Elektroakoestische systemen

Geluidsversterkingssystemen (ELA = elektroakoestische systemen)

Elektroakoestische systemen werken over het algemeen op mono-wijze, d.w.z. dat de geluidsweergave gebeurt door één kanaal. Meestal verdelen de systemen een of meerdere audiosignalen in verschillende ruimtes (zones). Het type audiosignalen kan worden onderverdeeld in achtergrondmuziek, handmatige of automatische aankondigingen en signaaltonen (gong, alarmtonen). Normaal gesproken worden audiosignalen niet samengevoegd. Een audiosignaal wordt uitgezonden in een of meerdere specifieke ruimtes.

Door het toewijzen van prioriteiten wordt een ongewenste samenvoeging van verschillende audiosignalen vermeden, bijv. wanneer meerdere aankondigingen tegelijkertijd moeten worden uitgezonden in dezelfde ruimte. De meeste ELA’s werken met hoogohmige luidsprekers.


Centraal geluidsversterkingssysteem

Bij een centrale geluidsversterking zijn de luidsprekers allemaal op één plaats geïnstalleerd, bijv. in het midden van een plafond in een hal.


Frontaal geluidsversterkingssysteem

Wanneer geluidsversterking als aanvulling bij een optisch evenement dient, moet het geluid uit de richting van dit evenement komen. Wanneer het geluid uit een andere richting komt, irriteert dit de toeschouwers. Meestal vindt zo’n evenement vooraan in de ruimte plaats, bijv. op een podium. De luidsprekers bevinden zich meestal links en rechts van de gebeurtenis. De luidsprekers moeten zo hoog worden geplaatst dat de geluidsdruk in de buurt van de luisteraars niet te hoog is, niet in de laatste plaats om gehoorbeschadiging te voorkomen.

In het geval van een diepe ruimte kunnen luidsprekers worden geïnstalleerd aan de wand of het plafond (“delay-line”), ter ondersteuning van het frontale geluidsversterkingssysteem. Deze luidsprekers moeten voor een goede verstaanbaarheid het frontale signaal vertraagd weergeven (individueel, afhankelijk van de afstand tot het frontale systeem). Daardoor ontstaat de indruk dat het geluid direct van voor het podium komt. De vertraging kan worden berekend met de volgende formule: T = d / 340 + 0,01 s

T: vertragingstijd (s)
d: afstandsverschil tussen frontale luidspreker / delay-luidspreker en de luisteraar (m)


Decentraal geluidsversterkingssysteem

Een frontaal geluidsversterkingssysteem is niet zinvol wanneer er geen directionele uitvoering moet worden ondersteund of bij lage plafonds (bijv. supermarkt). In een dergelijk geval is een decentraal geluidsversterkingssysteem beter geschikt, omdat hier de luidsprekers op de plaats worden geïnstalleerd waar ze nodig zijn.

Plafondluidsprekers moeten gelijkmatig over de ruimte worden verdeeld waar het geluid moet worden versterkt. In het algemeen moet hierbij dezelfde afstand worden gebruikt tussen alle luidsprekers. Voor de planning van een dergelijk geluidsversterkingssysteem is de benodigde verstaanbaarheid belangrijk. Deze is afhankelijk van meerdere factoren:

  • plafondhoogte
  • stralingspatroon van de luidspreker
  • soort gebruik (geluidskwaliteit)

Hoe hoger de luidspreker kan worden aangebracht, hoe groter het bereik van de geluidsversterking door de luidspreker. Hierdoor is tevens het hoorbereik ter hoogte van het oor (oorhoogte ≈ 1,5 m boven de grond) groter. De geluidsdruk is echter lager dan bij een lage plaatsing. Voor een goede verstaanbaarheid moet het transmissiebereik van het systeem signalen kunnen weergeven tot 6 kHz, op elk punt in het luistergebied. Bij een transmissiebereik tot 4 kHz is er sprake van een aanvaardbare verstaanbaarheid. Voor achtergrondmuziek hoeft er geen rekening te worden gehouden met deze waarde, omdat het hierbij niet om verstaanbaarheid gaat.


Versterkers

ELA-versterkers zijn er voor laagohmige luidsprekers met een impedantie van 4-16 ohm, voor hoogohmige luidsprekers (vaak voor 50 V, 70 V en 100 V) en er zijn er ook enkele voor beide soorten. Voor laagohmige luidsprekers mogen alleen korte kabels (tot 10 m) of kabels met een brede kabeldiameter worden gebruikt, zodat het kabelverlies wordt beperkt en de toonkwaliteit wordt behouden. Slechts enkele luidsprekers kunnen worden gecombineerd met een laagohmige versterker. Bij hoogohmige luidsprekersystemen is het gebruik van lange kabels mogelijk, en ook een opstelling van veel luidsprekers in één lijn.


Laagohmige techniek

Bij laagohmige systemen moet er op worden gelet dat de totale impedantie van de aangesloten luidsprekers niet kleiner is dan de minimale uitgangsimpedantie van de versterker. Indien de totale impedantie van de aangesloten luidsprekers te laag is, leidt dat tot storingen en kan het de versterker beschadigen. De kabels tussen de versterker en luidspreker(s) mogen niet langer zijn dan ca. 10 m. Bij langere kabels is het kabelverlies te groot en moet dit worden beperkt door een bredere kabeldiameter, om een goede toonkwaliteit te behouden.

Over het algemeen moeten op een versterker alleen identieke luidsprekers worden gebruikt, omdat de stroomverdeling van de verschillende luidsprekers afhankelijk is van het circuit en de impedantie.


100 volt-techniek

Indien het geluid in grote ruimtes moeten worden versterkt, wordt gebruik van een systeem met 100 volt-techniek aanbevolen om kabelverlies te beperken. Hoogohmige systemen worden gekenmerkt door het maximale signaallijnniveau tot 100 V bij een volledige signaaluitgang. Hoogohmige transmissiewegen worden ook uitgevoerd met een 70 V- of 50 V-techniek, om een betere compatibiliteit te kunnen bieden wat betreft niveauaanpassing en systeemuitbreidingen. De 100 volt-techniek biedt nog meer voordelen ten opzichte van laagohmige systemen:

  • eenvoudige installatie, probleemloze uitbreiding en verhoging van het aantal luidsprekers (parallelschakeling)

  • groot aantal luidsprekers mogelijk

  • individuele volumeregeling mogelijk voor elke luidspreker, individuele luidsprekers kunnen in- en uitgeschakeld worden zonder dat dit een effect heeft op de andere luidsprekers;

  • verschillende luidsprekers met een verschillend vermogen kunnen samen in één luidsprekerlijn worden geplaatst;

  • lange kabellengtes/grote afstand mogelijk

  • kleine kabeldiameter van de luidsprekerkabel

  • weinig kabelverlies

  • eenvoudige berekening van het vereiste vermogen van de versterker door optelling van het luidsprekervermogen, wat niet boven het nominale vermogen van de versterker mag liggen


Controle van de luidsprekerlijnen

Om elektrische problemen te voorkomen na wijzigingen of nieuwe plaatsingen van ELA-systemen, moeten de luidsprekerlijnen worden gecontroleerd vóór het aansluiten op de versterker. Dit wordt gegarandeerd door een impedantiemeting.

De volgende formule toont het verband tussen het elektrische vermogen, de maximale signaalamplitude en impedantie

Z = U2  / P

Z: impedantie (ohm) U: spanning (volt) P: vermogen (watt)

Bij de berekening moet de maximale signaalamplitude van 100 V (10.000) in aanmerking worden genomen. Voorbeeld: luidsprekers met een totaal vermogen van 75 W worden met elkaar verbonden in een luidsprekerlijn. Welke impedantie heeft de luidsprekerlijn? Z = 10.000 / 75 = 133 ohm


Afhankelijkheid van de kabeldiameter van de luidspreker en kabellengte

Onderstaande tabel toont de afhankelijkheid van de vereiste kabeldiameter van de kabellengte. De luidsprekerlijn bij ELA-systemen is zo ontworpen dat er niet meer dan 10% verlies optreedt.

Kabeldiameter in mm²

 

 Kabellengte
 Vermogen 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