Pfleid

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Inhaltsverzeichnis

Historie

Im Jahre 1976 gründete "einer der erfolgreichsten deutschen Erfinder" (Bild der Wissenschaft 2/87) Peter Pfleiderer[1] die Pfleid Wohnraumakustik GmbH. Ein Jahr zuvor hatte der Bauingenieur und Sohn eines leidenschaftlichen Pianisten angefangen, an "Lautprechern herumzuspielen", zu probieren "ob ich die Töne nicht so machen kann, wie ich sie von Klein auf kenne" (Pfleiderer).
Pfleiderers Erkenntnis: Weder bei der Aufnahme von Musik, noch bei der Konzeption von Lautsprechern wird in hinreichendem Maße berücksichtigt, daß der Verbraucher die Musik in einem Wohnraum und nicht in einem schallschluckend verkleideten Studio hört.

Seine Ideen zur "Wohnraumakustik" und über "die ersten schallstarken Reflexionen" erbrachten im Jahre 1983 mit der Erteilung eines Patents an Pfleiderer die Voraussetzungen zum Bau seiner "Pfleid-Lautsprecher" und des Echtzeitprozessor für die Außerkopflokalisation bei der Kopfhörerwiedergabe.
Weitere Forschungen über die Vorauskompensation von Lautsprechern, Phasenfehler der Lautsprecherchassis, Impusverzerrungen durch eine Frequenzweiche, etc. realisierte er mit Hilfe der Unterstützung des Bundesforschungsministeriums, des VDI Technologie Zentrum Berlin, der Fraunhofer Gesellschaft, der Bayrischen Staatsregierung und der Technischen Universität München.

Begleitet wurde Pfleiderers Arbeit von Beginn an von Auseinandersetzungen um die Patenten für seine Forschung. Dauerte die Erteilung seines ersten Patents noch sieben Jahre, zog sich der Rechtsstreit nach der Vorstellung seines Transducer Preset System zur Lautsprecherentzerrung nach Amplitude und Phase auf der Highend 1984 bis ins Jahr 1996 hin.

Inzwischen hat Pfleid die Fertigung von Geräten für den Endverbraucher aufgegeben und beschränkt sich auf die Lizenzvergabe und die Entwicklung. Aktuelle Projekte sind Akustikdecken und Akustik-Dämmung.

Die Thesen: Mit Pfleid hören Sie richtig

Quelle: Pfleid: Lautsprecher - Elektronik - Akustik - Innovationen 1991

Bescheid wissen

Wir möchten Ihnen in diesem Prospekt wirklich wichtige Informationen bieten. Zwar in Kurzform, aber trotzdem präzise. Sehr viele Faktoren haben nämlich einen Einfluß auf die Klangqualität von HiFi-Anlagen, welche jedoch sind die wichtigsten? In HiFi-Zeitschriften lesen Sie immer wieder die Ratschläge, daß

  • 1. beim Kauf einer neuen HiFi-Anlage mindestens die Hälfte des für die gesamte Anlage vorgesehenen Kaufpreises für die Lautsprecher ausgegeben werden soll und
  • 2. man die Lautsprecher möglichst zu Hause im Wohnraum probehören und aussuchen soll.

Gemeint ist damit, daß die Lautsprecher der wichtigste Teil der HiFi-Anlage sind. Es kommt aber bereits zum Ausdruck, daß sogar der Hörraum einen Einfluß auf die Klangqualität hat. Wie groß ist dieser Einfluß? In welcher Größenordnung liegt der Einfluß der anderen Komponenten, z.B. der von Tonaufnahmen, von Verstärkern, oder von Lautsprecherkabeln? Hier Bescheid zu wissen ist die wichtigste Voraussetzung für gezielte Klangoptimierungen.

Lautsprecher

Den stärksten Einfluß auf den Klang der HiFi-Anlage haben die Lautsprecher. Doch nur zu ca. 40% bestimmt die technische Qualität der Lautsprecher den wahrgenommenen Klang, zu ca. 60% ist dafür deren akustische Handhabung im Wohnraum verantwortlich. Das heißt ein technisch guter Lautsprecher kann, wenn er akustisch falsch gehandhabt wird, durchaus schlechter klingen als ein technisch nicht so guter Lautsprecher, der aber akustisch richtig gehandhabt wird.

Tonaufnahmen

Der zweitstärkste Einfluß liegt außerhalb Ihres Einflußbereichs. Er liegt in der Qualität der Tonaufzeichnungen durch die Tonmeister und ist zu 90% akustischer Natur.
Bei Jazz und Popmusik werden die Interpreten möglichst direkt aufgezeichnet, die Aufnahmen klingen deutlich und gut. Bei klassischer Musik wird oft versucht, neben den Instrumenten auch noch die Aufnahmeraumakustik mit aufzunehmen. Dadurch wird der Klang bei der Lautsprecherwiedergabe oft dumpf, unpräzise und schlecht.

Verstärker

An dritter Stelle liegen die Vor- und Endverstärker. Ihr Einfluß ist aber schon erheblich geringer als der von Lautsprechern oder der von Tonaufnahmen. Mit falsch aufgestellten Lautsprechern und mit schlechten Aufnahmen läßt sich auch durch die tollsten Vor- und Endverstärker nichts Wesentliches mehr verbessern. Die moderne Elektronik hat den technischen Unterschied zwischen den preiswerten Geräten und den wesentlich teureren High-End Komponenten deutlich zusammenschrumpfen lassen. Dadurch wird der Einfluß der Vor- und Endverstärker auf die Klangqualität mittlerweise immer geringer.

Sonstige

Zu den sonstigen Einflußgrößen zählen die Tonträger selbst, die CD's oder z.B. das Lautsprecherkabel. Deren Einfluß ist bereits so klein, daß er mit einwandfreien statistischen Methoden oft nicht mehr nachgewiesen werden kann. Nur auf Grund von umstrittenen subjektiven Aussagen wurde ihnen überhaupt ein Einfluß nachgesagt. Wenn vorhanden, liegt der Einfluß im geschmacklichen Bereich, und über Geschmack läßt sich streiten.

Das Buch: "HiFi auf den Punkt gebracht"

Wiedergabetechnik für unverfälschtes Hören von Peter M. Pfleiderer, Richard Pflaum Verlag München, 1990, ISBN 3-7905-0571-4

Stereo 3/91

Obwohl sich Peter M. Pfleiderers 230 Seiten dickes Werk naturgemäß hauptsächlich mit der Pfleiderschen Betrachtungsweise der HiFi- und Lautsprechertechnik beschäftigt, erfährt der Leser eine Unmenge interessanter Daten und Fakten zum Thema. Von der Raumakustik über die Aufnahmetechnik bis hin zur Kopfhörerwiedergabe schlägt der Autor einen großen Bogen durch verschiedene Aspekte anspruchsvoller Musikproduktion und -Reproduktion. Tips zur Lautsprecher-Aufstellung, Informationen zur Schallverarbeitung des Gehörs, praktische Schaltungsvorschläge und vieles mehr runden das Buch, in dem auch mit kritischen Bemerkungen zur HiFi-"Szene" und Testzeitschriften nicht gespart wird, ab.
Die Tatsache, daß die Klangqualität üblicher HiFi-Anlagen in hohem Maße von den akustischen Eigenschaften der Umgebung abhängt, wird von dem bekannten Entwickler mit praktischen Beispielen und Erklärungen kommentiert; vor allem für den hauptsächlich an der Lautsprechertechnik Interessierten dürfte "HiFi auf den Punkt gebracht" zum wertvollen, informativen - und auch vergnüglichen - Lesestoff werden.

hifi&tv

Peter M. Pfleiderer hat "HiFi auf den Punkt gebracht". So jedenfalls heist die Neuerscheinung, in der sich der Autor mit akustischen Phänomenen und technischen Fragen rund um Lautsprecher befaßt. Peter Pfleiderer hat im eigenen Labor etliche Erfindungen gemacht und bis zur internationalen Patentreife gebracht. Er weiß also, wovon er spricht, wenn er sich mit der "Wiedergabetechnik für unverfälschtes Hören", so der Untertitel, beschäftigt.
Viele der angeschnittenen Fragen werden vor allem HiFi-Techniker interessieren. Andere lesen mit Sicherheit Pfleiderers kritische Bemerkungen zu Tests, seine Überlegungen zur Wohnraumakustik oder zur Aufstellung von Lautsprechern in den häuslichen vier Wänden. "HiFi auf den Punkt gebracht" spricht also Fachleute und audiophile Elektronik-Fans gleichermaßen an.

Elektronik 10/1991

Den Lesern der ELEKTRONIK sind die Entwicklungen Peter Pfleiderers schon seit längerem bekannt. Sowohl das "Transducer-Preset-System" zur phasen- und amplitudenrichtigen Korrektur von Lautsprechern und anderen Wandlern als auch der Vollbereichslautsprecher FRS stellen wesentliche Verbesserungen der Wiedergabetechnik dar. Beide Entwicklungen werden im vorliegenden Werk ausführlich dargestellt, wobei die elektroakustischen Grundlagen umfanssender erörtert werden, als in früheren Veröffentlichungen.
Darüber hinaus werden auch Neuentwicklungen des Verfassers vorgestellt, wie etwa die konvexe Ausführung der FRS-Lautsprecher-Chassis, die in reflexionsarmen Räumen (wie dem Auto) den räumlichen Klangeindruck verbessern können, sowie der Raumakustik-Lautsprecher. Damit können akustische Fehler des Wiedergaberaumes besser kompensiert werden, als es mittels Equalizer möglich ist, was ja immer eine Verfälschung des Originals darstellt.
Der Ausgangspunkt der Überlegungen und Entwicklungen Pfleiderers ist die Tatsache, daß die Elektroakustik stets mit Unvollkommenheit arbeiten muß - seien es Aufnahme- oder Wiedergaberäume, Gerätschaften oder Wandler. Seine Verfahren zur Verbesserung der Klangwiedergabe sind meist unkonventionell, da sie diese Unvollkommenheiten in das System einbeziehen, statt mit idealisierten Modellen zu arbeiten, wie es in der Elektroakustik (oft erfolglos) praktiziert wird. Die hohe Wiedergabequalität seiner Systeme, die von Fachpresse wie Anwendern gleichermaßen geschätzt werden, gibt jedoch Pfleiderer und seiner Methode recht.
Das vorliegende Werk stellt insgesamt ein umfassendes Kompendium des akustischen Stands der HiFi-Technik dar, in dem vor allem diejenigen Aspekte berücksichtigt werden, welche in anderen Darstellungen zu diesem Thema meist ausgespart sind, wie etwa akustische oder psychoakustische Einflüsse, Fragen der Aufnahmetechnik, verschiedener Wiedergabeverfahren oder auch der Wahrnehmungspsychologie. Damit ist das Buch eine Fundgrube für alle, die sich als Profis oder Amateure mit Studio- und HiFi-Technik oder der Konstruktion von Lautsprechern und Beschallungsanlagen beschäftigen. Für den Praktiker sind die Schaltungsvorschläge samt Platinenvorlagen für elektronisch kompensierte Mehrwege-Lautsprechersysteme nach dem TPS-Verfahren besonders interessant.
P.Tiefenthaler

Müssen weg - Die Phasenfehler der Wandler

Ist das nicht absurd? Praktisch jeder Lautsprecher klingt beim Rauschen deutlich unterschiedlich im Vergleich zu anderen und alle Welt tut so als wäre das in Ordnung.
Die Phasenfehler der Lautsprecherchassis erzeugen große Klangunterschiede, die vor allem beim Rauschen deutlich werden.

Wieso gerade beim Rauschen? Was sind eigentlich Phasenfehler? Wie äußern sie sich sonst noch?
Phasenfehler bewirken Frequenzabhängige Verschiebungen aller Frequenzanteile gegeneinander. So werden tieffrequente Schallanteile bis zu -180° gegenüber der Nullage phasenverschoben, hochfrequente Schallanteile bis zu +90°. Werden bei Rausch- oder Musiksignalen mehrere Frequenzen gleichzeitig abgestrahlt, überlagern sie sich wegen der gegenseitigen Verschiebungen zu verfälschenden Hüllkurven Deshalb klingen Lautsprecher mit absolut gleichem Schalldruckverlauf aber unterschiedlichem Phasenfrequenzgang zwangsläufig unterschieldich. Beim Rauschen fällt dies nur am deutlichsten auf. Da die zusammengehörenden Tief- und Hochtonanteile des Signals gegeneinander versetzt werden, wird auch die Ortung der Schallquellen verfälscht. Es entstehen überräumliche Höreindrücke. Außerdem ergeben sich Fehler bei den Ein- und Ausschwingvorgängen vom Impulsen.

In völlig einseitiger Betrachtungsweise hat man bis heute die Lautsprecher nur in Bezug auf einen möglichst linearen Schalldruckverlauf optimiert, die Phasenfehler hingegen oft übersehen. Beim Rauschen wird deutlich, daß ca. 99,9% aller Lautsprecher ganz schwerwiegende Verzerrungen in Form von Phasenfehlern aufweisen. Eingentlich dürfte man bei Lautsprechern gar nicht von High Fidelity (Hohe Wiedergabetreue) sprehcen oder gar von High End.
Man hat heute bei Lautsprechern die gleiche Situation wie bei Verstärkern vor ca. 30 Jahren. Auch damals verursachten die Phasenfehler von Verstärkern ähnlich große Klangunterschiede, die ebenfalls vor allem beim Rauschen sehr deutlich wurden. Die Phasenfehler der Verstärker wurden beseitigt, weil die Übertragungsfehler der Geräte keine Geschmacksfrage sind.
Auch Lautsprecher dürften den Klang nicht verfälschen oder gar eigenständige räumliche Höreindrücke vermitteln, sie sollen fehlerfreien Klang produzieren.

Wir haben die Phasenfehler bei Lautsprechern beseitigt und damit die wohl letzte große Hürde zur unverfälschten Klangwiedergabe überwunden.
Zur Verhinderung der Fehler im Amplituden- und im Phasenfrequenzgang wird die TPS-Entzerrschaltung vor den Wandler gesetzt. Sie bildet genau das inverse Verhalten des Lautsprechers im Schalldruckverlauf und im Phasenfrequenzgang nach. Dadurch kann das gesamte Fehlverhalten voll kompensiert werden.

Quelle: Pfleid: Lautsprecher - Elektronik - Akustik - Innovation, 1990

Verfälschen den Klang - Frequenzweichen

Frequenzweichen sind elektronische Filter. Wie alle Filterschaltungen erzeugen sie Signalveränderungen nach Betrag und Phase. Es wird also nicht nur der Schalldruck in der gewünschten Weise bedämpft, sondern dabei immer auch die Phase verschoben. Außerdem entstehen Einschwingverzerrungen bei Impulsen. Dies ist physikalisch bedingt. Diese Auswirkungen ergeben sich bei passiven oder aktiven Filtern in gleicher Weise wie bei analogen oder digitalen Filtern von Frequenzweichen.

Die meisten in Frequenzweichen verwirklichten Filterschaltungen setzen sich bei Zweiwege-Boxen aus einem Hochpaß und einem Tiefpaß zusammen. Bei Mehrwegeboxen lassen sich beliebig viele Bandpässe dazwischenschalten.
Der Phasenfehler zwischen den zwei durch eine Frequenzweiche aufgeteilten Kanälen beträgt bei:

  • 6dB Weichen 90 Grad
  • 12dB Weichen 180 Grad
  • 18dB Weichen 270 Grad
  • 24db Weichen 360 Grad

Bei Mehrwege-Lautsprechern mit Frequenzweichen können nur noch Auslöschungen im Schalldruckverlauf vermieden werden. Hierzu werden Sinussignale verwendet, die ausschließlich nur im eingeschwungenen Bereich betrachtet werden. Die beiden gegeneinander phasenverschobenen Signale werden einfach nur so lange weiter gegeneinander verschoben, bis sich bei ihrer akustischen Überlagerung keine Schalldruckauslöschungen mehr ergeben. Die gegenseitige Verschiebung kann elektrisch erfolgen, oder es werden die Chassis räumlich gegeneinander versetzt oder verpolt.

Durch die gegeneinander verschobenen Signale, sowie durch die Einschwingungsverzerrungen bei Impulsen, entstehen zusätzliche, nur von der Weiche hervorgerufene, ungewollte Räumlichkeitseffekte.

Wenn sich die Phasenfehler und die Einschwingungsverzerrungen der Frequenzweichen mit den Phasenfehlern und Einschwingungsverzerrungen der Lautsprecherchassis überlagern, entstehen neue Fehlerstrukturen sowie neue Räumlichkeitseffekte. Dies ist auch der Grund, weshalb Musik oder breitbandiges Rauschen mit jedem Mehrwege-Lautsprecher anders klingt, ja anders klingen muß.
Sogar die Klangunterschiede des gleichen Lautsprechers mit verschiedenen Verstärkern kommen meist daher und nicht vom Verstärker. Sie entstehen daraus, mit welcher Leistung und mit welchem Dämpfungsfaktor die Verstärker die Dämpfungswirkung der Weiche und des Chassis überspielen können.
Wird die Weiche entfernt und das Chassis entzerrt, lösen sich diese Klangunterschiede meistens auf.
Die Fehler der Frequenzweichen lassen sich auch durch eine Entzerrung der Mehrwege-Lautsprecher nicht mehr beheben. Der Schalldruckverlauf, der mit Sinussignalen gemessen wird, verläuft an der Übergangsfrequenz zwischen zwei Chassis ohne einen Einbruch, und auch die Phasenverschiebung zwischen den zwei Kanälen wird mit Sinussignalen nicht hörbar. Maßnahmen, um die Phasenfehler zu beseitigen, führen unweigerlich zu Schalldruckauslöschungen, die schlimmer empfunden werden als die falschen Räumlichkeitseffekte.
Die beschriebenen Fehler treten aufgrund der Weiche immer auf, egal ob es sich um Substraktionsweichen, phasenstarre Weichen, linearphasige Filter, analoge oder digitale Frequenzweichen handelt. Sie lassen sich nicht beseitigen, sie sind auch immer hörbar.
Der einzige Weg, die Fehler der Frequenzweiche wirklich zu vermeiden, ist sie gänzlich wegzulassen und einen Einweg-Lautsprecher zu benützen.

Quelle: Pfleid: Lautsprecher - Elektronik - Akustik - Innovation

Beurteilen von Lautsprechern

Mehr als Frequenzgang und Klirrgrad

Ein Artikel aus der Frankfurter Allgemeinen Zeitung vom 4.8.1992
Über die Notwendigkeit, die Test von Lautsprechern zu verbessern - von Peter M. Pfleiderer
Der Autor, Diplom-Ingenieur Peter M. Pfleiderer, ist HiFi-Entwickler in München und Vorkämpfer für den Einweg-Lautsprecher, der als akustischer Punktstrahler wirkt und ohne Frequenzweiche auskommt. Wir veröffentlichen seinen Aufsatz als interessanten und engagierten Diskussionsbeitrag (Die FAZ-Redaktion)

Musik, Klänge, Kompositionen, Interpretationen verschiedener Künstler sind ganz kar eine Geschmacksfrage. Es läßt sich vortrefflich darüber streiten, und man kann durchaus unterschiedlicher Meinung sein. Wenn aber die gleiche Musik über verschiedene HiFi-Anlagen jeweils anders klingt, sind die Ursachen technische oder akustische Fehler. Solche Fehler sind eindeutig als Signalverzerrungen nachweisbar. Es sind keineswegs Errungenschaften, die man vom Geschmacksstandpunkt aus würdigen könnte.

Hierin liegt die Schwäche der heutigen Tests von HiFi-Geräten. Obwohl alle hörbaren Klangunterschiede mit geeigneten Messungen – zum Beispiel mit Hilfe von Rechtecksignalen - eindeutig erfaßt werden können, beschränkt man sich bis heute auf die Feststellung des Frequenzgangs (das ist nur der Schalldruckverlauf) und des Klirrgrads (das ist eine wenig aussagekräftige Prozentzahl). Und weil diese Messungen vollig ungenügend sind, um die Qualität von HiFi-Geräten zu beschreiben, fügt man eine wortreiche Beschreibung der subjektiv empfundenen Klangeindrücke hinzu. Der gravierende Nachteil dieser Testmethode ist, daß die Phasenfehler und Impulsverzerrungen der HiFi-Geräte, die deutliche Veränderungen an der Form des übertragenden Signals hervorrufen, damit nicht erfaßt werden köönen.

Gerade diese Fehler aber sind die heute maßgeblichen Signalverfälschungen. Musik, Sprache und alle Geräusche setzen sich nämlich nur zu einem Teils aus Frequenzgemischen zusammen, deren Anteile gleich laut wiedergegeben werden müssen, wenn Klangverfärbungen vermieden werden sollen, Noch wichtiger ist die völlig unverzerrte Wiedergabe von impulsförmigen Eischwingvorgängen: Denn gerade sie kennzeichnen jedes Musikinstrument, jede Stimme und jedes Geräusch. Wenn man beispielsweise von einem Tonanschlag auf dem Klavier den Einschwingschlag wegschneidet und nur das Weiter- und Ausklingen zu Gehör bringt, so ist das Musikinstrument nicht mehr als Klavier erkennbar. Das gilt ebenso für andere Instrumente, Stimmen und Geräusche.

Bei der Signalwiedergabe über HiFi-Geräte muß deshalb nicht nur der Frequenzgang (Schalldruckverlauf) einwandfrei reproduziert werden, sondern es ist noch viel wichtiger, daß auch die Form des übertragenden Signals, die von impulsförmigen Einschwingvorgängen bestimmt wird, nicht durch Phasenfehler und Impulsverzerrungen der HiFi-Geräte verfälscht wird. Am besten lassen sich diese Verfälschungen der Signalform mit der vorgenannten Form von Rechtecksignalen zeigen.

Da diese Bedingungen für die unverzerrte Signalwiedergabe gleichermaßen für jedes Glied der elektroakustischen Übertragungskette gilt, ist es höchste Zeit, sie auch bei allen HiFi-Geräten zu überprüfen. Nicht nur bei Verstärkern, wo es bereits geschieht, sondern auch bei Lautsprechern, bei HiFi-Geräten mit digitalen Datenreduktionsverfahren, aber auch bei Lautsprecherkabeln sind diese Messungen der Verzerrungen von Rechtecksignalen notwendig. Dabei sind gleiche Rechtecksignal-Frequenzen zu wählen, zu Beispiel 250 und 750 Herz, um die jeweilige Größe der Verzerrung der Rechtecksignal-Form bei jedem einzelnen Glied der elektroakustischen Übertragungskette größenordnungsmäßig vergleichen zu können. Diese Messungen sind unbestechlich und zeigen klar, daß vor allem die heute üblichen Mehrwege-Lautsprecher mit Frequenzweichen die absolut größten Verzerrungen aufweisen; oft ist nicht einmal mehr die Form des Rechtecksignals erkennbar. Im Gegensatz dazu sind bei Lautsprecherkabeln in der Regel keine Verzerrungen nachzuvollziehen.

Die subjektiven Klangbeschreibungen der bisherigen Hörtests können hier nicht weiterhelfen. Sie führen allenfalls zu fruchtlosen Auseinandersetzungen über Geschmacksfragen, ohne daß die eigentlichen Fehler erkannt, genannt, geschweige denn gelöst werden. Diese subjektiven Klangbeschreibungen sind aber auch der Grund, weshalb Fehlentwicklungen bis heute immer wieder möglich wurden. Rein geschmacklich begründete Aussagen sind nämlich der ideale Nährboden für Schwindeleien, da sie sich ohne eine durch sachgemäße Messungen verbesserte Testmethode nicht gegebenenfalls als Unsinn entlarven lassen. Ein Beispiel für eine solche Fehlentwicklung ist, daß es einem kleinen Zirkel in High-End-Kreisen gelang, den von der Großindustrie geschaffenen fundamentalen Fortschritt der Digitaltechnik zu verleugnen und statt dessen ihren Bereich, das Zubehör, zum Motor des technischen Fortschritts hochzustilisieren. So werden High-End-Freunde heute allen Ernstes glauben gemacht, Lautsprecherkabel, Stecker und Netzfilter seien klangentscheidende Faktoren.

Wenn es sich herausstellt, daß die bisherigen Testmethoden nicht mehr ausreichen, dann haben die Verbraucher Anspruch auf verbesserte Testmethoden. Wie schnell der weitere Forschritt in der HiFi-Technik sein wird, hängt auch davon ab, daß die Verbraucher mit Hilfe der beschriebenen Messungen vorn Rechtecksignlaen darüber informiert werden, welcher Art die Verzerrungen auf die Sigfnalform sind und in welcher Größenordnung sich diese Fehler bei den einzelnen HiFi-Geräten bewegen. Die Einführung dieser verbesserten Testmethode ist auch der einzig gangbare Weg, um klar zwischen technischen und akustischen Fehlern bei Lautsprechern zu unterschieden. Wenn künftig ein meßtechnisch enwandfreier Lautsprecher, der Rechtecksignale ohne Verzerrungen richtig wiedergeben kann, die Musik trotzdem nicht gut klingen läßt, dann ist er im Hörraum nicht optimal aufgestellt, nicht richtig auf den Hörraum eingestellt, oder das Musikmaterial taugt nichts.

Schlechtes Tonmaterial kann nämlich auch die Ursache für unbefriedigenden Klang sein. Es entsteht durch undeutliche oder mit räumlichen Fehlern gemachte Aufnahmen sowie durch technische, akustische oider musikalische Fehler während der Klangbearbeitung. Allein mit fehlerfreiem Tonmaterial können die gravierenden Phasenfehler und Impulsverzerrungen der konventionellen Mehrwege-Lautsprecher klar hörbar gemacht werden. Leider ist solches Musikmaterial noch keine Selbstverständlichkeit. Vor allem im Klassik-Bereich sind über 95 Prozent der Aufnahmen noicht so, wie sie sein könnten, Das hat akustische Gründe. Im Tonstudio wird Musik heute noch sehr oft in zu stark schallgedämpften Räumen abgehört und so bearbeitet, daß sie unter diesen absonderlichen Bedingungen gut klingt. Natürlich klingt sie dann unter normalen Bedingungen nicht mehr gut. Der Denkfehler ist, daß die Tonmeister der „alten Schule“ immer auch die Aufnahmeraum-Akustik mit übertragen wollen. Bei richtige aufgezeichnetem Musikmaterial hingegen spielt der Aufnahmeraum gar keine Rolle mehr. Hier stehen die Musiker im Hörraum, links, in der Mitte und rechts, sie sind deutlcih ortbar, präzise aufgezeichnet und deswegen auch musikalisch beeindruckend. Solche Aufnahmen machen auf Anhieb klar, wie unmittelbar Musik die Emotionen ansprechen kann.

Eine Anleitung zum qualifizierten Beurteilen von Lautsprechern

Dieser Vortrag wurde von Peter Pfleiderer in deutscher Srache gehalten auf der 17. Tonmeistertagung, Karlsruhe, 17.-20. November 1992 und in englischer Sprache auf der 94. Convention der Audio Engineering Society, Berlin, Deutschland, 16.-19. März 1993 [2]

Abstract

Heute übliche Lautsprecherbeurteilungen bestehen aus Schalldruckmessungen und subjektiven Klangbeschreibungen. Damit werden Phasenfehler und Impulsverzerrungen aber nicht erfaßt. Dies ist nur möglich mit Rechtecksignalen. Da es jetzt Lautsprecher gibt, die Rechtecksignale akustisch richtig wiedergeben können, ist es Zeit dieses Meßkriterium bei Lautsprechern einzuführen. Wenn in Zukunft ein Lautsprecher, der Rechtecksignale wiedergeben kann, die Musik trotzdem nicht gut klingen läßt, dann ist er eben im Hörraum nicht richtig aufgestellt, nicht richtig auf den Hörraum eingestellt, oder das Musikmaterial taugt nichts. Man kann endlich zwischen technischen und akustischen Fehlern klar unterscheiden. Die häufigsten technischen bzw. akustischen Fehler werden beschrieben.

Einleitung

So wie die Beurteilungen von Lautsprechern bisher oft durchgeführt werden, sind sie auf Dauer gewiß nicht haltbar. Die heute üblichen "Frequenzgangmessungen" erfassen nämlich nur den Schalldruckverlauf der Lautsprecher, und die "Klirrfaktormessungen" erfassen nur die "nichtlinearen" Verzerrungen, also den Anteil der Oberwellen bei einer sinusförmigen Grundwelle. Weil aber diese Messungen überhaupt nicht ausreichen, um mit ihnen die Klangqualität zu dokumentieren, fügt man eine wortreiche Beschreibung der sub- jektiv empfundenen Höreindrücke hinzu. Der Nachteil dieser Beurteilungsmethode ist, daß die großen "linearen" Verzerrungen der Lautsprecher nicht erfaßt werden können. Diese linearen Verzerrungen, die durch Phasenfehler entstehen, rufen extreme Veränderungen in der Form des übertragenen Signals und Impulsverfälschungen hervor. Die Signalform jedoch, die so- genannte Hüllkurve, bestimmt maßgeblich den Klang.
Aber nicht nur die linearen Verzerrungen der Lautsprecher werden bis heute einfach ignoriert, auch ganz primitive akustische Fehler werden meßtechnisch überhaupt nicht erfaßt. Überdies werden all diese unterschiedlichen Fehler bei heutigen Hörtests lediglich in ihrem Gesamteindruck bewertet. Eine solch undifferenzierte und zwangsläufig rein geschmacklich orientierte Bewertung reicht heute nicht mehr aus.
Die richtige Lösung lautet: Der lineare Schalldruckverlauf der Lautsprecher ist zwar wichtig, um Klangverfärbungen zu vermeiden, noch viel wichtiger aber ist die völlig unverzerrte Wiedergabe von komplexen und impulsförmigen Einschwingvorgängen. Denn gerade diese sind typisch für jedes Musikinstrument, für jede Stimme und für jedes Geräusch. Wenn man beispielsweise von einem Tonanschlag auf dem Klavier den Einschwingvorgang wegschneidet und nur das Weiter- und Ausklingen zu Gehör bringt, so ist das Musikinstrument nicht mehr als Klavier erkennbar /1/. Dies gilt grundsätzlich für jedes Instrument, sowie für Stimmen und für Geräusche.
Da die Form der Hüllkurve einen entscheidenden Einfluß darauf hat, wie der Klang wahrgenommen wird, ist verständlich, daß Veränderungen in der Form der Hüllkurve von größter Bedeutung für den Klangeindruck sind. Nachweisen lassen sich solche Verfälschungen des Signals am besten mit Hilfe einer vorgegebenen Signalform, z.B. durch Rechtecksignale. Rechtecksignale enthalten bekanntlich das gesamte Frequenzspektrum - nicht anders als die Musik. So wie sich beim unverfälschten Musiksignal die Hüllkurve aus der richtigen Überlagerung von Grund- und Obertönen zusammensetzt, ergibt sich die korrekte Form des Recht- ecksignals aus der phasenrichtigen Überlagerung aller sinusförmigen Frequenzanteile. Deshalb kann man mit Messungen von Rechtecksignalen alle klangbeeinflussenden Veränderungen der Hüllkurven erfassen - egal ob es sich dabei um lineare, nichtlineare oder akustisch bedingte Verzerrungen handelt.
Die technischen Möglichkeiten, um Rechtecksignale akustisch richtig wiederzugeben, sind bereits vorhanden. Dies zeigen die folgenden Oszillogramme eines frequenz- und phasenkompensierten Lautsprechers /2/3/4/.
Veränderungen der Signalform, z.B. durch Phasenfehler sind im Frequenzbereich zwischen 250 und 1000 Hertz am deutlichsten hörbar. Wenn daher bei allen Komponenten einer Musikwiedergabekette die Messungen mit Rechtecksignalen durchgeführt werden, und zwar im besagten Frequenzbereich bei 250, 750 und 1000 Hz, dann kann im direkten Vergleich deutlich gemacht werden, wo das klanglich schwächste Glied in der elektroakustischen Übertragungskette sitzt.
Nun können aber nicht nur Phasenfehler den Klang beeinträchtigen, sondern auch akustische Fehler. Um diese aufzudecken, eignen sich ebenfalls Rechtecksignale ganz vorzüglich.
Akustische Fehler entstehen vor allem dann, wenn das den Klang bestimmende Tonsignal falsch zusammengesetzt oder durch Reflexionen verändert wird. Diese akustisch bedingten Veränderungen der Signalform lassen sich durchaus mit den technisch bedingten Signalverfälschungen durch Phasenfehler vergleichen. Auch gehörmäßig wirken sie sich ähnlich aus: Der Klang verliert an Natürlichkeit, die Ortbarkeit der Instrumente wird beeinträchtigt, und es entstehen künstliche Räumlichkeitseffekte. Die Begriffe "Klang" und "Räumlichkeit" haben sich bis heute einer objektiv nachvollziehbaren Bewertung entzogen. Aufgrund der technischen Fehler in der Wiedergabekette, vor allem bei den Lautsprechern, wurden die akustischen Fehler meist gänzlich verdeckt. Manche Firmen machen sich diesen Sachverhalt sogar zunutze und erzeugen bewußt "firmenspezifische" Phasenfehler in ihren Lautsprechern. Sie stützen sich hierbei auf den Geschmack einer bestimmten Hörerschicht, die an solchen Effekten Gefallen findet. Solche nur subjektiv zugängliche Klang- und Räumlichkeitseffekte haben geschmacksneutrale Bewertungen des Musikmaterials über Lautsprecher bis heute verhindert. Daran mußten letztlich auch alle Versuche scheitern, eine Standardisierung der Abhörbedingungen im Tonstudiobereich herbeizuführen.
Die Betrachtung und Überprüfung der musikalisch relevanten Signalform ist ein vollkommen neuer Denkansatz. Viele Fehler in der gesamten elektroakustischen Übertragungskette, die bisher oft nur aus dem Blickwinkel des linearen Schalldruckverlaufs gesehen wurden, müssen daher neu bewertet werden. Betrachten wir der Reihe nach die häufigsten technischen und akustischen Fehler:

Der elektrodynamische Wandler

Lautsprecher, Kopfhörer und Mikrofone nach diesem Wandlerprinzip sind als Masse-Feder-Dämpfungs-Schwingsysteme aufgebaut und haben alle dieselben prinzipbedingten Fehler. Alle zeigen irgendwo eine Resonanzfrequenz, einen steilen Abfall im Schalldruckverlauf am oberen und unteren Ende des Übertragungsbereichs, extreme Phasendrehungen innerhalb des Übertragungsbereichs und weisen deutliche Impulsverzerrungen auf.
Sogar innerhalb ihres speziellen Übertragungsbereichs, dort wo der Schalldruck linear verläuft, kommt es zu ganz erheblichen Phasendrehungen.
Diese Phasenfehler bewirken frequenzabhängige, zeitliche Verschiebungen der unterschiedlichen Frequenzanteile gegeneinander. So werden tieffrequente Schall- anteile bis zu minus 180 Grad gegenüber der Nullage versetzt, hochfrequente Schallanteile hingegen bis zu plus 90 Grad. Bei Impulsen oder bei Tonbursts bewirken diese Phasen- bzw. Zeitfehler deutliche Ein- und Ausschwingverzerrungen.
Werden bei Rauschsignalen, Rechteck- oder Musiksignalen Frequenzgemische abgestrahlt, überlagern sich die unterschiedlichen Frequenzanteile wegen der gegenseitigen Phasenverschiebungen zu verfälschten Hüllkurven.
Das ist unter anderem der Hauptgrund, weshalb Lautsprecher mit absolut identischem Schalldruckverlauf, aber ungleichem Phasenfrequenzgang, unterschiedlich klingen. Da außerdem die eigentlich zusammengehörigen Tief- und Hochtonanteile des Signals zeitlich gegeneinander versetzt werden, wird überdies die Ortung der Schallquellen verfälscht - es entstehen überräumliche Höreindrücke.
Wer mit elektrodynamischen Lautsprechern Musik hört oder gar Aufnahmequalität beurteilen will, muß folglich etwas gegen die prinzipbedingten Fehler dieser Wandler unternehmen. Wenn das nicht geschieht, ist der Klangeindruck zwangsläufig von vornherein verfälscht. Eine erprobte und in der Praxis bewährte Möglichkeit ist die TPS-Lautsprecherentzerrung (TPS=Transducer Preset System) /4/5/. Sie bildet als elektronische Schaltung genau das inverse Eigenverhalten eines Lautsprecherchassis im Schalldruckverlauf und im Phasenfrequenzgang nach. Vor das passende Chassis gesetzt kann das gesamte Fehlverhalten des Chassis in Echtzeit kompensiert werden.

Frequenzweichen

Frequenzweichen sind elektronische Filter. Sie werden bis heute überwiegend als rekursive Filter ausgeführt, die auch als IIR-Filter (IIR=Infinite-Impulse-Response) bezeichnet werden. Alle diese Filterschaltungen erzeugen Signalveränderungen nach Betrag und Phase. Wer also mit solchen Filtern in Frequenzweichen den Schalldruckverlauf einzelner Chassis von Mehrwege-Lautsprechern begrenzt, kann eine Beeinflussung der Phasenlage nicht verhindern. Die unterschiedliche Phasenverschiebung bei verschiedenen Frequenzen bewirkt, daß die Wiedergabe von Impulsen durch Ein- und Ausschwingverzerrungen verfälscht wird. Dies ist physikalisch bedingt. Daher ergeben sich diese Fehler nicht nur mit passiven und aktiven, rekursiven Analog-Filtern, sondern ebenso auch bei rekursiven Digital-Filtern.
Meßtechnisch nachweisen lassen sich diese Fehler als Verzerrungen von Impulsen, Tonburst- und Rechtecksignalen (Bild 7). Gehörmäßig machen sie sich als Klangveränderungen, Ortungsbeeinträchtigungen und künstliche Räumlichkeitseffekte bemerkbar.
Digital-Filter kann man auch als nichtrekursive Filter ausführen. Diese werden als FIR-Filter (FIR=Finite-Impulse-Response) bezeichnet. Solche Filter erlauben die Einstellung der Phase unabhängig von der Amplitude (Betrag). Nun dürfen aber in der Audiotechnik keinerlei Laufzeitunterschiede zwischen tiefen und hohen Tönen auftreten. Folglich müssen diese Filter so konstruiert sein, daß sie einen absolut linearen Phasengang besitzen. Die FIR-Filter mit linearem Phasengang erzeugen bei allen Frequenzen die gleiche Phasendrehung (die gleiche Laufzeitdifferenz) gegenüber dem Originalsignal. Sie weisen aufgrund ihrer Arbeitsweise nicht die kürzestmögliche Signallaufzeit auf (sie sind nicht minimalphasig) /6/. Hierdurch geht die Möglichkeit verloren, mit solchen Filtern die Signalverarbeitung in Echtzeit durchzuführen. Dies wiederum ist nicht akzeptabel für die Kombination verschiedener Lautsprecher untereinander oder die Kombination von Bild und Ton, sowie die praktischen Erfordernisse der Signalbearbeitung in Tonstudios /7/.

Akustische Bündelungseffekte

Akustische Bündelungseffekte gehören zu den primitvsten akustischen Fehlern. Sie treten auf, sobald Lautsprecher den Schall nicht bei allen Frequenzen gleich- mäßig in alle Richtungen verteilen, sondern - vor allem im Hochtonbereich - gebündelt nur in eine bestimmte Richtung abstrahlen. Das geschieht immer dann, wenn die Abstrahlfläche groß wird im Verhältnis zur abgestrahlten Wellenlänge, z.B. bei allen Hochtönern mit großer Membranfläche oder bei Lautsprecherzeilen - die zusätzlich auch noch Interferenzen aufweisen.

Interferenzen

Auch Interferenzen sind primtive akustische Fehler. Sie entstehen durch Laufzeitunterschiede bei versetzt übereinander angeordneten Chassis von Mehrwege-Lautsprechern. Außer Interferenzen ergeben sich an jedem Punkt im Hörraum andersartige Überlagerungen mit immer anders verfälschten Hüllkurven.

Koaxial - Lautsprecher

Diese Interferenzen waren der Grund, weshalb im Tonstudiobereich schon relativ früh Koaxial-Lautsprecher zum Einsatz kamen, bei denen die Chassis konzentrisch, hintereinander auf einer Achse, angeordnet wurden. Allerdings benötigen Koaxial-Lautsprecher als Mehrwege-Lautsprecher stets eine Frequenzweiche. Somit können sie nicht die Signalverfälschungen der Frequenzweichen vermeiden. Weitere Fehlerursachen bestehen darin, daß sich die unmittelbar nebeneinander liegenden elektrischen, magnetischen und akustischen Felder der zwei Lautsprecherchassis immer gegenseitig beeinflussen und stören. Hier liegt der Grund, warum verschiedene, erst kürzlich neu am Markt erschienene Koaxial-Lautsprecherchassis schon wieder verschwunden sind.
Auch bei Koaxial-Lautsprechern lassen sich die Verzerrungen der Signalform mit den üblichen Schalldruckmessungen im Fernfeld der Chassis nicht aufzeigen. Wenn z.B. bei Zweiwege-Koaxial-Lautsprechern die konzentrisch um die Hochtonmembran herum angeordnete Tiefmitteltonmembran in Schwingungen versetzt wird, treten an den inneren und äußeren Rändern gegenphasige Druckbeanspruchungen auf. Am äußeren Rand, also zum Lautsprechergehäuse hin, bleiben diese Druckbeanspruchungen klanglich ohne Folgen, weil das Gehäuse nicht mitschwingt. Anders jedoch am inneren Membranrand, also zur Hochtonmembran hin. Hier wirkt der enorme Schalldruck des Baßbereichs aus unmittelbarer Nähe ungehindert auf die leichte, nachgiebig eingespannte und separat schwingungsfähige Hochtoneinheit ein und verursacht schwerwiegende Verzerrungen (Bild 9). Sie werden als nichtlineare Verzerrungen und als Einschwingverzerrungen hörbar und lassen sich auch meßtechnisch ohne weiteres nachweisen.
Vergleichbare Probleme und ähnliche Verzerrungen treten auf, wenn der Hochtöner als separate Einheit unmittelbar vor den Tiefmitteltöner montiert wird.
Für jeden, der diese Probleme genauer untersucht hat, versteht es sich von selbst, daß angesichts dieser Fakten die Lösung der fehlerfreien Lautsprecherwiedergabe in Zukunft nicht mehr darin liegen kann, das Tonsignal durch die Filter von Frequenzweichen aufzutrennen und es danach über mehrere Lautsprecherchassis wieder zusammenzufügen.

Kurzzeitreflexionen

Die Kurzzeitreflexionen bedürfen einer genaueren Erläuterung. Grundsätzlich sind Reflexionen wichtig für den Klang. Wenn sie jedoch zu schnell nach dem Direktschall beim Hörer eintreffen, wird die Wahrnehmung der Direktschallinformation selbst beeinträch- tigt. In diesem Fall verändern Kurzzeitreflexionen die klangrelevante Signalform ebenso wie Phasenfehler. Auch Kurzzeitreflexionen wurden bisher vorwiegend nur schalldruckmäßig bewertet. Doch hat man festgestellt, daß sie selbst bei einer starken Pegelabsenkung von bis zu 20 dB noch als störend wahrgenommen werden /8/.
Die neue Betrachtungsweise der unverfälschten Signalform verhilft nun dazu, das Problem der Kurzzeitreflexionen genau zu erfassen. Wann treffen nämlich Reflexionen zu schnell nach dem Direktschall beim Hörer ein? Das technisch meßbare Kriterium hierfür ist: An der untersten Frequenz, bei der Phasenfehler vom Gehör deutlich nachvollzogen werden können, dürfen keinerlei Verfälschungen der Rechtecksignalform auftreten. Maßgeblich dafür ist die Rechtecksignalfrequenz von ca. 250 Hertz. Hieraus folgt: Zwischen dem Direktschallsignal und den ersten schallstarken Reflexionen muß die Wegdifferenz ca. 1,3 Meter betragen und die Zeitdifferenz etwa 4 Millisekunden.
Außerdem kann durch die Betrachtung der Signalform die spezielle akustische Problematik der Kurzzeitreflexionen besser verstanden werden. Jedes Musiksignal besteht ja aus sinusförmigen Grundwellen mit sehr großen Schwingungsamplituden. Werden jetzt zwei solcher Musiksignale mit annähernd gleicher Grundwellenstruktur nur geringfügig zeitversetzt miteinander überlagert, bilden sich vollkommen neue, kammfilterartige Signalformen mit absolut markanten Ein- und Ausschwingvorgängen. Die Ein- und Ausschwingvorgänge der Instrumente, die ursprünglich das Musiksignal geprägt haben, sind in diesen neu geprägten Signalformen fast nicht mehr zu erkennen. Stattdessen bestimmen nun die neuen, verfälschten Signalmerkmale den Klang, sowie die Ortungen und die Räumlichkeitseindrücke.
Im folgenden sollen die häufigsten, durch Kurzzeitreflexionen verursachten akustischen Fehler bei der Lautsprecherwiedergabe beschrieben werden.

Die Aufstellung der Lautsprecher

Bekanntlich kommt es bei der Aufstellung der Lautsprecher in Wand-, Ecken- oder Bodennähe durch Reflexionen zu deutlichen Baßüberhöhungen sowie Schalldruckauslöschungen. Diese Betrachtungsweise berücksichtigt aber nur den Schalldruckverlauf. Die Problematik der Signalformverfälschung wird besser verständlich, wenn die reflektierte Wellenfront in Verbindung mit einer Spiegelschallquelle dargestellt wird (Bild 11) /9/. Sobald nämlich zwei wenig gegeneinander zeitversetzte Rechtecksignale miteinander überlagert werden, kann nie mehr die unverfälschte Signalform erreicht werden, selbst wenn man mit "Equalizern" den linearen Schalldruckverlauf wiedereinstellt (siehe hierzu auch die Bilder 12,a,b,c).
Diese Fehler lassen sich durch die folgenden Aufstell-Bedingungen vermeiden: a) Lautsprecher sollten zu einer dahinterliegenden Wand mindestens einen Abstand von 60 cm haben; 80 cm sind besser, ein Meter ist optimal.
b) Die Lautsprecher sollten zu einer seitlichen Wand mindestens einen Abstand von 80 Zentimetern haben; ein Meter ist besser, eineinhalb Meter sind optimal.
Vor allem wird immer wieder übersehen, daß auch der Boden eine Reflexionsfläche ist und auch hier sinngemäß die gleichen Abstände einzuhalten sind wie zu einer Seitenwand, nämlich mindestens 80 Zentimeter.

Lautsprecher mit Baßverstärkung nach dem Baßreflexprinzip

Bei Baßreflexboxen wird der Schalldruck im Tieftonbereich aus der Überlagerung des Direktschalls mit den aus der Baßreflexöffnung austretenden Schallanteilen gewonnen. Diese Schallanteile sind gegenüber dem Direktschallsignal des Lautsprecherchassis zeitversetzt, da ihr Laufweg innerhalb der Box und durch den Reflexkanal hindurch verläuft. Dieser Laufweg prägt auch ihr kammfilterartiges Einschwingverhalten. Über der Resonanzfrequenz der gewählten Gehäuse-Reflexkanal-Konstruktion ist der akustisch wirksame Laufweg nur noch ca. 20 - 60 Zentimeter, es bilden sich Kurzzeitreflexionen. Bild 12a,b,c zeigt anhand von Rechtecksignalen mit verschiedenen Frequenzen, wie die Kurzzeitreflexionen der Reflex-Schallanteile jeweils die Signalform verfälschen.
Vor allem bei Zweiwege-Lautsprechern werden diese Fehler deutlich hörbar. Der Grund ist, daß bei diesen Lautsprechern der untere Frequenzbereich meist bis über 1000 Hertz reicht, und man sich somit Verfälschungen genau in jenem Frequenzbereich einhandelt, wo sie am deutlichsten hörbar sind.

Lautsprecher die mit Kurzzeitreflexionen arbeiten

Es gibt einen - weit verbreiteten - direkt/indirekt - abstrahlenden Lautsprecher, der laut Betriebsanleitung dreißig Zentimeter vor einer reflektierenden Wand aufgestellt werden soll (Bild 13) /10/. Gerade diese Aufstellungsweise aber erzeugt Kurzzeitreflexionen. Zusätz- lich wird dieser Lautsprecher mit einem eigens mitgelieferten Equalizer betrieben. Equalizer aber erzeugen Phasenfehler. Da Kurzzeitreflexionen und Phasenfehler in gleicher Weise räumliche Effekte bei der Musikwiedergabe bewirken, ist es kein Wunder, daß dieser Lautsprecher, eben wegen seiner extremen räumlichen Effekte, bekannt wurde.
An diesem Beispiel wird außerdem für jeden deutlich:

  • 1.) wie hilflos der Verbraucher gegenüber unqualifizierten subjektiven Klangbewertungen ist, die solch eindeutige Fehler und Effekte "schön" finden und
  • 2.) welch extreme Geschmacksverirrungen möglich sind, wenn die Hörtests von Lautsprechern nicht durch sachgerechte Messungen mit Rechtecksignalen ergänzt werden.
Großflächige Dipolstrahler

Um den Schalldruck im Baß zu verstärken, reicht bei Elektrostaten oder Vollbereichsbändchen-Lautsprechern die schallabstrahlende Membranfläche meist unmittelbar bis zum Boden. Außerdem wird der Pegel im Baß oft durch eine wandnahe Aufstellung verbessert. Wenn aber der Schall dipolartig von der Membranfläche nach vorne und hinten an nahe Raumbegrenzungen abgestrahlt wird, kommt es zwangsläufig zu jenen akustischen Fehlern, die nunmal durch zu schnell eintreffende Reflexionen bewirkt werden. Gehörmäßig werden auch hier diese Fehler als künstliche Räumlichkeitseffekte hörbar. Die oft so gerühmte "Räumlichkeit" und "Luftigkeit" dieser Lautsprecher wird zum großen Teil durch schwerwiegende akustische Fehler verursacht.

In die Wand eingebaute Lautsprecher

Mittlerweile ist bekannt, daß Lautsprecher am besten frei aufgestellt werden sollten. Dennoch werden immer wieder in die Wand eingebaute Lautsprecher vorgestellt. Wenn man die Lautsprecher nicht vor der Wand plaziert, sondern in die Wandebene einbaut, fallen Schallquelle und Spiegelschallquelle zusammen, außerdem verteilt sich die Schallenergie nur noch nach vorne /11/. Dadurch verschwinden zwar die selektiven Überhöhungen und Absenkungen im Schalldruckverlauf, doch nimmt der Pegel im gesamten unteren Frequenzbereich deutlich zu. Die hohen Frequenzen, die sich bereits nur gerichtet nach vorne ausbreiten, werden durch den Wandeinbau nicht verstärkt, die mittleren Frequenzen, die sich weniger gerichtet ausbreiten, werden lauter, am deutlichsten ist die Pegelzunahme im unteren Frequenzbereich. Hier bewirkt der Wandeinbau eine Pegelzunahme bis zu 6 dB. Ist eine Seitenwand in unmittelbarer Nähe werden es 12 dB, mit der Zimmerdecke 18 dB. Diese frequenzabhängige Pegelveränderung verfälscht die Signalform, was zu Ortungsbeeinträchtigungen führt. Wird aber der lineare Schalldruckverlauf mit Hilfe von Filtern wieder eingestellt, kommen deren Fehler zum Tragen.

Die Lösung: Ein Vollbereichs - Punktstrahler

Mittlerweile gibt es die konstruktiven Möglichkeiten, all diese Probleme zu vermeiden. Ein solcher Lautsprecher arbeitet konsequenterweise mit einem einzigen Chassis, das den gesamten Frequenzbereich abstrahlt und selbstverständlich keine Frequenzweiche benutzt. Das für einen solchen Vollbereichs-Punktstrahler verwendete System besteht aus einem neuartigen Breitband-Lautsprecherchassis /4/12/.
Es verhindert die Verzerrungen der üblichen Breitband-Lautsprecher und verwirklicht somit das Konzept einer technisch und akustisch hochwertigen, punktförmigen Schallquelle mit kleiner Abstrahlfläche. Dieses Chassis wird durch eine speziell abgestimmte Entzerrschaltung von den vorhin dargelegten, prinzipbedingten Fehlern der elektrodynamischen Wandler befreit. Gehäusebedingte Kurzzeitreflexionen werden durch eine kleine Frontfläche mit unsymmetrischer Chassisanordnung vermieden, und eine Baßverstärkung durch das Baßreflexprinzp findet von vornherein gar nicht erst statt.
Aufstellungsbedingte Kurzzeitreflexionen lassen sich durch die akustisch richtige Handhabung im Hörraum vermeiden. Die kleinen Gehäuse der Vollbereichs-Punktstrahler bieten die beste Voraussetzung für ihre optimale Plazierung im Hörraum.
In kleinen Räumen mit rechteckigem Grundriß sollten die Lautsprecher immer mit dem notwendigen Abstand vor der langen Wandseite aufgestellt werden. Den Abstand zu den Seitenwänden sollte man dabei so groß wie möglich wählen. Dies gewährleistet, daß:

  • 1.) der Direktschall nicht zu früh von den ersten schallstarken Reflexionen überlagert und dabei verfälscht wird und
  • 2.) die ersten schallstarken Reflexionen deutlich von den Seiten und von oben beim Hörer eintreffen und nicht aus der gleichen Richtung kommen wie der Direktschall.

Würde man stattdessen die Boxen an der kurzen Wandseite aufstellen, ließen sich die besagten akustischen Fehler niemals vermeiden.
Auch in quadratischen Hörräumen läßt sich nie ganz jene akustische Qualität erzielen wie in rechteckigen Räumen bei richtiger Lautsprecheraufstellung. Der Grund liegt in der Neigung zu Raumresonanzen zwischen den jeweils gleich weit entfernten, gegenüberliegenden Hörraumwänden. Werden aber die Wän- de wegen der Resonanzen bedämpft, leiden auch die ersten schallstarken Reflexionen darunter.
Wichtig ist auch, daß man solche Vollbereichs-Punktstrahler auf das individuelle Dämpfungsverhalten unterschiedlicher Hörräume einstellen kann. Viele Stoffe, Teppiche, Vorhänge sowie das übliche Dämpfungsmaterial in Tonstudios schlucken die hohen Frequenzen oft stärker als die Bässe. Noch nachteiliger als auf die ersten schallstarken Reflexionen, wirkt sich diese Bedämpfung auf den Nachhall aus, bei dem ja die Schallwellen mehrfach reflektiert werden. In diesem Fall klingt der Nachhall dumpf - das Klangbild ist schlecht.
Abhilfe schaffen in dieser Situation spezielle, in das Gehäuse des Vollbereichs-Punktstrahlers integrierte Raumakustik-Lautsprecher-Chassis. Diese Zusatzlautsprecher strahlen genau den Frequenzbereich über 5000 Hertz ab, der von Textilien vorwiegend bedämpft wird. Außerdem erfolgt die Schallabstrahlung nicht nach vorne, sondern nach den Seiten und nach oben - und zwar stark gebündelt. Die Bündelung und die zeitliche Verzögerung dieser von den Begrenzungswänden reflektierten Signale verhindern die Überlagerung mit dem Direktschallsignal des Vollbereichs-Punktstrahlers.
Diese Zusatzlautsprecher machen es somit möglich, die Klangwiedergabe dem Dämpfungsverhalten unterschiedlicher Hörräume optimal anzupassen, und zwar ohne, daß dabei das perfekte Direktschallsignal des Vollbereichs-Punktstrahler verfälscht wird. Ihr Regelbereich ist so ausgelegt, daß man in großen oder kleinen Räumen mit mehr oder weniger Bedämpfung den Nachhall weitgehend frequenzneutral einstellen kann /4/13/.

Zusammenfassung

Für die elektronischen Komponenten der elektroakustischen Übertragungskette hat man aufgrund einer sachgerechten Meßtechnik eine geradezu unglaubliche Perfektionierung erreicht. Bei den Lautsprechern hingegen wird bislang nicht einmal eine sachgemäße Meßmethode praktiziert, die die großen Veränderungen in der Signalform aufzeigt, welche durch lineare und akustische Fehler bewirkt werden. Um Klang- und Räumlichkeitsfehler bei allen HiFi-Geräten, vor allem aber bei Lautsprechern, erkennen zu können, ist deshalb die Messung von Rechtecksignalen ins Standardmeßprogramm mit aufzunehmen. Viele technische und akustische Fehler lassen sich nämlich mit Schalldruckmessungen nicht erfassen, obwohl sie deutliche Veränderungen in der klangrelevanten Signalform bewirken.
Deshalb sind Lautsprecher, die nachweislich Rechtecksignale richtig wiedergeben können, eine wichtige Voraussetzung für die naturgetreue Klangwiedergabe. Außerdem können akustische Fehler nur mit solch technisch einwandfreien Lautsprechern erkannt werden. Nicht zuletzt ist festzuhalten, daß alle anderen Komponenten der elektroakustischen Übertragungskette heute bereits Rechtecksignale richtig übertragen.
Die richtige Rechteckwiedergabe bei Lautsprechern hat die gleiche Bedeutung wie die richtige Rechteckwiedergabe bei Verstärkern in den sechziger Jahren. Beides sind fundamentale Fortschritte und wichtige Voraussetzungen für die hochwertige Musikwieder-gabe. Nichts aber bringt dem HiFi-Gedanken mehr Zulauf als solche Fortschritte.

Auswirkung auf die Aufnahmetechnik

Aus dem Verständnis der richtigen Wiedergabe der musikalisch relevanten Signalform lassen sich auch die wichtigsten Fehler bei der Aufnahmetechnik erläutern.
So liegt die Ursache für den schlechten Klang der meisten Klavieraufnahmen vor allem darin, daß man zu viele Mikrofone einsetzt und dann die nur geringfügig gegeneinander zeitversetzten Signalanteile zusammenmischt.
Ebenso führt das willkürliche Zusammenmischen von Haupt- und Stützmikrofonen zum Verlust der real vorhandenen räumlichen Verteilung der Instrumente und bewirkt künstliche räumliche Effekte /4/. Zunehmend deutlicher wird, daß die räumliche Erfassung der Musik durch das richtige Aufstellen der Mikrofone im Aufnahmeraum genauso wichtig ist, wie die richtige Lautsprecheraufstellung im Wiedergaberaum.
Auch die Klangbearbeitung durch Filter im Mischpult verfälscht die Signalform. Während die Klangnachbearbeitung des Tonmaterials noch bis vor kurzem als wichtige Aufgabe des Tonmeisters galt, wird deren Problematik gerade heute offenkundiger denn je. Wenn nämlich die fehlerfreie technische und akustische Signalwiedergabe vom Musikinstrument bis zum Ohr des Hörers möglich ist, die Klangbearbeitung durch Filter aber unvermeidliche Signalverfälschungen hervorruft, müssen solche Maßnahmen in Zukunft unterbleiben.
Betrachtet man die klangrelevante Signalform der Musikinstrumente, so wird verständlich, daß schon bei der erstmaligen Verfälschung des Musiksignals der Natürlichkeitsbezug verlorengeht, die Ortung verfälscht wird und künstliche räumliche Effekte entstehen. Wenn aber der Natürlichkeitsbezug einmal fehlt, dann können weitere technische oder akustische Fehler nur noch von der Geschmacksebene aus beurteilt werden. Der Geschmack der Menschen ist aber höchst unterschiedlich, deshalb kann es keine objektiv richtig Lösung mehr geben. Und hier schließt sich ein wahrer Teufelskreis.
In vielen Tonstudios sind nämlich noch technisch und akustisch überholte Einrichtungen in Gebrauch, die eine qualifizierte Beurteilung des Tonmaterials bei der Aufzeichnung gar nicht zulassen.
Außerdem ist heute richtiges bzw. fehlerfreies Musikmaterial noch keine Selbstverständlichkeit. Wird aber zur gehörmäßigen Beurteilung von technisch fehlerfreien Lautsprechern ungeeignetes Musikmaterial verwendet, ergibt sich natürlich auch ein schlechter Klangeindruck. Dieser ist aber nicht den Lautsprechern anzulasten, sondern dem schlechten Tonmaterial.
Vor allem im Klassikbereich sind über 95 Prozent der Aufnahmen nicht so, wie sie sein könnten. Die meisten Fehler wurden bereits erwähnt. Bei Klassikaufnahmen kommt noch hinzu, daß immer wieder versucht wird, nicht nur die Musik zu übertragen, sondern auch die Aufnahmeraumakustik - und dies obendrein gleichermaßen für Lautsprecher- wie Kopfhörerwiedergabe.
Für richtig aufgezeichnetes Musikmaterial hingegen spielt der Aufnahmeraum keine Rolle mehr. Bei der Lautsprecherwiedergabe stehen die Musiker fast greifbar im Hörraum, links, in der Mitte und rechts - sie sind deutlich ortbar, präzise aufgezeichnet und deswegen auch musikalisch beeindruckend. Solche Aufnahmen machen auf Anhieb klar, wie unmittelbar die Musik die Emotionen ansprechen kann.

Literatur
  • 1 W. Ahnert / W. Reichardt, Grundlagen der Beschallungstechnik, S.Hirzel Verlag, Stuttgart,1981
  • 2 Klein aber Fein, Funkschau, Franzis Verlag, Heft 24/1987
  • 3 Revolution im Wohnzimmer, Funkschau, Franzis Verlag, Heft 2/1992
  • 4 P. Pfleiderer, HiFi auf den Punkt gebracht, Pflaum Verlag, München, 1989
  • 5 P. Pfleiderer, Europäisches Patent EU 0 145 997, US Patent US 4,675,835
  • 6 Ch. Tiefenthaler, Digitale Transversalfilter, Elektronik, Franzis Verlag, Heft 1/1984
  • 7 A. Goertz; D. Leckschat, Digitale Lautsprecher-Entzerrung, Vortrag 16te Tonmeistertagung 1990
  • 8 G. Steinke, Thesen zur stereofonen Schallwiedergabe, Technische Mitteilungen, RFZ, Heft 2, 1987
  • 9 J. Blauert, Räumliches Hören, S. Hirzel Verlag, Stuttgart
  • 10 Bose Corp., Deutsche Offenlegungsschrift DE OS 27 39 523
  • 11 Taschenbuch Akustik, VEB Technik Verlag, Berlin, 1984
  • 12 P. Pfleiderer, Europäisches Patent EU 0 232 760, US Patent US 4,821,330, Rotchinesisches Patent CN 1012316 B,
  • 13 P. Pfleiderer, Deutsches Patent DE 39 04 943

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