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  Clipping
 
Clipping - Über den häufigsten Tod unserer Lautsprecher



Hier möchte ich einen sehr wichtigen physikalischen Effekt erklären, der für Hifianlagen (genauergesagt für Endstufen oder Verstärker) von sehr wichtiger Bedeutung ist.


Was ist Clipping???
Als Clipping (englisch clip = abschneiden) bezeichnet man das Übersteuern eines akustischen Signals. Unser akustisches Signal, also unsere Musik, besteht wie vielleicht einige schon wissen aus Schwingungen verschiedener Frequenzen.

Hier ein Beispiel einer Harmonischen Schwingung: (Bild 1)





Ein geclipptes Signal unserer oben gezeigten harmonischen Schwingung sieht wie folgt aus:
(Bild 2)




Wie jeder erkennt wird bei dem Effekt des Clippings unsere Kurvenspitze einfach "abgeschnitten".

Ein Lautsprecher im Musikbetrieb schwingt jedoch nicht harmonisch wie in Bild 1, sondern er gibt statt einer Frequenz wie im Bild dargestellt, mehrere Frequenzen gleichzeitig wieder. Das heißt seine Auslenkung (Bewegung der Membran) ist sozusagen die Umsetzung unseres elekrischen Signals, was wie oben in einer Art "Schwingungsbild" vorliegt. In Bild 1 geht die Kurve erst nach oben, unser Lausprecher schwingt quasi aus seinem Gehäuse raus und schwingt danach durch den Ausgangszustand hindurch in sein Gehäuse herein. Dieser Vorgang wiederholt sich sehr schnell und geschieht in Bruchteilen einer Sekunde.


Folgen des Clippings
Nur was passiert, wenn der Lautsprecher ein geclipptes Signal bekommt? Die Membran und die Schwingspule wird gezwungen diese Position zu halten, da für einen bestimmten Zeitbereich ein absolut lineares, stetiges Signal vorliegt. Aber unser Lautprecher soll ja schwingen und nicht auf der selben Stelle stehen bleiben.

Wir bekommen nicht nur für Bruchteile einer Sekunde keine Musik zu hören, wenn die Membran still steht, sondern auch die Schwingspule nimmt Schaden. Die Schwingspule ist der Teil des Lausprechers, der sich innerhalb des Magneten bewegt und damit die Membran, mit der sie verbunden ist, "antreibt".
Durch eine Schwingspule fließen elektrische Ströme und wie jeder weiß, erhitzt sich jeder elektrische Leiter bei diesem Vorgang. Durch die ständige Bewegung der Schwingspule wird diese Wärme jedoch gekühlt.
Da die sie sich bei einem geclippten Signal (während es linear bzw. stetig ist) nicht bewegt, trotzdem aber ein elektrisches Singal bekommt, fängt sie sich an zu erwärmen, ohne dass sie gekühlt wird. Zusätzlich dazu führt die Induktion der Spule weiterhin enorm Wärme hinzu, welche nicht abgeführt wird.
Logisch, sie erwärmt sich immer wieder an jeder geclippten Kurve, erhitzt sich immer mehr und kann dadurch kaputt gehen. Und eine kaputte Schwingspule bedeutet einen kaputten Lautsprecher, was ja niemand so möchte
Oft entsteht dieser Defekt aber nicht plötzlich, sondern schleichend. Durch immerwiederkehrende, leichte Überhitzung der Schwingspule schmilzt der Kleber&Isolator der Wicklungen. Es kommt zu kleinen Überbrückungen der Wicklungen durch fehlende Isolation. Diese Überbrückungen senken die Impedanz des Lautsprechers (Widerstand) und fördern somit den schleichenden Prozess noch mehr. Den niedrigere Impedanz bedeutet auch, dass die Endstufe mehr Leistung an den Lautsprecher schicken möchte, wodurch die Übererwärmung der Schwingspule nur noch weiter vorangetrieben wird. Man kann sich vorstellen, dass genügend Überbrückungen in der Schwingspule früher oder später zu einem Defekt führen.


Ursachen des Clippings
Die meisten Ursachen von Clipping sind Strommangel oder die begrenzte Leistung einer Endstufe (während man lauter hören möchte, als die Endstufe erlaubt).

Nach meiner Erfahrung ist ist es jedoch meist die begrenzte Leistung, welche das Clipping verursacht. Wir haben also einen Lautsprecher, der mehr Leistung verträgt als die Endstufe produzieren kann. Bspw. ein Subwoofer, der bis 350W RMS belastbar ist (Beispielsw. Hertz ES 300.5) und eine Endstufe, die nur 200W RMS Leistung erzeugt (Bspw. Hertz HCP 2). Bis zu ihrer Leistungsgrenze, in diesem Fall 200W, kann die Endstufe ihr Signal sauber an den Subwoofer weitergeben. Dreht man dann aber immer weiter den Lautstärke-Regler auf, wird sie quasi gezwungen mehr Leistung zu erzeugen als sie könnte. (Begrenzung der Leistung durch die Transistoren) Die Endstufe wird sich nicht nur stark erhitzen, sondern wird auch anfangen das Signal zu clippen und zu verfälschen, da sie nichtmehr mit einer sauberen Verstärkung hinterherkommt. Diesen Prozess hört man aber nicht plötzlich, sondern er wird immer stärker und damit auch immer hörbarer. Das heißt bei 10% oberhalb der eingepegelten Leistungsgrenze wird man das Clipping kaum wahrnehmen, obwohl die Endstufe schon ganz kleine Spitzen clippt. Bei 30% drüber dagegen sind die Spitzen, die geclippt werden bedeuten größer und man hört das ganze dann auch deutlich!
Die maximale Lautstärke wird dabei nicht mehr ansteigen, da (wie man in Bild 2 sieht) die Auslenkung der Membran ja begrenzt wird. Es wird demzufolge nur noch das Ausmaß unseres geclippten Kurvenanteils (die horizontalen Stellen in Bild 2) vergrößert, also die Musik wird immer schwammiger und undeutlicher. Also ist ein geclipptes Signal immer gleichlaut.
Das Fatale an diesem Prozess ist, dass die Schwingungsanteile UNTERHALB der Leistungsungsgrenze aber dennnoch steigen, also beispielsweise leisere Instrumente. Für den Hörer erzeugt das ein subjektiv lauter wahrgenommenes Signal, (da die Durschnittslautstärke trotzdem noch steigt) was ihn zu dem Trugschluss führt "es geht ja noch lauter"... Logisch, dass es hier schnell passiert, dass man die Verzerrung der Musik und zugunsten der Lautstärke missachtet und somit unbewusst Clipping bzw. defekte Lautsprecher herbeiführt.

Aber auch Strommangel, das heißt wenn keine ausreichend dimensionierte Stromversorgung vorhanden ist, kann eine Endstufe clippen lassen. Wenn ihr der Strom fehlt, das Signal zu verstärken, wird sie einfach die betreffenden Stellen im Musikstück nichtmehr verstärken, bei denen der Strom nicht reicht (meist Bässe). Das sind dann logischerweise auch unsere Spitzen in der Signalkurve. Strommangel kann durch fehlende Versorgung, aber auch durch eine falsche/fehlerhafte Verkabelung hervorgerufen werden.

 
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