7. Chassiseinsatz - www.hifilounge.eu

Direkt zum Seiteninhalt

Hauptmenü

7. Chassiseinsatz

Lautsprecher > Hifi-Lautsprecher

Wie werden Chassis eingesetzt? Welche Trennfrequenzen sind bei welchem Chassis sinnvoll? Wie kann der Chassiseinsatz durch Waveguides verbessert werden? Welche Vorteile ergibt ein koaxialer Aufbau?

Eins nach dem anderen... fangen wir mit Partialschwingungen an.

Partialschwingungen

Der Effekt ist von stehenden Wellen bekannt ist möglicherweise von einem Springseil bekannt. Wird ein Springseil links und rechts hochgehalten und mit einer bestimmten Frequenz angeregt bildet sich eine solche Eigenmode aus. Die Wellenbäuche haben eine feste Position, der Knotenpunkt in der Mitte behält ebenfalls seinen ursprünglichen Platz.


Abbildung 1: Darstellung einer stehenden Wellen


Das Springseil ist bei Beaufschlagung mit einer resonanten Anregung nicht das einzige mechanische Gerät welches sich periodisch in Form einer stehenden Welle verbiegt. Solche resonanten Biegeschwingungen treten bei Lautsprechermembranen ebenfalls auf sobald eine oder mehrere Wellenlängen des Schalls auf die Membran passen
. Oberhalb der zugehörigen Frequenz arbeitet das Chassis nicht mehr konphas als harter Kolbenschwinger, bei dem die Membranbewegung Phasenstar an die Schwingspule gekoppelt ist, sondern verstärkt als Biegewandler.

Im Gegensatz zu einem linienförmigen Springseil ist die Lautsprechermembran ein mehrdimensonales Gebilde welches sowohl in der horizontalen wie auch in der vertikalen Resonanzfrequenzen besitzt - welche bei einem quasisymetrischen Aufbau jedoch ähnlich sind.


Abbildung 2: Exemplarische Biegeschwingungen einer Membran

Für die Resonanzfrequenz ist die Wellenlänge in der Membran ausschlaggebend: Besteht die Membran aus extrem harten Materialien wie z.B. Metall steigt die Resonanzfrequenz deutlich. Bei eher weichen Membranen aus z.B. Pappe ist die Resonanzfrequenz deutlich niedriger, allerdings ist die Resonanz deutlich gutmütiger da sie stärker bedämpft ist. Der Effekt ist aus anderen Bereichen bekannt. Wird ein Weinglas mit einem kurzen mechanischen Stoß beaufschlagt, schwingt es mit seiner recht hohen Eigenfrequenz aus. Regt man mit dem gleichen Stoß einen weichen Gegenstand wie z.B. ein Kopfkissen an, wird das entsprechende Geräusch deutlich dumpfer sein - und durch die hohe Bedämpfung deutlich schneller verklingen.

Diese Unterschiede erklären teilweise die unterschiedlichen Membranmaterialien im Lautsprecherbau. Einige Hersteller bauen Kalottenlautsprecher aus Keramik oder sogar Diamant um die erste Resonanzfrequenz deutlich über die Hörschwelle zu schieben - wo die Membran dann jedoch entsprechend hart und klirrend aufbricht. Andere Hersteller setzen auf weiche Gewebekalotten welche bereits im hörbaren Frequenzbereich aufbrechen. Gleiches gilt für Konuslautsprecher welche inzwischen aus exotischen Materialien wie Glasfaser, neuartigen Metall-Legierungen, Kevlar, Pappe oder diversen anderen Substanzen erhältlich sind.

Es gibt unter Hifi-Freaks fast religiöse Kriege um die klanglichen Eigenschaften von Membranen. Einfache Theorien weisen Metallkalotten einen metallischen Klang zu während Gewebekalotten eher weich klingen. Komplexere Theorien basieren auf Klirrspektren und dem typischen Ausklingverhalten von bestimmten Materialien. Eine interessante Arbeit zu diesem Sachverhalt ist die Magisterarbeit von Hr. Andreas Rotter welche sich mit unterschiedlichen Hochtonlautsprechern befasst hat. Im Fazit dieser Arbeit ist zu lesen:

"Die [...] Arbeit untersuchte die im Volksmund weitverbreitete Meinung, dass die subjektiven Klangeindrücke von Hochtonlautsprecher eindeutig im Zusammenhang mit dem Antriebsprinzip, dem verwendeten Membranmaterial und der geometrischen Ausdehnung der Membran stehen. Dafür wurden sechs typischerweise in aktuellen Lautsprechern zum Einsatz kommende Hochtöner ausgewählt, welche sich sowohl im Wandlerprinzip, ihrer Geometrie als auch in dem schallerzeugenden Material der Membran unterschieden [...] Das Ergebnis des Versuches erlaubt den Schluß, dass zwischen den Hochtöner perzeptiv keinerlei Unterschied mehr besteht. Abschließend kann festgehalten werden, dass im Fall von ausgeschlossener Interaktion mit Raum und Schallwand, bei axial in Amplitude und Phase linearisierten Treibern im linearen Betrieb keinerlei Differenz mehr zwischen Lautsprechern mit unterschiedlichen Wandlerprinzip, unterschiedlichen Membranmaterial oder -ausdehnung besteht. Der verbreitete Volksmund kann damit zumindest unter diesen Bedingungen als widerlegt betrachtet werden"

Quelle: Wahrnehmbarkeit klanglicher Unterschiede von Hochtonlautsprechern unterschiedlicher Wirkprinzipien, Andreas Rotter, Technische Universität Berlin, 2010, S. 89-90.
Link:
http://www2.ak.tu-berlin.de/~akgroup/ak_pub/abschlussarbeiten/2010/RotterAndreas_MagA.pdf


Die Arbeit betont jedoch deutlich, dass es durchaus klangliche Unterschiede geben kann - Wenn (!!) die Interaktion mit dem Raum und der Schallwand nicht ausgeschlossen wird - und der Frequenzgang nicht entzerrt wird.

Einen wesentlichen Unterschied bei Hochtonmaterialien ist die Schallgeschwindigkeit auf der Membran. Bei Kalottenmembranen aus Metall ist die innere Schallgeschwindigkeit z.B. extrem hoch - als Resultat haben Metallkalotte eine extrem heftige Membranresonanz - welche jedoch meist oberhalb von 20kHz ist und vom Menschlichen Ohr daher nicht wargenommen wird. Die Membran arbeitet quasi über den kompletten Hörbereich Partialschwingungsfrei als Kolbenstrahler. Außerdem ist die Wärmeleitfähigkeit von Metall positiv bezüglich der Kühlung.

Gewebekalotten sind extrem weich, entsprechend ist das Aufbrechen im hörbaren Frequenzbereich - allerdings so schwach ausgeprägt, dass es das Klangbild kaum bis nicht beeinträchtigt. Die Membran arbeitet als Biegewandler - als Ringstrahler um genau zu sein.

Biegewandler

Bei höheren Frequenzen arbeitet das Chassis immer stärker als Biegewandler. Die Membran fängt an in sich zu verbiegen und in sich selbst zu schwingen. Wird das Superpositionsverfahren zur Strahlerbeschreibung angewendet muss bei jedem Einzelelement separat werden ob und welchen Beitrag es zum Gesamtschall leistet - das Abstrahlverhalten wird durch die Strahlergröße und zusätzlich durch seine Biegeschwingungen beeinflusst. Neben einem welligen Frequenzgang können auch stärkere Verzerrungen auftreten.

Durch spezielle Konstruktive Maßnahmen wie z.B. Membranmaterial, geschlitzte Sicken, Durchmesser damit mechanische Anbindungsposition der Schwingspule, lokalen Membranverstiefungen oder optimierter geometrischer Formgebung erzielt der Hersteller einen Aufbrechverhalten bei dem nur bestimmte Teile der Membran aktiv schwingen und Schall abstrahlen. Die geometrischen Strukturen der Membran wirken de facto wie eine Frequenzweiche welche den verschiedenen Regionen separat voneinander schwingen lässt. Ähnlich wie bei elektronischen Gegenpart quittiert die partialschwingungsbasierte "Wabbelweiche" ihre Eingriffe in den Amplitudenfrequenzgang des Lautsprecherchassis mit den üblichen Phasen- bzw. Laufzeitfehlern.

Es werden auf dem Markt diverse Gewebekalotten angeboten welche eine vergleichsweise weiche Membran haben. Bei höheren Frequenzen ist analog zu einem Breitbänder nur noch ein Teil der weichen Membran abstrahlrelevant womit die effektive Abstrahlfläche etwas sinkt. Das Membranmaterial hat einen Einfluss auf das Abstrahlverhalten - jedoch ist die Auswirkung deutlich kleiner als der Durchmesser des Strahlers.

Bei Konuslautsprechern wirkt der Konus für den schwingenden Teil der Membran wie ein (schlechter) Waveguide für die effektiv strahlende Fläche, dieser Effekt kann die Bündelung verstärken und zu Kurzzeitreflexionen führen. Zu Waveguides später mehr.

Besonderheiten in diesem Kontext sind Elektrostatische Lautsprecher bei welchen sich eine hauchdünne Folie zwischen zwei auf Spannung aufgeladene perforierte Metallplatten befindet. Durch die elektrische Coulombkraft wird die Fläche deutlich homogener angetrieben als ein Kalotten/Konuslautsprecher welcher nur am Übergang zum Schwingspulenträger angeregt wird. Gute Elektrostaten können somit großflächig und mit starker Richtwirkung ausfallen ohne das Partialschwingungen dominant werden.
Abstrahloptimierte Trennfrequenzen

Welche Trennfrequenzen sind bei einem neutralen Lautsprecher sinnvoll? Um Partialschwingungen zu vermeiden und breit und gleichmäßig abzustrahlen sollte der Strahler immer kleiner als die Wellenlänge sein.
Die unten stehende Tabelle zeigt Wellenlängen im Vergleich zur jeweiligen Frequenz. Es lassen sich bei näherer Betrachtung der Zahlen bereits erste Werte für sinnvolle Trennfrequenzen erahnen.



In der Tontechnik wird der sogenannte  ka-Wert verwendet um den Durchmesser des Lautsprecherchassis mit der abgestrahlten Wellenlänge zu vergleichen.


Hierbei ist

  • λ=Wellenlänge

  • f= Frequenz

  • c=Schallgeschwindigkeit in Luft

  • a=Effektiver Membranradius

  • um=Effektiver Umfang der Membran

  • Π≈3,14


Sind der Umfang u
m und Wellenlänge λ identisch so gilt  ka=1. Ab diesem Wert fängt die Membran an zu bündeln.

Es muss mit dem Durchmesser des effektiv schallerzeugenden Teils der Membran gerechnet werden. Bei niedrigen Frequenzen mit ka≪1 kann das Chassis als reiner Kolbenschwinger betrachtet werden - der effektive Strahlerdurchmesser kann als Konusdurchmesser + halbe Sickenbreite angenähert werden.

Eine von AH in mehreren Foren
empfohlene Trennung (Quelle z.B.: http://www.hifi-forum.de/viewthread-104-3680.html) für gutes Rundstrahlverhalten wäre für Konuslautsprecher ka=1. Bei dieser Trennfrequenz weist der Lautsprecher ein breites Abstrahlverhalten auf, da auf das Bündelungsverhalten der Chassis weitgehend verzichtet wird, ist die Directivity ohne nennenswerte Sprungstellen.
   



Bei Kalottenlautsprechern setzt nach die Bündelung etwas später ein, hier sollte ka=1,5 anvisiert werden.



Belastbare Aussagen für eine sinnvolle Trennfrequenz können nur nach Messungen der Chassis gemacht werden - die obigen Tabellen bieten aber bereits gute Näherungen.

Ein Lautsprecher der auch für schlecht gedämpfte Räume optimiert ist auf eine verstärkte Bündelung angewiesen - die Chassis müssen somit jenseits von
ka=1 bzw. ka=1,5 verzerrungsarm und mit linearen Frequenzgängen arbeiten - und werden ähnlich wie Breitbänder auf eigentlich die Wiedergabe von eigentlich zu kleinen Wellenlängen optimiert.

Werden die Trennfrequenzen nach der klassischen Regel bezüglich  ka=1 bzw.  ka=1,5 bei Kalotten ausgewählt ist das Abstrahlverhalten des Lautsprechers gleichmäßig aber sehr breit. Der Lautsprecher sollte nur in gut bedämpften Räumen betrieben werden.



Abbildung 3: Dreiwegelautsprecher von ATC

Der oben gezeigte Dreiwegelautsprecher von ATC zeigt einen Klassiger unten den hochwertigen Lautsprecherkonzepten: Ein hubfähiger Konuslautsprecher (unten) wird durch eine deutlich kleinere Mitteltonkalotte (mitte) und einen nochmals deutlich kleinere Hochtonkalotte (oben) ergänzt. Mit den oben angestellten Überlegungen und Tabellen sollte der Leser sinnvolle Trennfrequenzen vorschlagen können.

Soll ein Lautsprecher ein stetiges Abstrahlverhalten besitzen und gleichzeitig stark bündeln, um auch ohne zusätzliche Akustikmaßnahmen ein neutrales Klangbild zu entfalten, müssen neben höheren ka Werten auch weitere konstruktive Lösungen umgesetzt werden. Eine der bekanntesten Lösungen sind Schallführungen.

Zunehmender Beliebtheit erfreuen sich derzeit Waveguides - eine Sondervariante der Hornlautsprecher. Eine weitere Variante sind Koaxialchassis die quasi ihre eigene Schallführung sind.
Das viele Lautsprecherkonzepte des privaten Hifi-Markts auf eine gleichmäßige Directivity verzichten ist einer der Hauptgründe für den Eigenklang von Lautsprechern.

Schallwand und Schallführungen

Wer laut schreien muss legt oft instinktiv die Hände zu einem Trichter vor dem Mund. Der Schall wird dadurch stärker in eine Richtung gebündelt und in der Hauptabstrahlrichtung lauter.

Bei sogenannten Hornlautsprechern ist die oft computeroptimierte Auslegung der schallführenden Horngeometrie auf einen hohen bündelungsbasierten Wirkungsgradgewinn optimiert. Hornlautsprecher werden meist für die Beschallung von Diskotheken oder Rockkonzerten verwendet.


Abbildung 4: Hornlautsprecher der Firma Silbatone Acoustics


Es gibt auch Hornlautsprecher wie z.B. in Abbildung 4 die für Privatanwendungen konzipiert werden. Die Lautsprecher haben einen hervorragenden Wirkungsgrad und können auch mit schwachbrüstigen Röhrenverstärkern ausreichende Lautstärkepegel entwickeln um klassische Großkonzerte mit der vollen Dynamik zu reproduzieren.



Abbildung 5: Hornlautsprecher der Firma Martion


Hornvorsätze für Hochtöner sind vergleichsweise klein und sind auch in einigen Hifi-Lautsprechern des Massenmarktes verbaut. Bei tieferen Lautsprechern steigt jedoch auch der Durchmesser der benötigten Hörner. Für die Basswiedergabe werden Hörner mit dem Durchmesser von Traktorreifen benötigt - entsprechende Konstruktionen sind eher bei hochpreisigen Nischenherstellern zu finden.




Abbildung 6: Lautsprecher von Avantgarde Acoustic - kleine Hochtonhörner, große Tieftonhörner


Die Funktionsweise bei Hornlautsprechern ist de facto eine mechanische Leistungsanpassung der Lautsprechermembran an die Luft. Die Luft vor der Membran kann nicht seitlich entweichen, die Membran hat somit etwas "zum anfassen" vor sich und kann einen entsprechend hohen Luftdruck aufbauen - man bezeichnet diesen Vorgang
als Druckkammereffekt.

Schalldruck und Schallschnelle verhalten sich ähnlich wie Spannung und Strom. Bei elektrischen Schaltungen baut die Spannung einen "Druck" auf die Ladungsträger auf und ein Strom an Elektronen wird durch den Widerstand des Verbrauchers gepresst. Die umgesetzte Leistung am Verbraucher ist das Produkt aus Strom und Spannung.

Schalldruck und Schallschnelle hätten bei einer Analogiebetrachtung ähnliche Funktionen - der Druck entspricht der elektrischen Spannung, die Schallschnelle beschreibt die Bewegung der Luftmoleküle und entspricht dem elektrischen Strom. Vor der Membran erzeugt diese einen Druck auf die Luft, der Druck kann jedoch durch das Horn nicht entweichen, die Membran kann bei gleichem Hub so einen deutlich höheren Druck erzeugen. Entsprechend wird auch die abgestrahlte akustische Leistung höher. Durch eine entsprechende Formgebung des Horntrichters kann die Form der abgestrahlten Wellenfront beeinflusst werden.

Die Analogie zwischen Elektronik und Akustik lässt sich an dieser Stelle um Impedanzen erweitern. Die Impedanz entspricht dem reellen Strahlungswiderstand bei der Abstrahlung - er steht für die "richtige" Abstrahlung.

Imaginäre Bauteile sind in der Elektrotechnik Spulen und Kondensatoren. In beiden lässt sich kurzzeitig Energie speichern, die Leistung wird aber versetzt (phasenverschoben) wieder abgegeben. Es tritt im Gegensatz zu einem ohmschen Verbraucher keine wirkliche und dauerhafte Leistungsaufnahme auf - im Gegensatz zu einem ohmschen Widerstand der die aufgenommene Energie in Wärme umwandelt.

Analog zu Spule und Kondensator wird bei einem Lautsprecher die Energie im Nahfeld des Lautsprechers gespeichert - das äußert sich durch hohe Schallschnellen die kaum Druck erzeugen. Bei Subwoofern ist dieser Effekt bekannt: die Luft bewegt sich vor der Membran äußerst heftig, das menschliche Ohr empfindet als reiner Druckempfänger die Lautstärke als genauso laut wie überall sonst im Raum. Ein Horn würde diese Diskrepanz deutlich verringern und gemäß der Analogie verstärkt wie ein ohmscher Widerstand wirken.

Nachteile von Hornlautsprechern

Hornlautsprecher haben mehrere Nachteile

  • Innerhalb der Hörner treten Kurzzeitreflexionen auf. Der Schall kann nicht nur den direkten Weg zum Hörplatz nehmen sondern auch durch Reflexionen im Hornkanal dort hin gelangen. Einige Hörner entwickeln demgemäß ein leicht nasales bis trötiges Klangbild.

  • Der durch ein Horn zusätzlich gerichtete Hochton ist noch stärker als an den breit strahlenden Mitteltöner anzupassen - Immerhin müssen Lautsprecher mit wohnzimmergerechten Abmaßen auf riesige Tief/Mitteltonhörner und große Chassis verzichten. Diese würden aber benötigt werden um den Tief/Mittelton sauber an die stark bündelnde gehörnte Hochtoneinheit anzupassen Die ungleichmäßige Abstrahlung des Gesamtlautsprechers begünstigt einen unausgewogenen Diffusfeldfrequenzgang.

  • Hornlautsprecher für den Mittel bzw. Tiefton haben einen beachtlichen Durchmesser. Wird auf eine koaxiale Anordnung von Hoch und Mitteltöner verzichtet, beträgt die Entfernung zwischen Hoch- und Mitteltöner fast zwangsläufig mehrere Wellenlängen - was zu erheblichen Interferenzen führen kann. Der Effekt verstärkt sich zusätzlich, wenn mit flach trennenden Frequenzweichen gearbeitet wird.


Waveguides

Waveguides werden auch als kurze Hörner bezeichnet. Waveguides sind die kleineren Versionen von Hörnern: kleine Trichter in deren Mulde das Chassis verbaut wird.

Waveguides profitieren nur eingeschränkt vom Druckkammereffekt und haben einen deutlich geringeren Wirkungsgrad als große Hörner. Das Ziel von Waveguides ist eine verstetigte Abstrahlung. In Abbildung 4
ist der aktive Lautsprecher o310 der Firma Klein&Hummel bzw. Neumann gezeigt. Für den Hochton und den Mittelton werden Kalotten verwendet welche in Waveguides liegen.



Abbildung 5: Lautsprecher o310 von Klein&Hummel bzw. Neumann


Das Bild wurde freundlicherweise von Rechteinhaber Richard Weidinger aus der Hörzone, http://www.hoerzone.de/ zur Verfügung gestellt


Waveguides verbessern die Leistungsanpassung des eingebetteten Lautsprechers an die Umgebungsluft - jedoch nicht in dem Ausmaß wie es bei großen Hornvorsätzen der Fall ist. Der Druckkammereffekt tritt nur in Ansätzen auf.

Lautsprecher haben konstruktiv immer das Problem, dass die Abstrahlung im unteren Frequenzbereich zu breit und im Hochton zu stark gebündelt ist. Um ein frequenzneutrales Abstrahlverhalten zu erzielen muss die Abstrahlung bei den höheren Tönen etwas verbreitert werden und der untere Bereich muss etwas stärker gebündelt werden.

Ein Waveguide greift an genau dieser Stelle an. Bei hohen Frequenzen hat ein Waveguide kaum noch eine Auswirkung auf den Frequenzgang, bei tiefen Frequenzen verstärkt es jedoch die Bündelungswirkung des eingebetteten Lautsprecherchassis.



Abbildung 6: Prinzipielle Auswirkung von Waveguides


In Abbildung 5 ist das horizontale Abstrahlverhalten von zwei unterschiedlichen Lautsprechern mit und ohne Waveguide in der Isobarendarstellung gezeigt.

Beide Lautsprecher strahlen im Grundton bei ca. 100Hz sehr breit und gehen bei höheren Frequenzen immer stärker in die Bündelung. Der obere Lautsprecher hat bei der Übernahmefrequenz von ca 1000Hz eine deutlich sichtbare -  und hörbare - Sprungstelle in der Directivity.

Bei dem unteren Lautsprecher wurde das Abstrahlverhalten durch ein Waveguide verstetigt: Im tieferen Arbeitsbereich des Hochtöners wird dessen Abstrahlung deutlich stärker gebündelt und passt sich somit dem bereits stark gebündelten Abstrahlverhalten des Tiefmitteltöners an. Das im Waveguide eingebettete Chassis wird in Wirkungsbereich des Chassis zusätzlich um einige wenige dB lauter, der axiale Frequenzgang sollte durch die Frequenzweichen begradigt werden.

Werden Tieftöner und Mitteltöner bezüglich Ihres Biegewellenverhaltens für den Einsatz oberhalb von ka=1 optimiert und werden Mittel und Hochtöner in ihrem Frequenzbereich durch Waveguides unterstützt ist dies eine einfache und wirksame Möglichkeit einen Lautsprecher mit einer starken und stetigigen Directivity zu konstruieren. Im der professionellen Studiotechnik sind entsprechende Lautsprecher häufig zu finden.

Koaxialchassis

Einige Hersteller verbauen Koaxiallautsprecher - als Beispiel ist unten ein Lautsprecher der Firma Technics gezeigt. Hierbei ist der Hochtöner in der Mitte des Tieftöners verbaut.



Abbildung 7: Lautsprecher SB-C700 der Firma Technics


Bei näherer Betrachtung des oben gezeigten Bildes kann man erkennen, dass das Chassis über zwei Schwingspulen verfügt. Die große hintere Schwingspule treibt den äußeren Teil des Chassis an (tiefe Töne). Im inneren Teil des Lautsprechers befindet sich ein kleiner Kalottenhochtöner (hohe Töne) mit einer deutlich kleineren Schwingspule. Vor dem Kalottenhochtöner ist ein Diffusor angebracht. Im hinteren Teil des Koaxchassis lässt sich die Frequenzweiche erkennen, diese versorgt die beiden ineinander verbauten Chassis jeweils mit tiefen (äußerer Konus) und hohen (innere Kalotte) Tönen.

Das äußere Chasssis von Technics ist vergleichsweise flach. Zusammen mit dem Diffusor vor dem Hochtöner erscheint das Chassis auf dem ersten Blick für eine eher breite Abstrahlung konzipiert zu sein.

Das geht auch anders.

Koaxialchassis sind je nach Ausführung eng mit Waveguides verwand. Deutlich zu sehen ist das bei der 8260A der Firma Genelec in Abbildung 8.

Die kleineren 2-Wege Genelec Monitore im Bild
verfügen über klassische Waveguide-gelagerte Hochtöner. Bei der größeren 8260A handelt es sich, auf den ersten Blick nicht sichtbar, um einen Dreiwegemonitor. Der Hochtöner ist in der Mitte des schwarzen Mitteltöners eingebaut - ein Koaxiallautsrecher ähnlich wie bei dem oben gezeigtem Technics. Der Mitteltöner liegt in einer Waveguide-förmigen Schallwand und übernimmt seinerseits direkt die Rolle des Waveguides für den mittigen Hochtöner.


Abbildung 8: Lautsprecher der Firma Genelec

Koaxialchassis haben mehrere Vorteile. Weil der Hochtöner und der Mitteltöner das gleiche akustische Zentrum haben, kann es im Übernahmebereich nicht (wie bei einer traditionell-separaten Anordnung) zu Interferenzen kommen. In der vertikalen Abstrahlung kann eine stetige Abstrahlung erreicht werden. Bei nicht-koaxialer Anordnung kommt es zwangsläufig zu einer Sprungstelle in der Vertikalen.

Der Vergleich von Koax zu konventionellen Chassis zeigt die nächste Abbildung. Die Messungen sind jeweils öffentlich zugänglich auf den Webseiten der beiden Hersteller zu finden - zusätzlich sind die Trennfrequenzen von mir
mit roten Strichen markiert worden.




Abbildung 9: Abstrahlverhalten von Genelec 8260a und Neumann o410 - Trennfrequenzen rot markier

Quelle der Messung von Genelec:
http://www.genelec.com/documents/datasheets/DS8260A_2.pdf

Quelle der Messung von Neumann:
http://www.neumann-kh-line.com/neumann-kh/home_de.nsf/root/prof-monitoring_studio-monitors_midfield-monitors_O410#



Die Messkurven sind in unterschiedlichen Räumen von unterschiedlichen Menschen mit unterschiedlichen Mikros aufgenommen und mit unterschiedlichen Skalierungen und Glättungen dargestellt. Die Messungen sind daher nicht vollständig miteinander vergleichbar. Wenn die Kurven mit entsprechender Vorsicht ausgewertet werden, ist der Vergleich aber dennoch sehr interessant und aussagekräftig.

Beide Lautsprecher sind Referenzprodukte und spiegeln auf einem beeindruckendem Level den Stand der Technik wieder. Eine vergleichende Wertung der Lautsprecher soll hier nicht erfolgen. Je nach Raum, Aufstellung, Dämfpung, Hörabstand und Pegelanforderungen kann jeweils der eine oder der andere Lautsprecher die bessere Wahl sein.

Beide Lautsprecher sind Midfieldlautsprecher mit unterschiedlich großen Tief/Mittel und Hochtöner für ein optimales Abstrahlverhalten, beide Lautsprecher sind vollaktiv und setzen auf Waveguides. Der 8260a hat jedoch einen koaxialen Hoch/Mitteltöner während die beiden Chassis bei der o410 untereinander auf der Schallwand montiert sind.

  • In der horizontalen Abstrahlung sind beide Lautsprecher wie erwartet hervorragend: die Bündelung ist vorbildlich gleichmäßig und ohne Sprungstellen.

  • Bei der vertikalen Anordnung sind die Chassis der o410 zueinander versetzt angeordnet. Bei den Trennfrequenzen arbeiten die Tief-/Mitteltonchassis und die Mittel/-Hochtonchassis über einen gewissen Frequenzbereich parallel. Durch den vertikalen Versatz welcher in den Bereich der Wellenlänge liegt kommt es zu Interferenzen bzw. Einschnürungen. Diese sind in den Messungen bei der o410 deutlich zu sehen.


Der koaxiale Aufbau der 8260a erweist sich hier als besser. Die Trennfrequenz ist zwar deutlich höher als bei der o410 und damit tendentiell kritischer als bei der o410, durch das identische akustische Zentrum von Hoch- und Mitteltonchassis entfallen die Interferenzen fast völlig. Der Grund für die Interferenzen wurde hier *klick* dargestellt.

Klein+Hummel (inzwischen Neumann) steht eher kritisch zu den Vorteilen von Koaxiallautsprecher. Ein Mitarbeiter der Firma erklärte die Antipathie gegenüber Koaxialchassis damit begründet, das eine bewegte Schallwand um den Hochtöner eine "Katastrophe" ist und herkömmliche Schallführungen die besseren Ergebnisse bringen.


Desweiteren hat Klein und Hummel laut dem Nutzer "puffreis" im Hifi-Forum *klick* Versuche angestellt, wo die Mittel-Hochton-Einheiten sehr steilflankig mit 96dB/Oct getrennt worden sind, gepaart mit FIR-Filterung. Durch die extrem steilflankige Trennung wird Praktisch nebenkeulenfrei wie beim Koax. Selbst Toningenieure sind dran gescheitert Unterschiede zu hören.

Bei den technisch ebenfalls sehr durchdachten (Koax-) Lautsprechern von Music Electronic Geithain liest sich die Beurteilung von Koaxialchassis und Waveguides dagegen wie folgt:

„Ein Vorteil unserer Anordnung ist, dass der Konus der Tiefmitteltonmembran nicht als Schallführung beziehungsweise Horn wirkt. Das verhindert einerseits unerwünschte Bündelungen  und darüberhinaus Klangverfärbungen durch Kurzzeitreflektionen. Dies ist ein typisches Problem von Lautsprechern mit Horn oder - neudeutsch - Waveguide. Dieser Effekt lässt sich auch ganz hervorragend simulieren, in dem man beide Hände trichterförmig vor den Mund hält und sich sodann die Veränderung der Stimme anhört. Hinzu kommt, dass sich bei konventionellen Koax-Lautsprechern dieser Trichter bewegt und somit Intermodulationsverzerrungen produziert. Dadurch, dass man dieser Konstruktion den Hochtöner etwas außermittig vom Mitteltöner platzieren kann, lässt sich zudem die Welligkeit des Hochtons - wie man sie von vielen Koax-Systemen kennt ein Stück weit reduzieren.“

Quelle:
http://www.me-geithain.de/images/stories/Produkte/Presse/fairaudio-ME150-08-10.pdf


Die Trennsteilheiten sind bei Koaxialchassis definitiv weniger kritisch als bei normalen Chassis.
Die gesteigerte thermische Belastung ist bei Koaxialen Chassis mit flacher Trennung jedoch weiterhin ein Argument gegen eine zu flache Trennung der Chassis. Durch das geringe Bauvolumen wird es generell anspruchsvoller die Wärme von den Schwingspulen weg zu transportieren als bei dem in dieser Hinsicht unkritischeren separierten Aufbau.

Das Koaxialchassis hat jedoch zu jeder Zeit durch unterschiedlich große Treiber die Vorteile eines Mehrwegekonzepts zu bieten. Trotz der Punktquelle kann jeder Frequenzbereich mit von einer optimal großen Strahlergeometrie abgegeben werden. Kombiniert mit dem fast zwangsläufig vorhandenen Waveguide sind Koaxialchassis eine interessante Möglichkeit um einen Lautsprecher mit einer hervorragenden Directivity umzusetzen.

Eine weiter Vorteil des Koaxialchassis ist die Punktschallquelle als solches. Bei kurzen Hörabständen kann das Klangbild durch separierte Hoch und Tieftöner zerfallen und die Bühne beeinflussen. Bei größeren Hörentfernungen ist dieser Effekt weniger stark ausgeprägt.Inzwischen werden auch triaxiale Lautspecher angeboten. Hierbei sind drei Wege in einem Chassis realisiert.

Einer der Nachteile von Koaxialchassis ist der Dopplereffekt. Der Waveguide des Hochtöners steht nicht wie üblich still sondern bewegt sich. Das bewegte Schallquellen den Klang verändern ist z.B. von fahrenden Feuerwehrautos bekannt deren Sirenen einen anderen Ton haben wenn sie auf den Hörer zufahren als wenn sie wegfahren. Aus diesem Grund werden Koaxialchassis oft als 3-Wege Konzepte konzipiert. Das Hubfreudige Basschassis wird hierbei nicht in den koaxialen Anordnung integriert. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Tieftöner entsprechend groß zu gestalten um tiefe Frequenzen mit kleinen Hubbewegungen abstrahlen zu können.

Zur Veranschaulich ist in Abbildung 7
ein Lautsprecher gezeigt, bei dem das Koaxialchassis etwas leichter zu sehen ist als bei der Genelec 8260A - der Hochtöner hat eine gut sichtbare Schallführung.



Abbildung 9: Lautsprecher der Firma Cabasse mit Koax

Der Abstand zwischen Hochtöner und Mitteltöner sollte auch bei nicht-Koaxialchassis immer kleiner als die Wellenlänge ausgeführt um Interferenzen, sogenannte Kammfiltereffekte, zu vermeiden.

*klick* Weiter zum nächsten Abschnitt *klick*

 
Zurück zum Seiteninhalt | Zurück zum Hauptmenü