Rund um den Lautsprecher

II. Kapitel
Ich bin schon gefragt worden, warum zwei lineare Lautsprecher unterschiedlich klingen.
Die Antwort liegt (im Wesentlichen) im Ein- und Ausschwingverhalten eines Lautsprechers und seinem Phasenverhalten begründet. Wie bereits erklärt spielt das Einschwingen eine entscheidende Rolle. Frequenzgangmessungen werden aber fast immer im eingeschwungenen Zustand durchgeführt. Wenn also ein Lautsprecher linear ist in der Messung, so muss er im Ein- und Ausschwingen nicht linear sein. Dies ergibt mal eine erste Klangfärbung.

Nehmen wir einen Lautsprecher und testen ihn mit rosa Rauschen, so klingt er an jedem Ort des Raums unterschiedlich. Das bedeutet, dass der Raum in diesem Fall einen grossen Einfluss hat.
Würde man ihn mit Impulsen testen (was dann per Ohr kaum mehr funktioniert), so wären die Raumreflexionen unwirksam, weil die Messung beendet würde, bevor die erste Reflexion eintrifft. Und wenn wir impulsreiche Musik als Testsignal verwenden, so gibt es weit weniger Klangveränderungen als mit ausgehaltenen Tönen. Ein Test mit Musik kann sinnvoll sein, ist aber nicht unbedingt der Weisheit letzter Schluss weil wir das Original meist nicht kennen und daher eine Beurteilung nach Geschmack und nicht nach „Richtigkeit“ erfolgt.

Vergleichen wir mal aus der Erinnerung einige Konzertaufführungen, so sind bei einem Streichquartett die einzelnen Instrumente gut aufgelöst, wenn der Raum relativ klein und trocken ist, wenn also kaum Hall entsteht. Ist der Raum extrem hallig kommt es zu einem richtigen Klangbrei.
Haben wir es mit einem grösseren Orchester zu tun, so kann je nach Instrumentalsatz die Auflösung gut sein (dicht am Orchester) oder sie kann relativ schlecht sein bei grösserem Hörabstand. Nimmt nämlich der Raumanteil im Verhältnis zum Direktschall zu, so ist das Einschwingen nicht mehr eindeutig feststellbar und damit leidet die Durchsichtigkeit des Klanges. Dies tritt im Lifekonzert klar zutage und gilt somit auch für eine allfällige Aufnahme.

Daraus können wir dreierlei ableiten:
Erstens muss das Verhältnis Direktschall zu Hall stimmen, weil jede Reflexion sich mit dem Direktschall mischt und somit veränderte Signalformen entstehen. Ein Instrument bildet seinen typischen Klang ja aus der Vielzahl an Obertönen, die zum Grundton dazu kommen. Durch die Laufzeit entstehen Phasendrehungen, die mit steigender Frequenz grösser werden. Auch wenn jeweils für sich betrachtet die Signalform nicht verändert wird, so ergibt die Addition eine Verstärkung oder Abschwächung der einzelnen Teiltöne, was wiederum eine Veränderung der Signalform (in der Summe) ergibt.
Haben wir es mit einer Musik mit weitgehend ausgehaltenen Tönen zu tun, so haben wir diese Signalform-Änderung sowohl bei der Aufnahme/Wiedergabe wie im Konzert selbst. Das ist also der Effekt des unterschiedlichen Klanges je nach Sitzplatz (oder Mikrofon-Position). Und ist dies der Fall, so lässt sich sowas nachträglich nicht korrigieren.

Zweitens können wir versuchen, die Fehler des Raums zu minimieren.

Wenn wir die Raumflächen schallschluckend auskleiden, so verhindern wir den Hall und damit auch die Auslöschungen (Frequenzgangfehler) und die Signalform-Veränderungen. Nur ist ein so trockener Raum als Aufenthaltsort ungeeignet weil man sich darin nicht wohl fühlt und zweitens wird bei einer Musikproduktion dieser normale Raumanteil beachtet und folglich in der Aufnahme nicht künstlich zugesetzt. Zugesetzt werden vor allem die längeren Hallanteile, welche der Wohnraum nicht anbietet.
Entstehen also durch den Raum Klangveränderungen, so kann man diese durch gezielte Bedämpfung reduzieren. Oft wird aber (fälschlicherweise) versucht, dies elektronisch zu bekämpfen, etwa mit Equalizern. Das kann (mit alten Dingern) noch einigermassen erfolgreich sein, kann aber (mit den neuen) auch total in die Hose gehen. Grundsätzlich ist zu beachten, dass ein elektronisches Mittel nicht die Ursache bekämpft, sondern das Symptom. Wird der Pegel durch Überlagerung verstärkt, so kann man den Pegel dämpfen. Es wäre dann beim Anhören (Direktschall plus Hall) linear. Aber beim Einschwingen (Direktschall allein) wäre der Ton zu leise. Und umgekehrt können Auslöschungen nicht ausgeglichen werden, denn wenn Direktschall und Hall zusammen ein Null ergeben, so hilft es nicht, den Pegel anzuheben, weil beide Anteile zunehmen und die Summe wieder Null wird.
Dass alte Equalizer besser sind als neue liegt an der Schaltungstechnik. Die alten sind oft mit Schwingkreisen ausgestattet, welche ein verzögertes Ansprechen haben und daher das Tonsignal nicht schon beim Einschwingen beeinflussen, sondern erst, wenn auch der Hall sich aufgebaut hat (im Idealfall). Andererseits hat diese Technik geringere Phasendrehungen zur Folge.

Das dritte sind die Frequenzgangfehler des Lautsprechers selbst. Diese können z.B. durch eine falsch berechnete Weiche entstehen und sind dauernd vorhanden, also auch bei jeder Art von Messung.
Sie können aber auch durch Resonanzen der Membran entstehen.

Daher sind Lautsprecher so zu bauen oder zumindest so einzusetzen, dass sie möglichst keine Resonanzstellen aufweisen oder dass diese Resonanzen nicht angeregt werden.
So eine Resonanz kann man sich vorstellen wie ein Pendel. Führt man ihm eine bestimmte Energie zu, so schwingt das Pendel und ist diese Energie grösser als der Reibungsverlust, so nimmt die Schwingamplitude laufend zu. Setzt man die Energiezufuhr ab, so nimmt auch die Pendelbewegung ab. Das bedeutet, dass eine Membranresonanz nicht „aus dem Stand“ da ist, sondern sich allmählich aufbaut. Will man also so einen Fehler mit einem elektrischen Filter beheben, so senkt man im Einschwingvorgang diesen Ton ab, dafür klingt er noch aus, wenn Ruhe sein sollte.

Es gibt kaum vernünftige elektronische Mittel (ohne spezielle Verstärker), solche Fehler zu bekämpfen.
Die Folge ist ein schlechter Frequenzgang im eingeschwungenen Zustand, wenn man nichts macht, oder es ergeben sich deutliche Fehler beim Ein- und Ausschwingen.

Das Fazit lautet erstens
Die Qualität der Aufnahme ist entscheidend. Was da falsch gemacht wurde, lässt sich nicht wirklich verbessern, höchstens kaschieren.

Zweitens sollte man den Raum so weit als möglich „ruhigstellen“. Und dies ist einmal mit Möbeln, Decken, Vorhängen und Teppichen möglich, andererseits ist es auch vorteilhaft, den Raum durch die Lautsprecher so wenig als möglich anzuregen. Das bedeutet dass es für das Musik hören vorteilhafter ist, wenn die Lautsprecher einen relativ kleinen, engen Bereich beschallen wie im Studio üblich

und nicht den Klang in alle Ecken und an alle Wände werfen.

Und letztlich sollten Lautsprecher verwendet werden, welche Mambranen mit hoher innerer Dämpfung besitzen (Papier oder PP-Kunststoff, Metall gezielt einsetzen!). Damit ist die Gefahr von Resonanzen weitgehend gemildert.

Dies ist die Basis für eine gute Wiedergabe, aber noch keine Garantie, denn mit diesen Massnahmen sind die Phasenfehler der Lautsprecher noch nicht bekämpft.

dritter Teil
Wenn wir also einen guten Lautsprecher bauen wollen so müssen wir noch mehr beachten.
Wir haben ja gesehen, dass wir bei einer „direkten“ Mikrofonierung die Chance haben, die Instrumente aufzulösen, dass dies aber bei einem zu hohen Hallanteil nicht mehr möglich wird.
Sobald der Hallanteil zu hoch wird, stimmt allenfalls noch das Einschwingen, aber nachher wird’s übel. Und haben wir einen ungeeigneten Lautsprecher, so „versauen“ wir uns auch das Einschwingen. Also müssen wir uns fragen, was denn ein geeigneter oder ungeeigneter Lautsprecher ist.

Wenn wir nun mal davon ausgehen, dass die Phasenrichtigkeit zumindest hilft, die Auflösung zu ermöglichen, so sollten wir darauf Rücksicht nehmen. Wir sollten also versuchen, hier die kleinst möglichen Kompromisse einzugehen.
Weiter müssen wir mal schauen, welche Lautsprecher denn besser und welche weniger gut geeignet sind.

Generell wäre ein Breitbandlautsprecher das Ideal. Ideal wäre es, wenn man keine Membrane bräuchte und mit diesem einen Lautsprecher den ganzen Frequenzbereich ohne negative Einflüsse übertragen könnte. Da käme eigentlich nur ein Jonenlautsprecher in Frage. Bei diesem wird mit Hochfrequenz und Hochspannung eine Jonisierung der Luft erreicht. Die Luft ist also leitend. Und die zugeführte Energie heizt die Luft auf. Führt man mehr Energie zu, steigt die Temperatur und die Luft dehnt sich mehr aus. Mit der gesteuerten Energie kann man also die Luftausdehnung verändern, was eine Luftbewegung zur Folge hat. Tatsächlich funktionieren solche Lautsprecher, aber nur als Hochtöner, weil da geringe Luftmengen schnell bewegt werden müssen.

Bei tiefen Tönen haben wir zwar Zeit bis zum abwinken, aber es gibt grosse Luftmengen, die bewegt werden müssen. Wenn wir es beim Hochtöner mit einer Flamme schaffen, so müssten wir für 20Hz knapp 50'000 solcher Flammen vereinigen. Dies würde aber eine reine Netzleistung von gegen 1MW (1 Million Watt) bedeuten. Dass dies unangenehm warm würde versteht sich genau so, wie dass es teuer und tödlich wäre, weil das entstehende Ozon ein Giftgas ist.

Wenn wir aber einen konventionellen Breitbandlautsprecher verwenden, so haben wir entweder ein Monstrum aus vielen einzelnen kleinen Lautsprechern

(immerhin noch etwa 130 Stück dieses kleinen 5,6cm Dings) und immer noch keinen Bass, aber mit sonst vernünftigen Daten, oder wir verwenden wieder sowas

mit einem nicht ganz hifitauglichen Frequenzgang, mit Membranresonanzen und schlicht all dem, was wir eigentlich nicht möchten.

Die Alternative ist eine Mehrwegbox. Und da haben wir das Problem mit der Aufteilung. Jede Trennung führt zu einer Signal-Integrierung oder –Differenzierung. Das Intergral oder Differential eines Sinus ergibt wieder einen Sinus, nur mit veränderter Phasenlage. Das bedeutet, dass die Sinussignale je nach Weiche (bei 12dB) gegenphasig abgestrahlt werden und sich daher aufheben. Um dies auszugleichen schliesst man den Mitteltöner verpolt an, damit sich diese Aufhebung „aufhebt“.
Verwendet man aber als Testsignal keinen Sinus unterschiedlicher (variabler) Frequenz, sondern etwa einen Spannungssprung, kommt etwas in dem Sinne raus:

Der erste steile Anstieg ist der Hochtöner, der sofort reagiert. Daran schliesst sich der Mitteltöner an, der nun aber verkehrt rum angeschlossen ist, sodass es einen negativen Verlauf gibt und erst danach kommt wieder der richtige Verlauf des Tieftöners.
Das bedeutet nichts anderes, als dass hier zugunsten einer schönen Messkurve die Impulsform auf der Strecke geblieben ist.

Verwenden wir hingegen Filter mit geringerer Steilheit (6dB), so sind die Phasendrehungen entsprechend geringer, sodass es schlimmstenfalls zu einer leichten Dämpfung kommt, nicht aber zu einer Auslöschung. Damit ist es nicht nötig, die Lautsprecher gegenphasig anzuschliessen und damit entfällt auch das Problem der Impulsverformung. Dadurch, dass bei einem Sinus der eine Lautsprecher eine um 45 Grad voreilende, der andere eine 45 Grad nacheilende Phasenlage zeigt, ist die Summe Null. Dies allein ist aber noch nicht der Weisheit letzter Schluss.
Tatsache ist, dass wie im ersten Teil erwähnt, Phasenprobleme im Tieftonbereich um 300Hz und im Hochtonbereich ab 5kHz kaum mehr registriert werden, weil sie in der Praxis zur Ortung nicht mehr taugen. Das bedeutet, dass wir gut daran tun, die Trennung an diesen Punkten „festzumachen“. Wenn jetzt noch Phasenprobleme vorhanden sind, so wirken sie sich noch weniger aus.

Fazit:
Wir sollten uns bemühen, die Phasenproblematik zu beachten, ohne die anderen wichtigen Kriterien aus den Augen zu verlieren. Es hat sich nämlich gezeigt, dass Lautsprecher mit möglichst korrekter Impulsabbildung eine maximale Instrumenten-Auflösung ermöglichen, wenn es die Aufnahme zulässt. So ist bei einer solchen Wiedergabe der typische Klang der Instrumente zu vernehmen, was bei anderen Konstruktionen mit schlechtem Phasenverhalten fast nicht der Fall ist. Eine gute Konstruktion ist daher vom Original kaum zu unterscheiden und dies hat nichts mit dem gemessenen Frequenzgang oder dem Klirr zu tun. Unterschiedliche Lautsprecher mit identisch-linearem Frequenzgang klingen daher sehr unterschiedlich.

Kapitel IV

In den bisherigen Kapiteln haben wir gesehen, wie das Ohr (vermutlich) funktioniert und was es folglich zu beachten gilt. Weiter sind die Problematiken am Lautsprecher selbst und vor allem an der Weiche erwähnt worden. Nun gilt es, dies alles umzusetzen

Als erstes brauchen wir einen Tieftöner und ein passendes Lautsprechergehäuse. Da kann man sich natürlich für verschiedene Konstruktionen entscheiden. Sicher ist, dass die Gehäuse mit einem Berechnungs- und Simulationsprogramm berechnet werden sollen. So, wie man vor 30 Jahren einfach jedem Chassisdurchmesser ein „geeignetes“ Volumen zugeordnet hat, so wird das nichts.

Wenn wir also einen Lautsprecher haben, müssen wir das Gehäuse berechnen. Nun gibt es so Faustformeln, nach denen bestimmte Parameter (Qts) bestimmen, ob ein Lautsprecher für Schallwände, geschlossene Gehäuse, Bassreflex oder Horn geeignet sind. Man kann diese Angaben als Anhaltspunkte nehmen, man kann aber auch einfach mal alle Daten im Simu-Programm (z.B: BassCad) eingeben und schauen, was das Programm vorschlägt. Da sieht man schnell, dass es bestimmte Zusammenhänge gibt. Die Güte Q ist genau so bestimmend wie die Resonanzfrequenz und das Äquivalentvolumen Vas. Es kommen also bei einem bestimmten Lautsprecher bestimmte Gehäusevolumen heraus. Oder es ergeben sich unmöglich lange Bassreflexrohre, die nicht praxistauglich sind (maximal etwa 50cm!!). Und weiter zeigen sich die Grenzfrequenzen mit den unterschiedlichen Gehäusearten.

Gehäusearten
Und an dieser Stelle noch einige Gedanken zu den Gehäusen im Allgemeinen:
Ein ideales Gehäuse hinterlässt keine negativen „Klangspuren“, es verfälscht also nicht. Ein ideales Gehäuse ist z.B. die unendliche Schallwand mit tatsächlich unendlicher Seitenlänge und damit auch unendlichem rückseitigem Volumen.
Nun gibt es aber ein Kriterium: Das System Lautsprecher mit Gehäuse sollte eine Güte von etwa 0,7 haben. Dies garantiert die tiefstmögliche Grenzfrequenz mit dem linearst möglichen Verlauf. Es gibt aber Chassis mit einer Güte von gegen 0,8 wie solche mit 0,2. Und das Gehäuse hat eine eigene Güte, welche mit jener des Chassis zusammen spielt und somit die Systemgüte ergibt.
Hat das Chassis eine Güte von 0,2, so muss die Güte des Gehäuses gross sein, um total 0,7 zu erreichen. Ist die Güte des Chassis bei 0,6, so darf die Gehäusegüte nur klein sein, um die 0,7 zu erreichen und ist die Chassisgüte über 0,7, so gibt es kein Gehäuse mehr, nicht mal eine offene Schallwand, die eine vernünftige Kombination zulässt. Dies zum einen.
Und die Güte des Gehäuses variiert mit dessen Grösse. Ein grosses Gehäuse hat eine kleine Güte, ein kleines Gehäuse eine grosse Güte. Wenn wir also einen beliebigen Lautsprecher wählen und seine TSP (Thiele-Small-Parameter) im Simu-Programm eingeben, so kommen zumindest ein geschlossenes Gehäuse und eine Bassreflexbox heraus mit unterschiedlichen Dimensionen und unterschiedlichen Grenzfrequenzen.

Ich habe schon die unendlich grosse Schallwand erwähnt, die eigentlich „keine“ Güte hat, sodass das Chassis eine solche von 0,7 haben sollte. Und diese unendliche Schallwand verhindert den akustischen Kurzschluss, es kommt also nicht zu einem Druckausgleich zwischen Vorder- und Rückseite.
Es gibt aber auch geschlosse Gehäuse, welche diesen Kurzschluss verhindern, welche aber sehr wohl eine Güte haben, da sich aus dem Lautsprecher und der Federhärte des Luft-Volumens ein schwingungsfähiges Ding bildet. Und es ist auch klar, dass diese Feder zusammen mit der Rückstellfeder des Lautsprechers dessen Eigenresonanz nach oben treibt. Eine wirkungsvolle Schallabstrahlung unterhalb der Eigenresonanz ist nicht möglich. Daher ist die Grenzfrequenz einer geschlossenen Box IMMER höher als die Resonanzfrequenz des verwendeten Chassis.
Dies hat nichts mit dem “Übertragungsbereich“ zu tun, den Hersteller so gern bemühen und der mt der Praxis nichts mehr zu tun hat. Man könnte dies so umschreiben: Das Ende des Übertragungsbereiches ist dort, wo nichts mehr kommt. Wenn also bei einer durchschnittlichen geschlossenen Box die Grenzfrequenz (-3dB) z.B. bei 80Hz liegt, so wird als Übertragungsbereich gerne 35Hz angegeben. Da kommt nämlich nichts mehr. Und man könnte auch 25Hz hinschreiben, denn weniger als nichts kann ja nicht kommen. Wir reden aber immer vom –3dB-Punkt, weil nur dies eine definierte Sache ist.

Im Vergleich zur geschlossenen Box ist bei einer Bassreflex eine Abstimmung unterhalb der Lautsprecher-Eigenresonanz möglich. Das Simu-Programm bietet dies sehr oft an. Es ist aber durchaus möglich, dass eine Wiedergabe in dem Bereich mit einer höheren Gehäusegüte erkauft wird und die damit einen welligeren Frequenzgang haben kann. Dann ist der gezeigte Verlauf nur noch theoretisch, nicht aber praktisch erreichbar. Wenn also ein Lautsprecher in einer Bassreflexbox deutlich tiefer geht als die Freiluft-Resonanz vorgibt, so ist Vorsicht geboten.

Beim obigen Chassis kommt in einem 140 Liter Bassreflexgehäuse eine gerechnete Grenzfrequenz von 23Hz zustande, obwohl das Chassis nur gerade 34Hz aufweist. Ob dies nun realistisch ist und linear, bleibt eine offene Frage. Tatsache ist, dass man dieses Verhalten besonders bei Chassis mit einer hohen Qts-Zahl findet. Von da her könnte man also der Aussage schon Gewicht beimessen, dass Lautsprecher mit einem Qts von grösser 0,45 nicht mehr unbedingt bassreflextauglich sind. Dies soll uns aber im Moment noch nicht sonderlich beschäftigen.

Neben den Bassreflex- und geschlossenen Boxen gibt es wie erwähnt die Hörner und die Transmission-Line (TML). Beim Horn ist die äussere Öffnung gross und der „Mund“ (beim Chassis) klein, bei der TML ist es genau umgekehrt. Bei beiden gibt es ein festes Verhältnis zwischen Rohrlänge und Grenzfreuenz, wobei beim Horn noch ein festes Verhältnis zwischen Rohrlänge und Öffnungsfläche besteht.

Eine geschlossene Box zu berechnen ist keine Hexerei. Da sind die TSP des Lautsprechers massgebend und allenfalls der Drahtwiderstand der Frequenzweiche und der Kabel sowie die Bedämpfung der Box.
Eine Bassreflex ist etwas komplizierter, weil man die Vorgaben des Simu-Programms noch etwas abwandeln kann. Hier als Beispiel ein Chassis, das von BassCad wie folgt simuliert wurde:

Man sieht, dass man den Bassverlauf noch etwas verbessern könnte, wie dies in der korrigierten Version geschehen ist:

Und hier wird nun noch die Weiche eingefügt, sodass sich die Rechnung nochmals verändert:

Jetzt könnte man noch eine Bedämpfung hinzufügen, nur ist dies im Programm nicht eigentlich vorgesehen. Dazu kann man aber das Programm überlisten. Wenn ich ja einen positiven Widerstand einfüge wie im obigen Bild, so wird im Grunde die elektrische Güte verschlechtert, also die Bedämpfung durch den Verstärker reduziert. Ich brauche also ein grösseres Gehäuse.
Wenn ich die Box aber mit Dämmstoff bedämpfe, so ist das, wie wenn ich den Einfluss des Verstärkers vergrössern könnte oder wie wenn ich einen negativen Widerstand einsetzen könnte.

Hier sieht man wiederum eine nicht optimale Kurve. Dies, weil ich das Gehäusevolumen von vorhin übernommen, aber den negativen Ri eingesetzt habe.

Hier haben wir nun das, was das Programm selbst rechnet und es ist ersichtlich, dass der Verlauf gleich ist wie bei der Simu ohne Widerstände und ohne Korrektur, einzig ist jetzt die Grenzfrequenz höher und das Gehäuse kleiner.
Und man sieht, dass ich hier einen negativen Widerstand von 0,5 Ohm eingefügt habe, während ich bei der dritten Grafik die Widerstände der Weiche mit Plus 0,5 Ohm eingesetzt hatte. Dort musste das Volumen zunehmen, hier abnehmen.
Wenn ich also die beiden Grafiken vergleiche, so muss ich (richtigerweise) annehmen, dass ich mit einer leichten Bedämpfung den Nachteil der Weichenwiderstände ausgleichen kann und somit den Punkt erreiche, den ich in der optimierten Version (2. Grafik) erreicht hatte.

Jetzt könnte man natürlich sagen, der Lautsprecher sei nicht wirklich linear und somit sei die Simu nichts wert. Tatsache ist aber, dass sich Lautsprecher im Bassbereich bei einem optimalen Gehäuse fast optimal verhalten. Ausserdem ist die Empfindlichkeit des Ohres auf Frequenzgangfehler nicht bei allen Frequenzen gleich. Dies hat nichts mit der bekannten Empfindlichkeitskurve (Fletcher-Munson) zu tun.

Wie am Anfang erwähnt ist ja die „Empfindlichkeit“ für Phasenfehler auch nicht bei allen Frequenzen gleich hoch. So sind solche Fehler nicht wirklich auffällig.

Das war jetzt ein Abstecher in die Simulation, dabei waren wir noch bei den Gehäusen.
Die Rede war von Hörnern (unter anderem) und dass es da feste Verhältnisse von Länge und Hornöffnung gebe. Wenn man ein Hornprogramm bemüht so stellt man fest, dass die Hornöffnung die untere Grenzfrequenz bestimmt. Das bedeutet, dass Basshörner gross werden.

Beim Horn findet eine Drucktransformation statt. Die Lautsprechermembran muss einen viel höheren Luftdruck liefern (liefern können), dafür aber nur eine geringe bewegte Luftmenge. Das Horn transformiert dies in eine grosse bewegte Luftmenge (dank der grossen Hornöffnung) bei kleinem Druck.
Der Vorteil des Horns ist, dass einmal der Lautsprecher besser an die Umgebungsluft angepasst wird und dass andererseits die Membranauslenkung reduziert wird. Die bessere Anpassung steigert den Wirkungsgrad. Man könnte sagen, dass der Lautsprecher so laut spielt, wie wenn er die Membranfläche der Horn-Öffnungsfläche hätte.
Und durch den höheren Druck am Lautsprecher wird die Membranoberfläche stärker bedämpft. Resonanzen an oder in der Membran können sich weit weniger auswirken. Allerdings haben Hörner selbst Resonanzen. Dies zum einen bei ungleichen Dimensionen (gewickelte Hörner mit ihren ungleichen Längen innen und aussen am Wickel), andererseits aber besonders bei gefalteten Hörnern durch die entstehenden Störstellen.
Und ist die Hornöffnung zu klein, so funktioniert die Drucktransformation nicht mehr. Unterhalb der Horn-Grenzfrequenz läuft der Lautsprecher als Schallwand oder bestenfalls als Basreflexbox mit entsprechend grossen Luftbewegungen (und Auslenkungen) der Membran. Nun sind aber richtige Horn-Chassis nicht für grosse Membranauslenkungen gebaut, sodass sich da gewaltige Nachteile auftun...

Ein Horn zu bauen, das nicht „trötig“ klingt ist recht schwierig. Ich weiss, dass Hörner von einigen verehrt werden, ich habe aber noch nie etwas gehört, das mich uneingeschränkt überzeugt hat. Darum werde ich keine Horn-Bauvorschläge veröffentlichen.

Wie erwähnt gibt es das Gegenstück, die TML. Hier bildet das Rohr eine Umwegleitung und lässt damit den rückwärtigen Schall phasenrichtig mit dem Frontschall zusammentreffen. Das Problem ist allerdings, dass dies nicht bei allen Frequenzen stimmt. Richtigerweise gibt es eine tiefe Frequenz und nacher im Abstand Auslöschungen und Unterstützungen. Damit bekommt eine TML im Bass eine deutliche Welligkeit, die zumindest messtechnisch nicht gerade schön ist. Es ist im Grunde kein Problem, eine TML zu berechnen. Das Problem ist, dass diese Welligkeit hörbar sein kann. Und wenn man sie bekämpfen will, so kommt man nicht um Dämpfungsmaterial herum. Nur, welches und wo und wie viel, das ist die Kunst. Und die Bedämpfung hat Einfluss auf die „rechnerische“ Dimension des Rohrs, sodass man nicht das erreicht, was man erreichen wollte. Eine gute TML ist entweder hohe Wissenschaft oder basteln. Wie es wissenschaftlich geht, ist eigentlich weitgehend bekannt. Aber wie man das dann umsetzt und wie man das Ziel erreicht ist weitgehend Zufall. Jedenfalls würde ich mich nicht an eine TML wagen, wenn ich ein ähnliches Ergebnis sicherer und leichter erreichen kann.

Zu erwähnen ist noch, dass man der Bassreflex nachsagt, sie sei langsam. Prinzipiell ist dies richtig, denn das System Bassreflex ist ein schwingfähiges System, das seine Zeit zum Einschwingen benötigt.
NUR
Eine geschlossene Box ist genau so ein schwingfähiges Gebilde und benötigt auch seine Zeit. Nur dank dessen, dass es schwingfähig ist kann es die Güte-Zahl des Systems (Chassis und Gehäuse) auf die geforderten 0,7 bringen.
Und noch etwas: Bassinstrumente entwickeln ihre Energie im Grundton nicht aus dem Stand. Eine Bassgitarre hat ihren Einschwingvorgang, der sie eindeutig von einem gestrichenen Bass oder einer Kirchenorgel unterscheidet. Der reine Grundton wäre kaum anders, aber das Einschwingen sieht anders aus und klingt anders. Dieses Einschwingen ist aber eine Sache der Obertöne und diese werden vom Bassreflexrohr nicht mehr übertragen. Wenn wir eine BR-Box haben mit einer Grenzfrequenz von 30Hz, so werden diese 30Hz über das Rohr abgestrahlt, während 40Hz schon etwa hälftig aus dem Rohr und dem Lautsprecher stammen. Ab etwa 50Hz ist am Rohr weitgehend Schluss. Und damit auch die ganze Frage der Einschwingerei der Box. Ab da ist NUR noch das Chassis zuständig, genau wie in der geschlossenen Box. Und wenn der Tieftöner bis 300Hz geht, so hat er eine definierte Geschwindigkeit (pro Watt), die auch ein sogenannt schneller Bass nicht überbieten kann, wenn er auch nur bis 300Hz arbeitet.


Fazit:
Eigentlich haben wir jetzt alle theoretischen Grundlagen kennengelernt, die für eine Boxenkonstruktion massgebend sind. Wir haben gesehen, dass vieles behauptet wird, das nicht stimmt oder zumindest nicht massgebend ist, dass andererseits vieles nicht beachtet wird, das entscheidenden Einfluss auf den Klang der Box hat und vor allem auf die musikalische Auflösung eines Orchesters. Da bleibt eigentlich nur noch das letzte Kapitel, nämlich der Bauvorschlag. Dieser wird nicht hier im Wissen veröffentlicht, sondern im DIY, allerdings mit einem Link zu diesem Thema, weil es ja quasi die Fortsetzung ist...
( http://www.hifi-foru...um_id=267&thread=129 )
Bleibt noch nachzutragen, dass natürlich das Gehäuse (wie angetönt) mit dem Simu-Programm berechnet wird, ebenso das Bassreflexrohr und dass dessen Öffnungsfläche gross genug sein muss, damit keine Strömungsgeräusche entstehen. Dies lässt sich ebenfalls mit BassCad berechnen.

Weiter ist noch anzumerken, dass es beim Bau einer Box in Abhängigkeit der Schallwandgrösse zum sog. Baffle-Step kommt. Bei einer grossen Schallwand strahlt nämlich der Lautsprecher (bis zu einer Untergrenze) „halbkugelförmig“ ab, darunter kugelförmig. Und logischerweise führt die Halbkugel-Abstrahlung zu einem höheren Schalldruck im vorderen Bereich, zu einem geringeren aber seitlich und vor allem hinter der Box.
Diesen Effekt kann man berücksichtigen. Allerdings ist zu beachten, dass der Direktschall der Box davon nicht wirklich betroffen ist, sondern dass es sich hauptsächlich auf den Reflexionsschall auswirkt, der entsprechend schwächer wird.
Ausserdem beeinflusst dies den Strahlungswiderstand und über diesen den Kennschalldruck. Dies aber auch nur in relativ geringem Masse. Und letztlich ist die Auswirkung im Einschwingbereich sehr gering.
Das bedeutet, dass dieser Bafflestep oft überbewertet wird und auf den tatsächlichen Klang und die Eigenschaften der Box einen sehr geringen Einfluss hat. Ausserdem ist die Wirkung nicht aprupt, sondern allmählich. Die Beeinflussung des Frequenzgangs ist also „fliessend“, was die Klangfärbung weitgehend verschwinden lässt.

Vielen Dank für diesen hervorragenden Beitrag!
Deine ausführlichen Erklärungen haben hier schon richtig gefehlt.


Gruß
Haakon

Das Thema Lautsprecher ist eigentlich recht gut dokumentiert, wie ich meine. Aber es gibt einiges, das noch nicht abschliessend behandelt wurde.
Wenn ich eine Lautsprecherbox bauen will, so muss ich darauf achten, dass der Frequenzgang eben ist. Und ich muss auf eine saubere, unverfälschte Impulswiedergabe achten. Letzteres erreiche ich zumindest teilweise, wenn ich eine Weiche einsetze, die wenig Phasendrehungen verursacht.
Um einen ebenen Frequenzgang zu erreichen muss ich aber Lautsprecher verwenden, die von sich aus schon einen ebenen Frequenzgang haben. Hier mal ein Vergleich:

Die beiden Diagramme wurden so angepasst, dass bei beiden die Frequenzen übereinander stehen und dass der selbe Frequenzgangfehler auch die selbe Kurvenauslenkung ergibt. Im oberen ist der Nutzbereich durch die grünen Linien markiert welche einen Bereich von etwa +/- 2dB darstellen, während der untere Lautsprecher einen Bereich von total 19dB umfasst. Natürlich kann man mit Filtern die generelle Tendenz, also die Höhenbetonung ab etwa 3kHz etwas mildern. Nur ergibt eine nötige Beeinflussung auch wieder Impulsverfälschungen. Und wie eingangs des Berichtes erklärt entstehen solche Fehler aus Teilresonanzen der Membran, mit ihrem eigenen Ein- und Ausschwingverhalten. Dieses müsste ja genau nachgebildet werden, was in der Praxis zumindest mit Spulen und Kondensatoren nicht möglich ist.
Uns interessiert aber nicht nur der Bereich im blauen Rechteck, denn es ist ja nicht sinnvoll möglich, die Grenzen im Frequenzbereich hart und schlagartig zu ziehen. Der obere Lautsprecher wird sicher Töne bis 10kHz wiedergeben müssen, wenn auch etwas abgeschwächt. Und im Bass geht es auch bis 150Hz runter, auch wieder gedämpft. Das bedeutet, dass Fehler, die der Lautsprecher in diesen Randbereichen vollführt, immer noch hörbar wären.
Betrachten wir nochmals den unteren Lautsprecher, so sehen wir, dass dieser mit steigender Frequenz nur noch schlimmer wird. Und wie bereits erwähnt kann sich so ein Frequenzgang in der Impedanzkurve niederschlagen, muss aber nicht. In dem Moment, wo eine Membran Bewegungen ausführt, die einer Wippe gleichen (quer zur Membran oder als Sektoren des Kreises) muss dies keine Schwingspulenbewegung zur Folge haben und damit entzieht sich diese Berwegung der elektrischen Bedämpfung. Man sollte daher, wenn schon eine Korrektur nötig werden sollte, diese möglichst von der Weichenfunktion trennen und als gesonderte Einheit aufbauen. Aber auch dann ist man nicht vor "Verquickungen" gefeit.

Hier einfach mal zwei Sperrkreise, wie sie bei Breitbandlautsprechern gern eingesetzt werden. Man geht davon aus, dass es da zwei bestimmende Frequenzen gibt, die aus je einer Spule mit dem zugehörigen Kondensator gebildet wird. Also Frequenz X bei den linken Bauteilen und Frequenz Y bei den rechten.
Wenn wir uns aber mal die Entzerrschaltung bei einem Plattenspieler-Vorverstärker anschauen, dann haben wir zwar keine Spulen (die schwarzen Dinger könnten wir ausradieren), aber wir haben genau so zwei Widerstände und zwei Kondensatoren. Und daraus bilden wir DREI festgelegte Frequenzen (oder Zeitkonstanten, was unter Berücksichtigung einer festen Umrechnung das Selbe ergibt). Also werden wir auch bei diesem Konstrukt mehr als nur zwei Frequenzen haben, nämlich deren 4. Jede Spule reagiert mit jedem Kondensator, allerdings einmal als Sperrkreis und einmal als "Saugkreis" wobei dieser in Serieschaltung eine andere Funktion bekommt, indem er alles sperrt, ausser dem vorgesehenen Band.
Nun gibt es zur Berechnung einer Weiche bekannte Programme. Da sind die Werte der Lautsprecherimpedanz, jene der Spulengrösse und jene des Kondensatorwertes massgebend. Daraus ergibt sich dann die Trennfrequenz.
Aber das ist nicht so ganz ohne. Wenn man sich eine Weiche höherer Ordnung, etwa bei einem Hochtöner anschaut,

so ist da ein Kondensator in der Leitung und eine Spule parallel zum Lautsprecher. Lassen wir den Lautsprecher weg, so haben wir einen Serieschwingkreis, welcher auf dem Lautsprecherausgang hängt und diesen kurzschliesst. Der Kurzschluss tritt aber nur bei der Resonanzfrequenz auf, kann da aber recht massiv ausfallen mit einem Wert von 0,1 Ohm oder so ähnlich.
Ist der Lautsprecher da, so verringert er mit seinem Widerstand die Güte des Schwingkreises und damit die Wirkung des Kurzschlusses.
Jetzt ist aber zu beachten, dass der Lautsprecher nicht einfach einen festen Widerstand darstellt, sondern dass dieser frequenzabhängig ist. Und je höher die Lautsprecherimpedanz wird (sich vom angenommenen Wert entfernt), desto stärker wird der Schwingkreis zum Kurzschluss. Wenn man also sowas baut, macht es Sinn, die Sache zu berechnen unter den tatsächlichen Bedingungen.

Wenn wir uns nochmals die Lautsprecherkurven anschauen und uns mal auf die obere konzentrieren, so haben wir da den Impedanzverlauf mit der Ohm-Angabe (rechts). Da sehen wir, dass diese Impedanz erst ansteigt, dann bei der Eigenresonanz des Lautsprechers ein Maximum erreicht, danach abfällt und allmählich wieder ansteigt. Uns interessieren bei diesem Mitteltöner zwei Punkte, nämlich jener bei der unteren Trennung (300Hz) und jener bei der oberen (5kHz). Und wir sehen, dass wir unten mit einer Impedanz von etwa 7,5 Ohm rechnen können, oben aber mit rund 13 Ohm. Und wenn wir nun die Weiche berechnen, so müssen wir auch tatsächlich diese Werte einsetzen.
Nun hört man immer wieder den Unsinn, eine Lautsprecherweiche lasse sich nicht berechnen. Erstens ist dies dann Unfug, wenn es sich um einen Lautsprecher handelt wie etwa den oberen der beiden. Da haben wir keine Frequenzgangkorrektur nötig und da gibt es (zumindest bei diesem Hersteller) verlässliche Angaben betreffend Impedanz- und Frequenzverlauf. Und da dieses Chassis in der Beziehung sehr gutmütig ist, können wir eine Weiche mit 6dB Steilheit, also einem Kondensator zur Abtrennung der Tiefen und einer Spule zur Abtrennung der Höhen verwenden (im Gegensatz zur gezeigten Hochtönerweiche mit 12dB Steilheit).
Wenn wir das konkret rechnen, so haben wir für die Spuleder 6dB-Weiche diese Formel: L=(160xZ):F und für den Kondensator diese: C=160'000:(FxZ)
L ist dabei die Spulen-Induktivität (in mH), C die Kondensatorkapazität (inyF), Z die Impedanz in Ohm und F die Frequenz in Hz. Das ergäbe konkret eine Spule (für 5kHz) von 0,42mH und einen Kondensator von 71,1yF für die 300Hz. Man wird logischerweise die nächst passenden Werte wie 0.39mH und 68yF verwenden. Das ergibt dann tatsächliche Trennwerte von 313.5Hz und 5300Hz. Geht man von einer Bauteiltoleranz von 10% aus, so ist die Abweichung eigentlich kein Thema. Ausserdem hängt die Impedanz des Lautsprechers noch ein Stück weit von der Bedämpfung der Box ab und diese nicht zuletzt von deren Aufstellung. Wenn also bisweilen die Bauteile auf 0,5% genau ausgemessen werden, so müsste die Berechnung auf Messdaten basieren, welche an der fertigen und endgültig platzierten Box ermittelt wurden. Und es dürfte dann im Raum nichts mehr verändert werden.
Und gleich noch etwas zur Trennfrequenz, zur Phasendrehung und zur Steilheit:
Die angestrebte (und berechnete) Weiche soll eine Steilheit von 6dB pro Oktave haben. Dies erreicht man mit einem Kondensator oder einer Spule. Und so eine Weiche führt im eingeschwungenen Zustand zu einer Phasendrehung zwischen null und 90 Grad (frequenzabhängig), bei der berechneten Grenzfrequenz zu 45 Grad. Diese 45 Grad lassen den Sinus so erscheinen, als wäre er einmal voreilend (Hochton) und einmal nacheilend (Tiefton). An der Grenze ergibt sich somit eine Phasenabweichung der beiden Lautsprecher von 90 Grad. In diesem Bereich spielen beide Lautsprecher und damit addieren sich die Schallanteile.
Eine Addition von 2x 1 ergibt 2. Wären also beide Lautsprecher mit voller Leistung beteiligt und es gäbe kein Phasenproblem, so wäre die Leistungssumme 2 und somit würde dieser Trennbereich lauter wiedergegeben als geplant. Die Trennung erfolgt aber berechnet mit einem Pegel mit 3dB Abfall. Dies entspricht der halben Leistung. Oder anders rum: Bei der Trennfrequenz werden beide Lautsprecher nur mit halber Leistung angesteuert, ergäbe zusammen 1 ("Nennleistung") und damit würde der Lautstärkepegel stimmen.
Was an dieser Rechnung noch fehlt ist der Phaseneinfluss. Wenn wir zwei um 90 Grad verschobene Signale mit Leistung 1 addieren, so kommt wieder ein Signal mit durchschnittlicher Phase (je 45 Grad verschoben gegenüber dem jeweils anderen Signal) und Pegel 1 heraus. Durch die 3dB-Absenkung bei der Trennfrequenz kommt es (dies gilt nur im eingeschwungenen Zustand) zu einem Pegeleinbruch um 3dB als Folge der Phasendrehungen. Bei der Impulswiedergabe ist dieser Einbruch aber weniger festzustellen. Und je nach Einbauposition der Lautsprecher ergeben sich Laufzeitdifferenzen (der Hochtöner ist meist weiter vorne eingebaut als der Mittel- oder Tieftöner), welche ebenfalls Phasenfehler verursachen. In der Praxis wird man daher die Trennungen allenfalls (300Hz und 5kHz) so legen, dass sie sich knapp überlappen, also Mittel- zu Hochtöner: Mitteltöner berechnet auf 5500Hz, Hochtöner berechnet auf 5000Hz.
Wie gesagt hat die Einbautiefe einen Einfluss auf die Summenbildung, da sich ja Laufzeiten bilden. Dies ist oft auch bei D'Appolito-Anordnungen (zwei Mitteltöner und ein zentraler Hochtöner) das Problem.

Da müsste der Einbau ebenfalls kompensiert sein. Aber es spielt auch eine Rolle, wenn die Box geneigt wird. Dies hat mit Sicherheit Einfluss auf die Distanz Ohr zu Hoch- oder Mitteltöner. Und demenstprechend ändern sich die Summenbildungen. So ein Fehler wird aber in der Praxis kaum wahrgenommen, wenn er nicht zu gross ist.
Ob man also in der Praxis die Trennung auf eine Frequenz berechnet oder um 10% unterschiedlich wählt ist mehr Zufall als gewollt und nicht wirklich von Bedeutung. Und geht man wie schon erwähnt von Bauteiltoleranzen aus, so kann die Trennung kaum dort erfolgen, wo man sie hin berechnet hat.
Man muss alles in allem mit gewissen Restfehlern leben, die sich nie ganz vermeiden lassen. Und man kann rechnen wie man will, es lassen sich nie wirklich alle wirksamen Einflüsse einschliessen. Andererseits kann man auch Hörsitzungen veranstalten und so versuchen, eine Annäherung ans Ideal zu erreichen. Nur hängt das Ergebnis stark vom gewählten Musikprogramm ab. Ist die Musik stark impulshaft (was oft als lebendig und dynamisch bezeichnet wird), so sind messbare Frequenzgangfehler (im eingeschwungenen Zustand) und Raumeinflüsse zweitrangig. Handelt es sich bei den Musikbeispielen aber um eher ausgehaltene Töne (langsame, getragene Stücke), so ist der Einschwingvorgang zweitrangig, dafür aber der Frequenzgang und der Raum wesentlich.
Wenn also Musik im getragenen Stil bevorzugt wird, so wird man automatisch so einem Lautsprecher den Vorzug geben, der dies besser reproduziert. Liebt man das dynamische, lebendige so sind impulstreue Boxen im Vorteil. Das Ideal ist natürlich eine Box, die beides kann und dies ist keinesfalls unmöglich. Verwendet man Lautsprecher wie den oberen Mitteltöner, so stimmt der Frequenzgang und damit ist der ausgehaltene Ton ideal möglich. Ist der Übertragungsbereich frei von Resonanzen und lässt er eine Trennung mit nur 6dB Weichensteilheit zu, so kann die Weiche berechnet werden und es sind keine zusätzlichen Korrekturen nötig. Und damit vermeidet man unnötige Probleme mit dem Verstärker und unsinnige Impulsverformungen.
Fazit: Wenn man berechnet und denkt, vermeidet man z.B. derartige Missgriffe:

Dies hätte eigentlich ein Tiefpass für einen Tieftöner werden sollen.

Aus mir unerklärlichen Gründen wurde die Spule mit einem Kondensator überbrückt. Möglicherweise wollte man damit eine Resonanz des Tieftöners (bei etwa 1,5kHz) bekämpfen. Dass man damit aber eine Kapazität von rund 3,1 Mikrofarad parallel auf den Verstärkerausgang geklemmt hat, ist dem Erbauer nicht aufgefallen. Bei 20kHz stellt dies eine zusätzliche Last von etwa 2,5 Ohm dar, sodass es für den Verstärker schon ungemütlich werden kann. Und da solche kapazitiven Lasten bei Verstärkern gerne zum Schwingen führen könnte dies letztlich auch den Hochtöner beschädigen.
Gut, das hätte sich mit einer Berechnung nicht vermeiden lassen, denn ein Berechnungsprogramm ist vor derartigen Denkungsfehlern nicht gefeit. Es geht schlicht nicht davon aus. Es wäre aber nicht passiert, wenn man sich die Verhältnisse mal verdeutlicht hätte.

Bei diesem Tieftöner ist keine Problemzone im Bereich von 1,5kHz zu erkennen. Damit wäre ein Sperrkreis in dem Bereich nicht nötig. Und wenn er in der Praxis hörbare Auswirkungen hätte haben können, so wäre es mehr der Hochtonlast zuzurechnen als der eigentlichen Sperrkreiswirkung, denn die Trennung war ja auf rund 335Hz festgelegt. Da ist eine Frequenz von 1,5kHz schon um etwa 20dB abgesenkt und damit kaum mehr wahrnehmbar. Genau so habe ich kürzlich eine Weiche gesehen, bei welcher die Kondensatoren aus mehreren unterschiedlichen Dingern zusammengesetzt waren.
Es ist richtig, dass man solche Parallelkondensatoren in Hochfrequenzschaltungen anwendet, etwa zur Beruhigung der Speisung bei Digitalkomponenten, wo Frequenzen von bis zu 5GHz im Spiel sind. Da macht es Sinn, an jedem Baustein eine Kapazität anzubringen, denn die Speise- und Massezuleitungen stellen mit ihrer zwangsläufigen Induktivität einen massiven Widerstand dar.
Wenn ich mir aber übliche Kondensatoren anschaue, so haben diese drei Verlustwiderstände: Der eine ist die Induktivität, welche durch die Zuleitungen gebildet ist. Diese liegt in Reihe mit dem eigentlichen Kondensator und führt (in Abhängigkeit der Kapazität) zu einer Serieresonanz und darüber zu einem Impedanzanstieg, was entgegen dem Verhalten eines normalen Kondensators ist. Diese Serieresonanz liegt aber typischerweise über 100kHz und ist daher im Audiobereich uninteressant.
Der zweite Verlust bildet sich aus internen Widerständen, die ebenfalls in Serie zum Kondensator liegen. Diese sind aber wiederum in einem Bereich, der allenfalls einen Pegelabfall von < 0,01dB erzeugen könnte.
Und der dritte Widerstand liegt parallel zum Kondensator und hat einen Wert von einigen 100k, was also ebenfalls uninteressant ist. Schaltet man nun einen hochwertigenKondensator mit geringeren prozentualen Verlusten parallel, so beruhigt dies das Gewissen, nicht aber die Schaltung. Denn die höhere Qualität misst sich am Kapazitätswert. Wenn also der Lautsprecher 7 Ohm hat, der Parallelkondensator einen kapazitiven Widerstand von 70 Ohm und der zu beeinflussende Verlustwiderstand einen Wert von 0,05 Ohm aufweist, so kann man sich die Verhältnisse etwa ausrechnen: Der hochwertige Kondensator alleine hat keinen Einfluss auf den Ton, denn er liesse ein um 20dB abgeschwächtes Signal an den Hochöner. Oder wenn wir den normalen Kondensator dazu rechnen, so würde sich mit dem Parallelding die Geschichte etwa um 1dB verändern, dies aber hauptsächlich als Folge der Kaspazitätsänderung. Rechnen wir nämlich die Impedanz des guten kleinen Kondensators parallel zum Verlust des "schlechten", so ergibt dies ein Verhältnis von 70 zu 0,05 = 1/1400 = was eine Signalverbesserung von 0.0062dB bedeutet. Alles in allem haben wir es also mit Pegelverlusten von weit unter der Hörgrenze zu tun und mit Pegeldifferenzen, die allein durch die Lautsprecher-Toleranzen um ein vielfaches höher liegen. Da macht jede Aufstellung im Raum mehr aus (ein zweiter Zuhörer bedämpft den Raum stärker als diese Auswirkungen). Wenn man also mit derartigen Dingen zu basteln anfängt sollte man sich immer der Grössenordnung bewusst sein, in welcher etwas passieren KANN. Und wenn behauptet wird, man hätte den Einfluss gehört, so ist dies dann erklärbar, wenn man sich derartige Fehler wie die 3,1 Mikrofarad auf dem Verstärkerausgang geleistet hat. Dann hört man manches, das nichts mit der tatsächlichen angestrebten Wirkung zu tun hat.

Respekt für die ganze Mühe die du dir mit deinen Erklärungen gemacht hast. Der Ansatz die Impulsantwort eines Lautsprechers zu optimieren ist ja nicht neu, aber er hat sich bekanntermaßen nie richtig durchgesetzt, da es extrem schwierig ist, die anderen wichtigen Eigenschaften eines Lautsprechers ebenfalls im grünen Bereich zu halten. Es gibt durchaus hervorragende Lautsprecher mit optimierter Impulsantwort, diese sind aber sehr aufwendig und teuer. Bei der Verwendung von flachen Filtern fängt man sich nämlich im Gegenzug zur geringen Phasendrehung erhebliche Probleme ein. Das offensichtlichste Problem ist, dass durch die geringe Flankensteilheit der Mitteltöner verhältnismäßig wenig entlastet wird, was erhöhten Klirr und Intermodulationsverzerrungen zur Folge haben kann. Durch eine tiefe Trennfrequenz wie 300 Hz werden diese Probleme noch verstärkt. Um diese Probleme in einem erträglichen Rahmen zu halten muss man einen Mitteltöner mit vergleichsweise großer Membranfläche wählen, was sich wieder negativ auf die von dir propagierte Trennung zum Hochtöner auswirkt. Ein weiteres Problem bei Filtern mit flacher Flanke ist das unterschiedliche Bündelungsmaß der Treiber bei der Trennfrequenz. Dadurch ergeben sich unter Winkel völlig verschiedene Interferenzverhältnisse, was zu Klangverfärbungen und einem ungleichmäßigen Energiefrequenzgang führt. Durch die flachen Filter sind diese Probleme wesentlich stärker ausgeprägt als bei steilflankigen Trennungen. Bei 300Hz dürften sich diese Probleme zugegebenermaßen noch in Grenzen halten, aber bei 5kHz treten diese Probleme umso stärker auf. Wenn man allerdings die Möglichkeit hat das Abstrahlverhalten der Chassis durch Schallführungen anzugleichen sind diese Probleme in den Griff zu bekommen. Durch Schallführungen wie Waveguides etc. vergrößert sich aber wiederum der Abstand zwischen den einzelnen Chassis, was wiederum eine hohe Trennfrequenz verbietet, denn durch große Chassisabstände vergrößert sich der Abstand der akustischen Zentren, was wieder Interferenzmuster zur Folge hat, welche sich durch die flachen Filter noch verstärken.

Wenn man impulsoptimierte Lautsprecher bauen will, muss man dafür sorgen, dass die akustischen Zentren so nah wie möglich zusammenrücken. Auf jeden Fall müssen sie auf einer vertikalen Achse sein, damit der Abstand der akustischen Zentren zueinander zumindest auf einer horizontalen Ebene konstant bleibt. Die Trennung zum Hochtöner sollte möglichst tief erfolgen. Die Mitteltöner sollten zur Erhöhung der Membranfläche doppelt ausgeführt sein und dafür einen kleinen Durchmesser haben(D'Appolito Anordnung, wenn auch mit flachen Filtern) Dadurch bleibt dann auch das vertikale Abstrahlverhalten im Rahmen, wenn man auch kein ideales D'Appolitoverhalten erreichen wird. Durch die kleinen Mitteltönerdurchmesser bündeln diese noch nicht so stark im Übernahmebereich zum Hochtöner, was auch hier einen relativ gleichmäßigen Übergang ermöglicht. Die Mitteltöner sollten im Bass entlastet werden, um unnötigen Hub zu vermeiden und die Verzerrungen im Rahmen zu halten.
Eine so aufgebaute Lautsprecherbox hat das Problem, dass sie sehr rund strahlt. Hier helfen eine breite Schallwand und eben Optimierungen am Höhrraum. Dennoch bleibt das Problem, dass eine solche Box nicht die Dynamikfähigkeiten aufweist die eine Box mit gleicher Bestückung sonst aufweisen könnte. Durch das 3-Wege Konzept sollte eine solche Konstruktion zwar allemal laut genug spielen können, aber Powerkompression könnte bei gehobener Lautstärke durchaus ein Thema. Hier müssen die verwendeten Chassis sehr sorgfältig ausgesucht werden. Außerdem ist die erforderliche Schallwandgeometrie für den Hobbyisten nur sehr schwer zu realisieren. Es könnte in etwa in Richtung Focal Utopia oder so gehen.

cu
waterburn

Du hast mit vielem recht, was Du schreibst.
Die Impulstreue ist dann wichtig, wenn ich davon ausgehe, dass die erste Wellenfront, also das Einschwingen entscheidend für den Höreindruck ist. Und wenn ich dies zugrunde lege, so exisitiert erst Direktschall und keine Reflexionen. Wäre dem allem nicht so, könnte man im Konzert nur an zwei, drei Plätzen sitzen, weil alle anderen absolut ungeeignet wären.

Wenn wir aber von der ersten Wellenfront ausgehen und die Reflexionen mal beiseite lassen, dann muss der Impuls stimmen und der Frequenzgang auf Achse. Und da spielt die Abstrahlcharakteristik keine Rolle, solange ich die Box ausgerichtet habe.
Beachte ich den Leistungsfrequenzgang, also die Summe der Leistung, die in den Raum abgestrahlt und teils reflektiert wird, so sieht es anders aus. Das ergibt einen schlechten Frequenzverlauf ausserhalb der Achse bei relativ halligem Abhörraum und unregelmässiger Abstrahlkurve. Genau deshalb werden bei Studiomonitoren die Abstrahlcharakteristika eng gewählt, um möglichst wenig Raum in die Wiedergabe einfliessen zu lassen. Es wäre also beim Selbstbau auch eine Möglichkeit, mit Waveguides zu experimentieren. Allerdings lässt sich die Wirkung nicht nur am Höreindruck festmachen, sondern verlangt nach Messmitteln.

Das zweite ist die Weiche. Mit einer flachen Trennung kann ich die Phasenverhältnisse am ehesten vernünftig hinbekommen. Betrachte ich mir aber mal die Verhältnisse bei einer Dreiwegbox, so ist die akustische Phase die Addition der einzelnen Schalldrücke. Habe ich einen Treiber schon mal um rund 6dB abgesenkt (rund eine Oktave unter der Trennfrequenz) so ergibt eine "phasenunreine" Addition nicht mehr die totale Auslöschung oder andere gravierende Nachteile. Ich kann also z.B. bei einem Tiefpass die Spule auf die Trennung berechnen, zusätzlich aber noch einen Kondensator einsetzen, der die Steilheit erhöht, wenn ich ihn für eine Trennung 1 Oktave höher berechne. Damit ist schon eine erhebliche Entlastung erreicht, ohne dass ich mir grobe Phasen- und Impulsnachteile einhandle.

Das Dritte ist, dass ich im Bereich oberhalb 5kHz kaum ein Impulsform-Empfinden habe, ebenfalls kein Phasenempfinden und auch kaum ein Richtungshören. Weiter ist da die Empfindlichkeit auf Frequenzgangfehler relativ gering. Und das Gleiche gilt für Töne unter etwa 300Hz. Und da ich ja nie einen Lautsprecher hin bekomme, der ideal ist, versuche ich eine Box zu bauen, die wenigstens im für mich kritischen Bereich von 300Hz bis 5000Hz optimal arbeitet. Darum wird dieser wichtige Bereich über ein Chassis (oder 2 gleiche Mitteltöner) übertragen. Und da das Richtungshören kaum mehr existiert, ist eine D'Appolito-Anordnung nicht nötig.
Diese Forderungen werde ich aber nur beim direkten Hören im Sweetspot hinbekommen. Das reicht mir aber auch aus, denn irgendwo im Raum geniesse ich nicht Musik, sondern nutze sie als Hintergrundgeräusch.

Wenn ich also den besagten Bereich besonders beachte, so muss ich einen möglichst optimalen Mitteltöner wählen. Und wenn ich mal von einer normalen Lautstärke ausgehe,die im Mittel zur Wiedergabe gelangt, so reichen da 5W allemal aus. Natürlich gehe ich davon aus, dass kurzzeitig mal höhere Pegel möglich sind, also ist der Verstärker potent genug und die Chassis vertragen die höhere Leistung. Aber wenn ich die thermische Kompression betrachte, so wird die Dynamik dadurch normalerweise unhörbar (0,5dB) beeinflusst. Und solange fast alle CD-Labels die Dynamik komprimieren, ist die thermische Kompression das kleinste Übel

Man muss sich im klaren sein, dass jeder Lautsprecher ein Kompromiss ist (auch Studiomonitore, die ja die Grundlage jeder CD-Abmischung bilden!) und dass es eine Frage des Herstellers ist, welchem Parameter er besondere Beachtung schenkt und was er letztlich damit erreicht.

Ich seh schon, im großen und ganzen sind wir uns einig. Bei passiven Boxen sind 6dB Filter natürlich eine Voraussetzung für eine gute Impulsantwort. Bei aktiven Konzepten kann man das zumindest in der Theorie auch mit Allpässen hinbekommen. Wie gut das in der Praxis klappt kann ich leider mangels Erfahrung nicht beurteilen.

Mit der Trennung bei 5kHz kann ich mich trotzdem noch nicht so richtig anfreunden, auch wenn ich deine Gründe nachvollziehen kann. Meiner Meinung nach, kann man auch bei deutlich tieferen Frequenzen eine eine impulsrichtige Box bauen kann, und gleichzeitig ein besseres Rundstrahlverhalten erreichen kann. Denn auch wenn man davon ausgeht, dass die erste Wellenfront für den Höhreindruck entscheidend ist was die Ortung betrifft, so haben die Reflektionen doch einen gewissen Einfluss auf die Klangfarbe.
Aber da du ja geschrieben hast, dass es dir ausreicht, wenn deine Boxen im Sweetspot deine Forderungen erfüllen ist es wohl schon fast eine Geschmacksfrage welchen Kompromiss man denn nun wählt.

Was die Dynamikkompression angeht gebe ich dir recht, das spielt bei Hifi wohl tatsächlich keine Rolle, das hatte ich einfach überschätzt.

cu
waterburn

Hallo,

erst einmal Respekt von mir für so einen langen und ausführlichen Beitrag.
Allerdings kann ich einigen Punkten überhaupt nicht zustimmen.
Erstens die übermäßige Wichtigkeit der Phase ist in den Größenordnungen in denen sich ein typischer Lautsprecher bewegt einfach nicht nachzuweisen und damit nicht vorhanden.
Zweitens die Frequenzganglinearität im eingeschwungenen Zustand ist von äußerster Wichtigkeit mehrfach und leicht selber nachzuweisen.
Drittens die Vernachlässigung von allen nicht genannten Verzerrungen. Insbesondere Intermodulationsverzerrungen Dynamikverzerrungen und harmonische Verzerrungen sind in bestimmten Größenordnungen und oder in gewissen Frequenzbereichen nicht zu vernachlässigen (diese Größenordnungen werden von nahezu allen Lautsprechern erreicht).
Viertens ist der gesamte Winkelfrequenzgang ignoriert worden obwohl sich daraus der reflektierte Schall ergibt.

Ist das Seitenverhältnis aber 1:1:1, also ein Würfel, so ergibt sich EINE Resonanz, die wesentlich stärker ist und die stört. Genau so kann eine Kugel mit dem Maximalmass des konstanten Innendurchmessers eine Frequenz anregen. Dies ist nicht so stark wie bei einem Würfel, aber auch deutlich.

Der letzte Satz ist falsch, laut Theorie ergibt sich in einer Kugel eine höchst mögliche und maximal schmale Resonanz.

Die erste Forderung ist daher, Gehäuse mit gleichen Seiten (Würfel und Kugel) zu meiden.

Entscheidend ist hier den Frequenzbereich der Resonanz und der Frequenzbereich des Chassis z.B. ein Chassie das tieferen Bass wiedergeben soll ist gut aufgehoben in einem Würfel mit entsprechen höhere Eigenresonanz.

Es sind noch einige Ungereimtheiten in den Vortrag vielleicht gehe ich noch auf einiges ein wenn ich mehr Zeit habe.

Schöne Grüße:
Thomas

nur aus Interesse:
Früher waren auch 4-Weg-Lautsprecher üblich. Inzwischen sind sie ziemlich aus der Mode, teuer, aufwendige Frequenzweiche, theoretisch unbefriedigend usw.
Theoretisch sollen sie auch schlecht klingen.
Was sie aber mM nicht tun. Ich habe noch 2 solche Monster aus der DUAL-Blütezeit mit je 25 kg zuhause und habe den Klang immer gut gefunden (12dB/200Hz/800Hz/6000Hz - 1xTT 30cm, 2xTMT 10cm, 1xMT-Gewebe-Kalotte 35mm, 1xHT-Gewebe-Kalotte 25mm.
Auch 4-Wege-Selbstbaukonzepzte gabs damals manchmal.
Warum sind jetzt 4-Weger angeblich so untauglich? Umgekehrt hat man sich auch was dabei gedacht, sowas zu bauen.

Da gibt es ja einiges zu beantworten!

Erstens die übermäßige Wichtigkeit der Phase ist in den Größenordnungen in denen sich ein typischer Lautsprecher bewegt einfach nicht nachzuweisen und damit nicht vorhanden.

Das generelle Problem ist, dass sich die Phasentreue nicht unbedingt nachweisen lässt, und dies schon bei einer Aufnahme. Sicher ist aber, dass im Konzert (ich spreche von Klassik, denn nur da kann ich Musik ohne Verstärkeranlage hören) das Orchester in seine einzelnen Instrumente aufgelöst wird, wenn ich genügend Direktschall und relativ wenig Reflexionen habe. Bei vielen Aufnahmen aber ist diese Auflösung nicht mehr vorhanden, auch wenn sie "direkt" klingt. Wenn ich also so eine Aufnahme habe, spielt oft die Phasentreue des Lautsprechers keine Rolle mehr, weil eh schon alles futsch ist.

Und man müsste sich mal überlegen, was Impulstreue bedeutet. Wie ein Sinus aussieht ist klar. Er ist vertikal und horizontal symmetrisch und besteht aus nur einer Frequenz.
Nehmen wir einen Rechteck, so können wir ihn vertikal und horizontal spiegeln, es kommt immer wieder das Selbe heraus. Er besteht aber aus einer Reihe von Einzeltönen, die in einem festen Frequenz-,Pegel- und Phasenraster vorhanden sind. Das Selbe gilt für Dreieck und Sägezahn. Das bedeutet, dass die "technischen" Impulse relativ einfach gestrickt sind und daher eine Phasendrehung (invertierung) oder eine Spiegelung auf der Zeitachse (Tonband rückwärts) keine Auswirkungen hat.

Natürliche Klänge, etwa jener eines Klaviers (ohne das eigentliche Anschlagen und ohne eine Anschlag- oder Ausklingdynamik) lassen sich zwar invertieren (vertikal) und klingen nach wie vor gleich, eine Umkehr der Zeitachse macht aber schon einen klanglichen Unterschied, wie ich selbst festgestellt habe. Der Unterschied ist nicht gravierend, aber hörbar. Weil diesem Instrument das Einschwingen fehlt und der Ton im Pegel konstant ist, fehlt zunächst jede dynamische Information. Was den Klang als Klavier erkennen lässt sind die einzelnen Frequenzen, deren Pegel und deren Phasenbeziehung, also in der Summe die Impulsform. Und rückwärts abgespielt klingt das Ding mehr als Drehorgel und weniger als Klavier. Dabei wurde einzig an der zeitlichen Abfolge bezw. an der Phasenbeziehung (Spiegelung auf der Zeitachse) etwas verändert. Dies funktioniert solange keine grossartige Mehrtönigkeit vorhanden ist (maximal zweistimmig).

Damit will ich ausdrücken, dass die Aussage von TEKNOne "fragwürdig" ist. Es ist wie gesagt nicht einfach, die Hörbarkeit der Impulsform nachzuweisen und weil dieses Thema in der Medizinforschung noch kaum beachtet wird, gibt es dazu auch kaum vernünftige Studien. Der Nachweis ist aber im Grunde erbracht und wie eingangs erklärt MUSS das Ohr Phasen erkennen können. Wenn also die Studien noch fehlen, heute die meiste Musik über Lautsprecheranlagen gehört wird (kaum noch Originalklang) und die Aufnahmen darauf ebenfalls keine Rücksicht nehmen, solange kommt eigentlich niemand auf die Idee (oder nur wenige), die Sache mal zu untersuchen. Und solange es nicht untersucht ist, kann man davon ausgehen, dass man den Unterschied nicht höre und es daher keine Rolle spiele. Dies ist aber zumindest ansatzweise ein Irrtum.

Zweitens die Frequenzganglinearität im eingeschwungenen Zustand ist von äußerster Wichtigkeit mehrfach und leicht selber nachzuweisen.

Natürlich ist der Frequenzgang wichtig, aber er muss nicht nur im eingeschwungenen Zustand stimmen, sondern vor allem während des Einschwingens. Ein Frequenzgangfehler im Einschwingen beeinflusst die Impulsform. Und bei einem rosa Rauschen können wir im Raum umher gehen und erleben dauernd Änderungen der Klangfarbe. Im Rauschen sind ALLE Frequenzen vorhanden und damit reagiert man auf kleinste Abweichungen. Bei Musik ist die Verteilung erstens "gerastert" durch die Grundfrequenzen der Musik (Klaviertasten) und durch ihre Oberwellen. Da kommen nicht alle Frequenzen vor. Und rund die Hälfte der Zeit besteht aus Einschwingen, denn jede Note stellt ein erneutes Einschwingen des Instrumentes dar. Hören wir uns Musik an und bewegen uns im Raum, sind die Klangfärbungen weit geringer als beim rauschen. Dabei hat sich ja weder am Raum noch am Lautsprecher etwas verändert. Und wenn der Raumeinfluss oder anders gesagt der eingeschwungene Frequenzgang so eminent kritisch wäre, gäbe es in einem Konzertsaal nicht 500 Plätze, sondern gerade deren 5, die brauchbar klingen.

Drittens die Vernachlässigung von allen nicht genannten Verzerrungen

Auf diese Verzerrungen habe ich insoweit Einfluss, als ich verzerrungsarme Chassis verwenden kann, wenn denn der Hersteller Angaben dazu macht. Diese Verzerrungen betreffen aber nicht nur den Klirr und die Intermodulation, sondern auch den Dopplereffekt und vor allem Membranresonanzen.
Wenn ich also z.B. einen Breitbandlautsprecher verwende, der einen "nennenswerten" Hub erzeugen muss, so habe ich den Dopplereffekt und damit die Frequenzmodulation in Abhängigkeit der grössten Auslenkung und mit der entsprechenden Frequenz. Nun gibt es Verfechter der Breitband-Technologie. Diese hat als Vorteil den Punktstrahler und eine weitgehende (nicht immer garantierte) Impulstreue und damit eine sehr gute Auflösung. Hier geht man aber (unter anderem) den Kompromiss des Dopplereffektes ein und gerade mit den heutigen kleinen Chassis lässt sich dies mangels Membranfläche kaum verhindern.

Meiner Ansicht nach viel kritischer sind die Lautsprecher mit Membranen, die nur so von Teilschwingungsprodukten strotzen (Blechtröten). Da diese im Moment in Mode sind, werden sie von vielen als DAS Ding schlechthin betrachtet und eingesetzt. Dass diese aber Verzerrungen übelster Art produzieren wird kaum zur Kenntnis genommen.

Ich habe auf die Verzerrungen hier einfach verzichtet, weil dies schon fast ein eigenes Kapitel oder gar ein eigener Beitrag ergäbe. Es macht natürlich Sinn, zu versuchen, die Verzerrungen so klein als möglich zu halten!

Viertens ist der gesamte Winkelfrequenzgang ignoriert worden obwohl sich daraus der reflektierte Schall ergibt.

Über dieses Thema kann man sich tatsächlich streiten. Es ist im Grunde wichtig für den eingeschwungenen Frequenzgang und dann, wenn ich überall im Raum Musik geniessen will.
Wenn ich einmal davon ausgehe, dass ich zum Musik geniessen den Sweetspot nütze, wenn ich aber in der Küche bin, nicht dort stehe um Musik zu geniessen, sondern um Essen und Trinken vorzubereiten. Wenn das meine Grundlage ist, so ist sicher das Maximum am optimalen Ort mein Bestreben. Ich setze darum auch auf Lautsprecher mit einem schmalen Abstrahlwinkel und nicht auf Bose.

Ganz wichtig erscheint mir in diesem Zusammenhang die Erkenntnis in den Studios, dass man da eng strahlende Lautsprecher verwendet, um keine unnötigen Reflexionen anzuregen. Es gibt einen Punkt und das ist der Platz an der Mixer-Konsole. Da muss es stimmen und alles andere ist wurscht.

Früher hat man das Abhören "eingerauscht" und Überhöhungen bedämpft und Löcher angehoben. Heute wird der Raum ausgemesssen und dann wird mit Resonatoren und schallschluckenden Materialien der Frequenzgang des Raums behandelt. Die Equalizer kommen zum Glück nicht mehr zum Einsatz (jedenfalls in den öffentlich-rechtlichen Studios). Warum? Man hat erkannt, dass man mit dem EQ den eingeschwungenen Zustand an einem Punkt begradigen kann, dass er aber an jedem anderen Punkt noch viel schlechter wird und dass vor allem der Frequenzgang des Einschwingvorgangs ganz und gar falsch wird. Diese Einmesserei und elektrische Entzerrung ist etwas, das bei Laien in Mode ist, das aber bei den Profis zu den Akten gelegt wurde.

Der letzte Satz ist falsch, laut Theorie ergibt sich in einer Kugel eine höchst mögliche und maximal schmale Resonanz.

Genau das ist das Problem: Es ergibt sich nur eine deutliche Resonanz, die dann halt "hupt". Kugellaustprecher klingen daher oft (dämpfungsabhängig) gepresst oder nasal oder... je nach Frequenz der Resonanz. Eine Eiform wäre da wesentlich günstiger.

Entscheidend ist hier den Frequenzbereich der Resonanz und der Frequenzbereich des Chassis z.B. ein Chassie das tieferen Bass wiedergeben soll ist gut aufgehoben in einem Würfel mit entsprechen höhere Eigenresonanz.

Ich habe da an kleinere Allzweckboxen gebacht, Zweiweg oder Breitband. Da hat der Würfel nichts verloren.
Wenn ich aber eine Box baue mit 34 x 34 x 34cm (Resonanz ab 500Hz) und diese als Subwoofer nutze (entzerrt), dann steht dem logischerweise nichts im Weg.

@ cr

Warum sind jetzt 4-Weger angeblich so untauglich? Umgekehrt hat man sich auch was dabei gedacht, sowas zu bauen.

Ich habe gesagt, dass heute Blechtröten der letzte Schrei sind, wie dies vor über 30 Jahren schon mal der Fall war. Und so waren auch mal Kalottensysteme der Weisheit letzter Schluss, Konuslautsprecher wurden nicht mehr "angeschaut".
Wenn man nun eine Box bauen will mit einem Tieftöner von 30cm Durchmesser und da halt an ein Ding gerät, das nur bis 200Hz geht, dann tut sich da ein Loch auf. Dieses ist mit entsprechenden TMT zu stopfen, also etwas zwischen 16cm und 10cm.
Nachteilig ist, dass die Trennung (bei hier 800Hz) im Mittenbereich deutlich hörbar wird und die Impulstreue beeinflusst.

Und noch generell:
Der ganze Artikel zielt zunächst darauf ab, die Hörfunktion und die (mangelhafte) Erkenntnis der Medizin zu hinterfragen. Das zweite ist das Aufzeigen von möglichen Lösungsansätzen. Das Ganze ist aber noch nicht der Weisheit letzter Schluss.

Meine Erfahrung in der Welt ist folgende: Es gibt viele, die etwas wissen. Aber sie wenden das Wissen gerade mal auf ihr Fachgebiet an, sei dies Technik oder Musik oder Medizin. Dabei gibt es vieles, das in verschiedenen Fachgebieten von Interesse sein könnte. Ich versuche logische Verknüpfungen zu erstellen in Bereichen, die irgendwelche Querverbindungen aufweisen. Ob die Ergebnisse dann richtig sind oder ob ich Trugschlüssen erliege diskutieren wir hier.

Hallo,

oha wie soll ich denn bei den ganzen Text hinterher kommen

Kurz und knapp bei der Phase geht es ja immer noch um die Größenordnung die ein typischer Lautsprecher verzerrt. Was mich auch stark wundert ist, dass Dir die Phasendrehungen von Filtern nicht gefallen aber der Chassieversatz einfach hingenommen wird...

Zeig mir doch einmal bitte den Phasengang eines klaviertondrehenden Filters (es soll doch hier um die Phase gehen?).

Auf diese Verzerrungen habe ich insoweit Einfluss, als ich verzerrungsarme Chassis verwenden kann, wenn denn der Hersteller Angaben dazu macht. Diese Verzerrungen betreffen aber nicht nur den Klirr und die Intermodulation, sondern auch den Dopplereffekt und vor allem Membranresonanzen.

1. Doppler ist Intermodulation
2. Über Membranresonanzen hattest Du ja schon geschrieben und ich bezog mich auf die nicht erwähnten oder von Dir als nicht so wichtig erachteten Verzerrungen.

Zum Winkelfrequenzgang: Die Wichtigkeit ist gegeben, da der größte Teil des ankommenden Schalls Reflexionsschall des Hörraums ist (üblicher Hörraum Lautsprecher und Hörabstand).

Nun kann ein Schallereignis mit positiver oder negativer Phase starten. Um zu verstärken, muss die Verstärkerzelle gleichphasig schwingen, um zu dämpfen gegenphasig. Und um dies jeweils „verzögerungsfrei“ zu tun, muss ein möglichst kurzer Weg zwischen Hörzelle und Verstärkerzelle sein und die Verstärkerzelle muss pegelabhängig in passender Phase angesteuert werden. Dieser Umstand ist technisch logisch und unbestreitbar, in der Medizin aber noch nicht abschliessend untersucht. Tatsache ist, dass dieses System nur funktioniert, wenn die Hörzelle die Phase erkennt und diese der Verstärkerzelle entsprechend mitteilt.

Damit würdest Du behaupten der Mensch könne um einen Ton von 20kHz leiser bzw. lauter erscheinen zu lassen ein vielfaches von 20kHz irgenwie mit dem Gehör verarbeiten...

Es ist schon viel zu spät daher Gute Nacht und später mehr wünscht:
Thomas

Hallo Thomas,

Dass der Chassisversatz eine Rolle spielt ist unbestritten und bei der Trennung M zu H müsste der Hochtöner auch tatsächlich versetzt eingebaut werden. Diese Untersuchungen habe ich auch gemacht und den Hochtöner bei verschiedenen Boxen entsprechend eingebaut.
Meine Feststellung ist aber, dass dadurch, dass das Gehör im Bereich ab etwa 4kHz zunehmend weniger reagiert und die Phase nicht mehr so kritisch "betrachtet" die laufzeitbedingten Phasendrehungen kaum mehr gehörte Auswirkungen haben (dies reduziert auch die gehörten Auswirkungen extrem kurzer Reflexionen).
Bei einigen Studiolautsprechern wie etwa Genelec wird auf den Versatz (und die Richtwirkung) mit vertieftem Einbau des Hochtöners reagiert. Es ist also nicht falsch, darauf Rücksicht zu nehmen. Liegt aber die Trennung bei 5kHz, ist die gehörte Auswirkung wesentlich geringer als bei Trennungen zwischen 1 und 2kHz.
Und im übrigen ist ja der ganze Bericht schon mehr als umfangreich. Wenn ich alle Aspekte betrachten wollte, käme ein Buch heraus.

Mit dem Klavierton habe ich erklärt, dass eine Veränderung der Impulsform hörbar ist, weil ich diesen Versuch selbst gemacht habe. Wenn wir also auf der Zeitachse spiegeln (was ein Filter nicht kann), so sind die selben Frequenzen mit dem selben Pegel beteiligt, nur die Zeitfolge ist umgekehrt und damit (nach Fourier) die Startphase der einzelnen Teilfrequenzen. Und wenn wir ein Filter höherer Ordnung verwenden, so bekommen wir eine grössere Phasendrehung. Der Klavierton (besser -Klang) ist nur ein Beispiel.
Und wenn Du Dir mit FilterPro ein 24dB-Filter simulierst und den Phasengang betrachtest, so ändert die Phase schon weit bevor eine Pegelbeeinflussung stattfindet. Ein solches Filter wird mit gleitendem Sinus gemessen und die Phase per Vergleich aufgezeichnet. Haben wir aber eine Impulsform (Rechteck), so sieht das Ergebnis anders aus, weil da die Frequenzen gleichzeitig anliegen und dadurch Impulsverformungen entstehen. Würden wir den Klavierklang elektronisch herstellen (Elektropiano), so hätten wir eine Impulsform, die wir in Ruhe studieren könnten. Und sowas über ein Filter geführt oder z.B. über mehrere Allpässe, ergäbe eine totale Impulsverformung. Und gerade beim Allpass kann man feststellen, dass sein Einsatz den Klang verändert, obwohl die Teilfrequenzen im Pegel unbeeinflusst bleiben.
Und betrachtet man die Filterauswirkungen im Ganzen, also bei Musik (oder Rauschen) und nicht nur bei Einzelfrequenzen, so haben die Phasendrehungen bereits Auswirkungen auf den Klang (durch die akustische Signaladdition), bevor der Pegel beeinflusst wird. Und betrachte ich die Phasenverhältnisse am Lautsprecher, so sind da meist Phasendrehungen von maximal 180 Grad die Regel, bei Filtern aber kommt es zu weit stärkeren Drehungen, je nach Ordnung. Und damit ergeben sich bei den Chassis überschaubare Phasenverhältnisse, nicht aber bei den Filtern.

Intermodulation entsteht an einer Kennlinienkrümmung und dabei kommt es bei zwei Frequenzen zu zwei zusätzlichen, also Summe und Differenz. Wenn Du das auf einem Analyzer betrachtest, so hast Du z.B. 60Hz und 7000Hz und zusätzlich 6940Hz und 7060Hz. Du hast aber keine 7030Hz und keine 6970Hz.
Der Dopplereffekt führt aber ohne irgendwelche Kennlinienkrümmungen zu eine momentanen Frequenz von irgendetwas zwischen 6940Hz und 7060Hz. Da ist immer nur eine Frequenz vorhanden, nämlich eben die 6940Hz und etwas später eine andere, aber nie zwei oder mehrere gleichzeitig. Es gibt also keinen reinen Ton von 7000Hz, sondern nur einen reinen 60Hz und den gewobbelten Ton von wie gesagt 6940 bis 7060Hz. Das ist ein gewaltiger Unterschied!

Ich habe Verzerrungen keineswegs als unwichtig erachtet, nur weil ich sie nicht explizit erwähnt habe! Ich habe mich ja auch nicht zu den Gehäuseeinflüssen (Bassreflex oder Beton) geäussert, obwohl diese vorhanden sind.

Du gehst immer vom eingeschwungenen Zustand aus. Dann spielt die Reflexion und der Raum eine grosse Rolle. Aber gehn wir mal ins Konzert. Da hast Du z.B. eine Trompete mit "Zungenschlag". Da wird das Instrument bis 10 mal pro Sekunde angeblasen. Also haben wir auch 10 Einschwingvorgänge pro Sekunde. Und diese können durch nahe Reflexionen gestört werden, aber kaum durch entferntere Reflexionen. Und das ist ja das Problem des Raums, dass nahe Reflexionen den Klang beeinflussen, weit stärker als die späteren, auch wenn jene wesentlich stärker sind. Auf den Frequenzgang betrachtet haben aber alle den gleichen Einfluss denn es kommt bei allen (bei gleicher Schallstärke) zu gleich starken Überhöhungen und Auslöschungen. Dies ist eine altbekannte Tatsache.

Dass das Ohr Sinneszellen hat, die als "Verstärker" dienen ist seit etwa 10 Jahren bekannt. Da muss ich also zunächst nichts behaupten. Weiter ist noch nicht abschliessend untersucht, welche Töne gleichzeitig und in welcher Stärke hörbar sind (MP3 hat da erste Ergebnisse gebracht). Die Fletcherkurve geht ja bei ihrer Darstellung immer von einzelnen Frequenzen aus, also reinen Sinustönen und nicht von verschiedenen gleichzeitig. Und da ist festzustellen, dass bei 20kHz die hörbare Dynamik wesentlich geringer ist als bei 2kHz. Daraus kann man (unter anderem) den Schluss ziehen, dass die Verstärkung/Dämpfung bei 20kHz nicht mehr funktioniert, wohl aber bei 2kHz. Ob dieser Schluss nun richtig ist weiss ich nicht, denn selbst kann ich das nicht nachprüfen und entsprechende Untersuchungsergebnisse stehen noch aus. Einen Schluss kann ich aber ziehen, nämlich dass eine Verstärkung eine Gleichphasigkeit braucht, eine Dämpfung eine Gegenphasigkeit. Und genau darauf habe ich angesprochen. Und wenn diese Gleichphasigkeit möglich sein muss, muss die Verstärkerzelle wissen, wie sie zu schwingen hat und muss daher die momentane Phasenlage von der Empfängerzelle mit bekommen.

Hallo Richi,

ich wollte dich auch nicht festnageln, weil einige Punkte fehlen, sondern weil die Gewichtung einiger Punkte mir nicht einleuchtet.
Gerade bei flacher Trennung (1ste Ordnung) um 5kHz ist bei 2,5kHz bei einem idealem Frequenzgang nur eine 6dB Dämpfung erreicht damit ist bei einem üblichen Versatz der Chassis die Drehung der Phase durch das Filter viel geringer als die Drehung der Phase durch den Versatz und das in den wichtigen Frequenzbereich um 1 bis 2kHz...

Das die Spieglung der Impulse nicht durch ein Filter realisiert werden kann wollte ich nur hören. Wenn das Verhalten nicht durch ein Filter nachgestellt werde kann liegt eine Übertragung auf das Verhalten eines Lautsprechers fern. Schon gar, wenn man sich die Größenordnungen der Zeit die zum umdrehen benötigt wird anschaut und die Zeiten, die die Phasendrehung eines Lautsprechers entsprechen.

Mit den Dopplerverzerrungen hast Du recht da habe ich nicht richtig nachgedacht.

Du gehst immer vom eingeschwungenen Zustand aus. Dann spielt die Reflexion und der Raum eine grosse Rolle.

Nein auch im nicht eingeschwungenen Zustand kommen irgendwann die Reflexionen am Ohr an und zwar mit insgesamt größere Leistung als die erste Wellenfront. Dieser Reflexionsschall hat erheblichen Einfluss auf die tonale Wahrnehmung des Signales. Beispiel Schlagzeug im Badezimmer oder im Proberaum.

Zum Ohr Verstärker Dämpfer. Der Dynamikbereich bei 15kHz ist aber deutlich größer als 60dB. Damit muss es dann ja doch eine Wahrnehmung, deutlich höhere Frequenzen geben.
Meine Deutung der ganzen Verstärkung Dämpfung wäre eine Verzögerung bis zur Übertragung, aber alles spekulativ, da ich mich hier nicht gut auskenne. Aber es würde auch mit der Theorie des Vorverdeckens passen. Jedenfalls sehe ich keinen Beweiß für eine Wahrnehmung eines negativen oder positiven anstieg des Luftdrucks.

Schöne Grüße:
Thomas

Langsam kommen wir uns näher.
Wenn ich 12dB-Filter habe (Hoch- und Tiefpasss bei 5kHz), so bekomme ich bei dieser Frequenz jeweils eine Phasendrehung von 90 Grad. Wenn ich also einen gleitenden Sinus aufzeichnen will (F-Messung), so muss ich die Lautsprecher bei richtigem Einbau (Versatz ausgeglichen) verpolt anschliessen. Dann habe ich das richtige und zur Messung nötige Verhalten. Es laufen also nicht zwei Chassis gegensinnig.

Wenn ich aber einen Spannungssprung betrachte, der von Null gegen Plus geht, so können die Membranen nicht anders als sich gegen aussen bewegen bei nicht verpoltem Anschluss. Was ich also erwarte, das ist ein rascher Anstieg des Hochtöners und ein etwas langsamerer Anstieg des Mitteltöners (und irgendwann bewegt sich dann auch der Tieftöner). Das bedeutet dass die Summe den Impuls richtig darstellt. Wenn ich aber den Mitteltöner verpole, um beim gleitenden Sinus die beiden 90 Grad verschiebungen aufzufangen, dann haben wir erst den positiven Anstieg beim Hochtöner, dann aber eine Druckreduktion beim Mitteltöner, weil dieser ja nicht nach aussen, sondern nach innen geht und letztlich wieder den langsamen Druckanstieg durch den Tieftöner.

Das hat zunächst gar nichts mit der absoluten Phase zu tun. Diese wird nicht hörbar. Ob also ein Druckanstieg oder eine Druckminderung abgeht macht bei mir kein anderes Empfinden. Was ich aber empfinde, ob die Summe der Signale, aus welchen der Impuls gebildet wird, richtig verläuft. Und wenn ich mal davon ausgehe (wie es die medizinische Wissenschaft tut) dass ich einen Impuls als einzelne Frequenzen im Sinne von Fourier wahrnehme, dann spielt die Phase der einzelnen Frequenzen zueinander eben schon eine Rolle, ob das Ergebnis in der Summe den Sprung ergibt oder ob da ein Teil unterdrückt wird. Dass die absolute Phase gehört werden könnte, habe ich nie behauptet, man hätte dies aber aus meinen Äusserungen ableiten können, weil ich es auch nicht verneint habe.

Wenn wir also bei den Phasen bleiben, so ist bei Weichen
zweiter Ordnung ein gleitender Sinus nur mit verpoltem Mitteltöner ohne Welligkeit möglich, dann stimmt aber eine Sprungantwort nicht.
Bei einem Filter erster Ordnung ergeben sich bei der Trennung Einbrüche (aber keine Auslöschung) weil die Membranen nicht absolut gleichzeitig reagieren. Aber es ergeben sich aus dieser Phasendrehung von 2x 45 Grad wie gesagt nur Pegelverluste, in der Summe aber keine veränderten Phasen.

Und noch ein Letztes: Klein & Hummel hat mal versucht, den Versatz der Lautsprecher mit Allpässen auszugleichen. Natürlich lässt sich mit Allpässen ein Verhalten erzielen, das im eingeschwungenen Zustand jenem einer Verzögerung entspricht. Der Phasenverlauf ist dann so drehend, wie es der Vergleich eines Referenzsignals zu einem verzögerten Signal ist. Der Denkfehler darin:
Wenn man so eine "Verzögerungsleitung" aus Allpässen baut (nehmen wir nur mal einen Allpass) so startet das Signal am Ausgang des Allpasses gleichzeitig mit dem Direktsignal, aber die Phase sieht so aus, als wäre das Signal schon auf Wanderschaft gewesen. Das Signal, das positiv beginnend zugeführt wird, kommt am Allpass negativ heraus und dreht dann nach bestimmter Zeit (in Abhängigkeit der Zeitkonstante) nach positiv. Bei einer richtigen Verzögerung dürfte aber das Signal erst nach einer definierten Laufzeit am Ausgang erscheinen und nicht sofort, dies aber mit der ursprünglichen Phasenlage und nicht invertiert. Die besagten Boxen von K&H waren jedenfalls für Abhörzwecke nicht geeignet. Zwar stimmte der gemessene Frequenzgang, aber jeder Impuls sah fürchterlich aus. Die klangliche Verfälschung war extrem stark.

Und nochmals zurück zum Hall:
Wenn wir bei einer Aufnahme das MIkrofon ausserhalb des Hallradius aufstellen (Hallradius = Hall und Direktschall sind gleich gross), so ist eine Auftrennung des Klngs in die einzelnen Instrumente extrem schwierig. Solange also der Direktschall stärker ist als der Hall haben wir Verhältnisse, welche die Einschwingvorgänge hörbar werden lassen. Wenn Du also von Hall ausgehst, der stärker ist als der Direktschall, dann haben wir Verhältnisse, die nicht zum Musik hören geeignet sind. Eine Verbesserung muss dann am Raum beginnen, weil dies dann die grösste Krux ist.

Und letztlich zur Spielegung eines Signals: Natürlich kann ich ein Signal nicht auf der Zeitachse spiegeln. Aber wenn wir per Fourier-Analyse einen Impuls untersuchen würden und feststellen, dass wir da eine Reihe bestimmter Frequenzen haben, die logischerweise vom Start weg vorhanden sind (denn darauf basiert Fourier), dies aber mit unterschiedlichen Pegeln und unterschiedlicher Startphase, dann könnten wir durch die Phasenveränderung der einzelnen Frequenzen eine neue Summe bilden, die anders aussieht. Als Beispiel: Wenn wir nur die ungeradzahligen Harmonischen einsetzen, so bekommen wir einen Rechteck, setzen wir alle Harmonischen ein, so ergibt sich ein Sägezahn. Und ändern wir die Startphasen, so können sich wiederum unterschiedliche Impulse ergeben. Sicher kann ich nicht die Zeitachse mit einem Filter spiegeln. Aber ich kann die Startphasen der Harmonischen verändern durch die generelle Phasendrehunhg eines Filters und dies kann im Extremfall (oder Zufall) zu inem Signal führen, das gleich aussieht wie eines, das auf der Zeitachse gespiegelt wurde. Es ist zumindest nicht auszuschliessen.

Letztlich:
Es gibt die Dynaudio-Lautsprecher, welche einen eigenen Klang aufweisen. Diese arbeiten mit 6dB-Weichen. Mit diesen Boxen erreiche ich bisweilen einen Klang, welcher dem Original sehr nahe kommt, was ich mit anderen Boxen nicht in dem Masse hinbekomme. Und erstens habe ich diesen Effekt bei meinen Boxen auch, die ich ebenfalls mit 6dB getrennt habe und zweitens habe ich dies mit den selben Mittel- und Hochtönern bei Boxen mit Weichen höherer Ordnung nicht hin bekommen. Das bedeutet für mich, dass ich da wohl am Anfang eines nicht falschen Weges bin. Sicher könnte man jetzt meine Boxen noch verbessern, indem man die Chassis so "kompensiert", dass es keine Auswirkungen der Schwingspuleninduktivität gibt (Aktiv). Man könnte da noch so einiges versuchen, auch den zeitrichtigen Einbau. Tatsache ist für mich einfach, dass ich mit meiner Konstruktion schon mal Dinge erreicht habe, die ich bisher nicht hinbekommen habe und die ich auch bei Fertigboxen nicht in dem Masse erleben durfte. Und ginge es bei mir nur um Stereo und nicht um Surround (mindetsns 5 Boxen), würde ich vielleicht weiter basteln. So ist es mir aber (mindestens momentan) zu aufwändig...
Dass ich eine andere Gewichtung gewählt habe liegt einfach daran, dass meine neuen Boxen Dinge wiedergeben, die ich so noch nicht erlebt habe und deren Hintergrund ich nachspüre.

Hallo,

das Problem an dem Konstrukt der Duckverlauferserkennung ist, dass sich das Gehör auch wie Filter verhält und damit nicht beliebig schnell Impulse auswerten kann mindestens 10ms schwingt das Ohr ein und damit ist auch die in der praktischen Realisierung gemessene menschliche Unempfindlichkeit gegenüber Phasenverschiebungen bei Impulsen leicht zu erklären.
Wie schon geschrieben gibt es KEINE Untersuchungen (wenn Du welche hast bitte her damit), die eine Phasenerkennung im entsprechend kleinen Bereich nachweisen konnten. Damit stimmen Theorie und Praxis doch überein.
Ein Experiment ist einen Allpass beliebiger Ordnung vor einem guten Kopfhörer und los geht es, wenn sich was tuten sollte wird wohl was an der Theorie dran sein wenn nicht...

Schöne Grüße:
Thomas

Gerade das mit dem Allpass ist im Studio "nachgewiesen". Irgendwo habe ich mal geschrieben, dass man ein Monosignal nur aus zwei koherenten, aber pegelunterschiedlichen Signalen richtig bilden kann, damit es nicht zu Auslöschungen kommt. Allerdings führt dies zu einer Pegelüberhöhung der von Natur aus mittigen Signale. Um nun Monosignale ohne diese Überhöhung bilden zu können wurden in Radiostudios sogenannte 90 Grad-Filter verwendet. Da werden eine reihe von Allpässen eingesetzt und zwar unterschiedliche für L und R. Der Sinn daran ist: Bei jeder Frequenz haben die beiden Filterketten eine Phasendifferenz von 90 Grad. Über den ganzen Frequenzbereich sind es dann natürlich mehr als 360 Grad. Das bedeutet, dass solche "90-Grad-Filter" den Frequenzgang nicht verändern, wohl aber den Phasengang und damit (durch den frequenzabhängig unterschiedlichen Drehwinkel) die Impulsform.

Versuche haben gezeigt, dass je nach Klangkörper eine deutliche Unterscheidung festzustellen ist, ob das Filter eingeschaltet ist oder nicht. Und dabei reicht es aus, wenn nur ein Signal über ein solches Filter geführt wird. Jedenfalls wurden diese Filter samt und sonders aus dem Signalweg verbannt. Die pegelangleichende Wirkung war zwar positiv vermerkt worden, die klangliche Beeinflussung aber war stärker und weit störender als die etwas unausgewogenere Mono-Abbildung.

Ausserdem sagst Du richtig

Wie schon geschrieben gibt es KEINE Untersuchungen (wenn Du welche hast bitte her damit), die eine Phasenerkennung im entsprechend kleinen Bereich nachweisen konnten

.
Erstens wurden diese Untersuchungen nicht durchgeführt, weil ja nicht sein kann, was nicht sein darf. Und zweitens kommt es darauf an, mit welchen Signalen man sowas durchführen will. Symmetrische Signale wie Rechteck, Sägezahn und Dreieck sind sicher nicht geeignet. Es müssen zwar einfache Signale sein, die aber höchstens in der vertikalen gespiegelt das Selbe ergeben, nicht aber bei horizontaler Spiegelung. Und wenn die Signale zu komplex sind ist das Gehör ebenso überfordert, wie auch die ganze Aufzeichnungselektronik.

Und dazu gerade ein Beispiel: Es ist bekannt, dass bei Aufnahmen fast laufend Equalizer eingesetzt werden, um das Klangbild anzupassen. Nun gab es früher die alten Dinger mit Schwingkreisen, später waren es meist elektronische Kreise höherer Ordnung, um die Steilheit hin zu bekommen (bezw. heute geschieht das Zeug digital, aber bleiben wir mal bei den analogen Anwendungen).
Nimmt man ein RC-Filter höherer Ordnung, so kommt es erstens zu starken Phasendrehungen und zweitens setzen diese bereits ein, wenn die Pegelbeeinflussung noch nicht stattgefunden hat.
Nimmt man aber ein LC-Filter höherer Güte, so entsteht ein verzögertes Einschwingen, aber dafür eine maximale Phasendrehung von +/-90 Grad. Und es ist interessant zu beobachten, wie von den meisten Tonmeistern die alten LC-EQ als klanglich wesentlich besser eingestuft wurden wie die späteren RC-EQ.
Der Unterschied lag im Ein- und Ausschwingen und in der Phasendrehung. Vom Frequenzgang her gab es keinerlei Unterschiede.
Wenn also das Einschwingen etwas mit 10mS (100Hz Obergrenze) zu tun hätte und eine Phasengeschichte keine Rolle spielen könnte, dann hätte es keinen hörbaren Unterschied gegeben. Diese waren und sind aber da, nur hat sich die Technik nicht ums Ohr und die Medizin nicht um die Studiotechnik gekümmert.

Ich versuche die Elektronik und die Medizin zusammenzuführen. Dass ich da bei beiden Seiten allenfalls auf Verständnislosigkeit stosse verwundert mich nicht, es sind aber nichts weiter als logische Schlüsse, die ich ziehe. Dass ich die Phasengeschichte in einem Versuch nachweisen konnte (es waren 6 Personen als Versuchstiere eingesetzt und alle haben den Effekt bestätigt) ist natürlich weder wissenschaftlich noch sonst wie hieb- und stichfest belegt. Mir genügt es aber um auf die Verknüpfung hinzuweisen und auf die Fehler der Medizin, die mangels Untersuchungen einfach behauptet, es könne diese Impulsform-Erkennung nicht geben.
Es leuchtet mir aber nicht ein, dass Techniker diese medizinische Vorgabe übernehmen, obwohl die Tatsache (von der Medizin herausgefunden) von Hör- und "Verstärkerzellen" für den Techniker logisch den Schluss fordern, dass zumindest die Hörzellen die Phase erkennen müssen und diese Ergebnis auch (zumindest an die Verstärkerzellen) weitergeben müssen.