertragungsbereich von bis zu 4 kHz gegeben, für Hintergrundmusik ist dieser Wert nicht zu beachten, da es bei Hintergrundmusik nicht um Verständlichkeit geht.


Verstärker

Es gibt ELA-Verstärker für niederohmige Lautsprecher mit Impedanzen von 4 – 16 Ohm, für hochohmige Lautsprecher (oft für 50 V, 70 V und 100 V) und auch einige für beide Arten. Für die niederohmigen Lautsprecher sollten nur kurze Leitungen (bis 10 m) oder Leitungen mit hohen Aderquerschnitten verwendet werden, um die Leitungsverluste gering zu halten und eine gute Tonqualität zu erhalten. Es lassen sich nur wenige Lautsprecher von einem nierderohmigen Verstärker betreiben. Hochohmige Lautsprechersysteme erlauben große Kabellängen und viele Lautsprecher auf einer Linie.


Niederohmige Technik

Bei niederohmigen Systemen muss unbedingt beachtet werden, dass die Gesamtimpedanz der angeschlossenen Lautsprecher nicht kleiner sein darf als die minimale Abschlussimpedanz des Verstärkers. Eine zu geringe Gesamtimpedanz der angeschlossenen Lautsprecher führt zu Fehlfunktionen und kann den Verstärker beschädigen. Die Kabel zwischen Verstärker und Lautsprecher(n) sollten nicht länger als ca. 10 m sein. Bei längeren Kabeln werden die Leitungsverluste zu groß und sollten durch hohe Leitungsquerschnitte verringert werden, um eine gute Tonqualität zu erhalten.

Generell sollten nur identische Lautsprecher an einem Verstärker betrieben werden, denn die Leistungsverteilung bei verschiedenen Lautsprechern hängt von der Schaltung und Impedanz ab.


100 Volt-Technik

Sollen große Flächen beschallt werden, ist eine Ausführung in 100 Volt-Technik vorzuziehen, um Leitungsverluste zu minimieren. Hochohmige Systeme zeichnen sich durch einen maximalen Signal-Linienpegel von bis zu 100 V bei Vollaussteuerung des Signals aus. Hochohmige Übertragungsstrecken werden auch in 70 V oder 50 V Technik ausgeführt, um eine bessere Kompatibilität in Hinsicht auf Pegelanpassung und Systemerweiterungen bereitstellen zu können. Die 100 Volt-Technik bietet noch weitere Vorteile gegenüber niederohmigen Systemen:

  • Einfache Installation, problemlose Erweiterung & Erhöhung der Lautsprecheranzahl (Parallelschaltung)

  • Hohe Lautsprecheranzahl realisierbar

  • Individuelle Lautstärkeregelung für jeden Lautsprecher möglich, einzelne Lautsprecher können an- und ausgeschaltet werden, ohne andere Lautsprecher zu beeinflussen

  • Unterschiedliche Lautsprecher unterschiedlicher Leistungen können in einer Lautsprecherlinie zusammen betrieben werden

  • Lange Kabellängen / große Entfernungen möglich

  • Geringe Kabeldurchmesser der Lautsprecherzuleitung

  • Geringe Leitungsverluste

  • Einfache Berechnung der benötigten Leistung des Verstärkers durch Addition der Lautsprecherleistungen, die die Nennleistung des Verstärkers nicht überschreiten darf


Überprüfung der Lautsprecherlinien

Zur Vermeidung von elektrischen Problemen nach Veränderungen oder Neuinstallationen von ELA-Anlagen, sollten die Lautsprecherlinien vor dem Anschließen an den Verstärker überprüft werden. Dies wird durch eine Impedanzmessung sichergestellt.

Die folgende Formel zeigt den Zusammenhang zwischen der elektrischen Leistung, der maximalen Signalamplitude und der Impedanz: 

Z = U2  / P

Z: Impedanz (Ohm) U: Spannung (Volt) P: Leistung (Watt)

Bei der Berechnung muss man mit der maximalen Signalamplitude von 100 V rechnen (10.000).
Beispiel: Lautsprecher mit einer Gesamtleistung von 75 W wurden in einer Lautsprecherlinie miteinander verbunden. Welche Impedanz hat die Lautsprecherlinie? Z = 10.000 / 75 = 133 Ohm


Abhängigkeit Lautsprecher-Kabelquerschnitt und Leitungslänge

Die unten stehende Tabelle zeigt die Abhängigkeit des benötigten Aderquerschnitts von der Leitungslänge. Die Lautsprecherlinie in ELA-Systemen wird so ausgelegt, dass nicht mehr als 10 % Verlust auftreten.

Leiterquerschnitt in mm²

 

Kabellänge
 Leistung 50 m 100 m 200 m 300 m 500 m 750 m 1000 m
 30 W 0,05 0,09 0,19 0,28 0,47 0,71 0,95
 60 W 0,09 0,19 0,38 0,57 0,95 1,42 1,89
 120 W 0,19 0,38 0,76 1,13 1,89 2,84 3,78
 240 W 0,38 0,76 1,51 2,27 3,78 5,67 7,56
 360 W 0,57 1,13 2,27 3,40 5,67 8,51 11,34
 420 W 0,66 1,32 2,65 3,97 6,62 9,92 13,23