Leistungskompression und warum sich der Klang von Lautsprechern bei Erwärmung verändert
Zusammenfassung. Die Schwingspulentemperatur steigt mit dem Ansteuerpegel, der Widerstand steigt mit der Temperatur und die Empfindlichkeit fällt mit dem Widerstand. Das Ergebnis ist ein Lautsprecher, dessen tonale Balance bei Showpegel nicht die Balance ist, auf die er beim Soundcheck eingestellt wurde. Diese Notiz quantifiziert den Mechanismus und beschreibt den Kompensationsansatz hinter DynaControl.
Der Mechanismus
Ein Tauchspulentreiber wandelt den größten Teil seiner Eingangsleistung in Wärme um, nicht in Schall. Der typische Wirkungsgrad eines professionellen Konustreibers liegt bei wenigen Prozent; der Rest erwärmt die Schwingspule und, langsamer, die Magnetbaugruppe. Der spezifische Widerstand von Kupfer steigt um etwa 0,39 Prozent pro Kelvin, sodass eine Spule, die von 20 auf 200 Grad Celsius steigt, ihren Gleichstromwiderstand um etwa 70 Prozent erhöht.
Die Empfindlichkeit folgt dem Widerstand. Da der Verstärker die Spannung hält, sinkt der Strom durch eine heißere Spule, die Kraft sinkt mit ihm und der akustische Ausgangspegel sinkt proportional. Ein Widerstandsanstieg von 70 Prozent kostet etwa 2,3 dB Pegel im betroffenen Band. Da sich jeder Weg eines Mehrwegsystems mit eigener Rate erwärmt, ist der Verlust nicht über das Spektrum hinweg gleichmäßig: Die Balance zwischen Bass, Mitten und Höhen verschiebt sich mit dem Programminhalt und der Zeit.
Warum das bei einer Show zählt
Ein System wird beim Soundcheck eingestellt, bei Soundcheck-Pegeln, mit kalten Spulen. Zwei Stunden in eine Performance hinein laufen die Tieftonspulen eines hart angesteuerten Rigs weit heißer als die Kompressionstreiber, und die Antwort, die das Publikum hört, ist nicht mehr die Antwort, die der Engineer abgenommen hat. Der Effekt ist graduell genug, dass Operatoren ihn nach Gehör kompensieren, meist indem sie den Pegel weiter anheben, was die Spulen weiter erhitzt.
Der DynaControl-Ansatz
DynaControl betreibt im System-DSP ein thermisches Modell jeder Schwingspule, angetrieben durch das Signal, das tatsächlich an jeden Weg geliefert wird. Aus Spulengeometrie, thermischer Masse und Dissipationskonstanten schätzt das Modell die Temperatur kontinuierlich, rechnet sie in eine vorhergesagte Empfindlichkeitsänderung pro Band um und wendet die Umkehrung als langsam wirkende Pegelkorrektur an. Der Hub wird parallel modelliert, sodass die Korrektur niemals eine Spule über ihre mechanischen Grenzen treibt, um Pegel zu gewinnen.
Die Absicht ist eng und spezifisch: die eingestellte Balance halten, während sich das System erwärmt. Die Korrektur verbraucht Verstärker-Headroom, statt Ausgangspegel zu erzeugen, daher hebt DynaControl den Maximalpegel eines Systems nicht an; es hält das System dabei, wie es klingt, während dieser Maximalpegel erreicht wird.