Lautsprecher und Laufzeitprobleme

Lautsprecher bestehen genau genommen aus einer Ansammlung von Kompromissen. Je nach Konstruktion einmal mehr und einmal weniger. Jedenfalls schafft es kein Hersteller dieser Welt, einen Lautsprecher zu bauen der kompromisslos ist, egal um welchen Preis.

Eines der Probleme bei Lautsprechern ist die notwendige „Mehrwegigkeit“ im Gegensatz zu (den meisten) Kopfhörern.

Im Detail:

Ein idealer Lautsprecher würde den Schall punktförmig abgeben, denn nur dann ist gewährleistet, dass alle Frequenzen gleichzeitig beim Hörplatz ankommen. Das ist aber eine Forderung, die sowohl bei passiven, aber auch bei analogen aktiven Mehrwegsystemen mit planer Schallwand nicht erfüllbar ist. Bei großen Boxen, bei denen auch die Abstände der eingebauten Chassis zueinander teils groß sind, ergeben sich dadurch gröbere Phasenfehler. Kleine Lautsprecher sind da im Vorteil.

Dazu kommt, dass die Schallentstehungspunkte, je nach Bautiefe der Chassis, ebenfalls unterschiedlich sind. Beispielsweise ist dieser bei tiefbauenden Hörnern wesentlich „weiter hinten“ als bei Kalottenhochtönern oder Konus-Chassis oder gar welchen mit Flachmembran.

Um Phasenfehler zumindest im Übergangsbereich zweier benachbarter Chassis zu minimieren, greifen die Hersteller (falls sinnvoll) von passiven oder analog aktiven Lautsprechern zu einem einfachen Trick, indem sie eines der beiden Chassis umpolen. Genau stimmt so etwas nie (wäre Zufall) aber besser ungenau als ganz falsch.

Der Vollständigkeit halber muss dazu noch erwähnt werden, dass es „absolute“ und „relative“ Phasengleichheit gibt. Absolut dürfte klar sein, bei relativ ist es so, dass zwar die gemeinsame Phase stimmt, dass aber der Schallentstehungspunkt um zumindest eine ganze Wellenlänge verschoben ist (ist bei Lautsprechern mit Hörnern oft so).

Würde man die einzelnen Chassis physisch so anordnen (gestufte oder gebogene konvexe Schallwand), dass die Abstände zum Kopf der hörenden Person hin immer gleich sind, wäre dieses Problem gelöst. Übrig blieben dann aber immer noch die unterschiedlichen Schallzentren (meist Hochtonwiedergabe oben auf Kopfhöhe, mittlere Frequenzen weiter unten und tiefe Frequenzen ganz unten).

Das ist aber noch immer nicht alles, denn kaum wer hört mit nur einem Lautsprecher Musik (Mono). Bei der Stereowiedergabe gibt es zwei Lautsprecher und bei Surround noch um einige mehr. Befindet sich die hörende Person nicht exakt zwischen den Lautsprechern im sogenannten „Sweetspot“, wird jedes Chassis als einzelne Schallquelle wirksam und es gibt dementsprechend viele unterschiedliche Laufzeiten.

Bei Sub/Sat-Systemen kommt zumindest noch ein Subwoofer hinzu, der nicht selten wieder ganz wo anders steht.

Von „richtiger“ Wiedergabe kann dann schon alleine aus diesem Grund nicht mehr die Rede sein, sondern viel mehr von einem „Schallzentren- und Laufzeit-Pallawatsch“.

Zum Glück ist es aber so, dass die Auswirkungen in der Praxis lange nicht so dramatisch sind wie es sich hier liest.
Man kann es sich jetzt aussuchen: entweder, weil das menschliche Gehör so schlecht ist, dass diese Fehler nicht auffallen, oder weil es so gut ist, dass es diese Fehler irgendwie „überhört“.

Messtechnisch ist alles das jedenfalls ganz eindeutig (wieder mal).

Gibt es dafür eine „Gegenmittel“?
Ja, sogar ein sehr gutes.
Denn bei vollaktiven Lautsprechern mit digitalen Frequenzweichen (DSP) kann man die Laufzeit jedes einzelnen Chassis mit einem Delay ausstatten. Auf diese Art erreicht man, dass deren Schall gleichzeitig beim Hörplatz ankommt, auch bei planer Schallwand. Beispielsweise würde bei einem Lautsprecher mit tief bauenden Horn dessen Schallzentrum als „Zeit-Nullpunkt“ verwendet werden. Die anderen Chassis, deren Schallentstehungspunkt weiter vorne liegt (und/oder deren Laufzeit zur hörenden Person hin kürzer ist) würden dann das dazu passende Delay erhalten.

Die Alternativen:

Ein Chassis für alles, mit allen sich dabei ergebenden „anderen Problemen“ (vor allem hoher Klirr schon bei geringen Lautstärken, geringe Bandbreite und kaum Tiefbassfähigkeit).

In sich verschachtelte Chassis, in Form von Koaxen, seltener Triaxen (beides leider auch nicht perfekt, weil „vibrierende Hörner“) und so gut wie einmalig der vierwegige und vollaktive „One Point“ Lautsprecher von Cabasse „La Sphére“. Der Preis ist dementsprechend…..

D‘ Appolito Chassisanordnung. Eine relativ einfache und gute Methode zur punktförmigen Schallabstrahlung, allerdings nur dann, wenn alles auf einen Hörplatz/Punkt hin optimiert wird. Schon wenn die sonst sitzende Person nur aufsteht, stimmen die Laufzeiten nicht mehr.

Schallzeilen, bei denen die unterschiedlichen Laufzeiten der Chassis zur hörenden Person hin sogar zum Vorteil werden, denn die Schallabgabe erfolgt dann „zylinderförmig“ und es entstehen kaum noch Boden- und Deckenreflexionen.