Lautsprecher-Technik: Grundlagenwissen vom Spezialisten

Fachwissen vom Profi: Alles Wissenswerte und die kompletten Grundlagen rund um das Thema Klangwiedergabe erhalten Sie im folgenden Artikel (Auszüge) - und zwar direkt vom Spezialisten der Audiotechnik Günther Nubert, dem man nachsagt, dass er das sprichwörtliche Händ­chen für außergewöhnlich gute Lautsprecher hat. Seit vier Jahrzehnten steht der Name Nubert für hochwertige Lautsprecher und andere HiFi-Produkte, die halten, was sie versprechen. Nubert-Boxen sind durch und durch ehrliche Lautsprecher mit höchsten Ansprüchen an Material und Verarbeitung, deren Klangqualität vielen tausend Musik- und Heimkinoliebhabern als unübertroffen gilt. 

Klangentscheidende Faktoren im Umfeld guter Lautsprecher

Als sich im Jahr 1963 in Deutschland langsam die Stereotechnik durchsetzte, war mein Hobby (Herr Nubert/Inhaber der Firma Nubert Lautsprecher) neben der Radiobastelei, den besten Klang bei der Musikwiedergabe zu erreichen. Es erschien schon damals klar, dass die Qualität der Lautsprecher dabei am wichtigsten ist. Später haben sich aber zwei weitere Punkte als ähnlich wichtig herausgestellt:
Die Qualität der Aufnahme (es gab damals nur wenige Aufnahmen, die das Klangbild nicht zu einem „Einheitsbrei“ vermischt haben).
Die Akustik des Hörraums und die Sorgfalt, mit der die Lautsprecher aufgestellt werden.

Mit dem meisten Aufwand, den meine „HiFi-Kumpels“ und ich mir leisten konnte (damals hohe Preise!), haben wir uns immer bessere Tonbandmaschienen angeschafft, um die vergängliche Klangqualität der damals besten Stereolangspielplatten für „unbegrenzte“ Zeit zu konserviern.
Nach mehrere Jahre andauerndem, ungeduldigem Warten kam dann endlichen im Jahre 1981 (noch vor der Einführung der CD) die Digitaltechnik im Form des „Beta-PCM“-Systems heraus, mit dem der Verschleiß der Vinyl-LPs ein Ende hatte. Fast alle unsere Hunderten gesammelten LPs (die vorher nur ein- oder zweimal abgespielt wurden), haben wir dann mit dem Prozessor „Sony PCM -F1“ auf Betamax-Videokassetten digital archiviert. Als dann im im August 1982 die ersten CDs herauskamen, waren wir sehr überrascht davon, dass sie deutlich heller klangen als unsere PCM-Aufnahme der Analog-LPs, weshalb dann der Höhenregler am Verstärker öfters nach links gedreht werden musste. Die helle Abmischung war sehr wahrscheinlich ein Fehler der damaligen Toniningenieure, die sich offenbar riesig darüber gefreut haben, nun jede Menge hohe Tonlagen auf den Datenträger bannen zu können.

Nach einigen Jahrzehnten hat sich aus unserer Sicht immer wieder bestätigt, dass der Klang einer guten Stereoanlage vor allem von den drei Faktoren Aufnahmequalität, Lautsprecherqualität und Raumakustik abhängt. Alle anderen Gesichtspunkte wie die Qualität der Verstärker, der Digital/Analog-Wandler (zum Beispiel CD-Player), der Kabel oder sonstiger Komponenten haben weit geringeren Einfluss auf den Klang. Das Hobby HiFi stellt aber auch eine reizvolle Spielwiese dar, auf der eine Reihe von wunderlichen Ideen, Vorurteilen und Wunschgedanken liebevoll gepflegt werden. Wenn das Experimentieren mit exotischem Zubehör Freude bereitet, ist es vielleicht nicht so wichtig, ob die Wirkung einem richtigen Hörtest oder einer physikalischen Überprüfung standhält.

 

Der Hörraum

Praktisch jeder Wohnraum stellt – vom Gesichtspunkt des Messtechnikers betrachtet – mit seiner Vielzahl von Reflexionen und Resonanzen eine echte „Katastrophe“ dar!

Wer jedoch schon einmal Musik in einem annähernd perfekten schalltoten Raum gehört hat, ist fast immer völlig entsetzt darü- ber, wie fürchterlich dort eine gute Stereoanlage klingt, weil die akustische Umgebung als sehr unnatürlich und unangenehm empfunden wird.

Der Hörraum ist wahrscheinlich der wichtigste Teil einer Stereoanlage. Trotzdem hat man als Lautsprecherkonstrukteur durch überlegte Auslegung der Boxen einen recht großen Einfluss darauf, wie sehr sich unangenehme Resonanzneigungen des Raumes für den Hörer auswirken können. Einerseits sind gute Lautsprecher schlechten Konstruktionen sowohl in optimalen als auch in problematischen Räumen klanglich überlegen (kaum jemand würde auf die Idee kommen, eine Stradivari durch eine Blechgeige zu ersetzen, wenn das Orchester kurzfristig in einen anderen Saal ausweichen muss). Das ändert aber andererseits nichts daran, dass man manchmal mit kleineren, sauberen Anlagen in besonders geeigneten Zimmern ein wesentlich schöneres Klangerlebnis haben kann als mit sündhaft teuren Anlagen in mittelmäßig klingenden Räumen.

Die Vorstellungen, was unter „gutem Klang“ zu verstehen ist, sind manchmal recht unterschiedlich. Für die meisten Menschen klingt Musik in Räumen mit angenehmem akustischen Klima weit besser als in überdämpften oder halligen Räumen. Für Zweikanalmusikwiedergabe – also klassisches Stereo – „klingen“ Räume, die leicht überdurchschnittlich mit Möbeln und Vorhängen ausgestattet sind, meist am besten; also mit Nachhallzeiten von 0,5 bis 0,6 Sekunden (T60). Bei Surround-Anlagen darf der Raum kürzere Nachhallzeiten haben, also noch etwas trockener sein. Im mittleren und höheren Frequenzbereich werden Reflexionen, die beispielsweise von den Seitenwänden des Raumes kommen, meistens als Bereicherung des Klangbildes empfunden, weil sie zu einer gewissen „Luftigkeit“ und zu einem Eindruck von mehr Breite und mehr Tiefe beitragen. Durch diesen angenehm umhüllenden Klangeindruck wird die Ortbarkeit einzelner Instrumente weit weniger gestört, als von den Gegnern dieser „frühen Reflexionen“ immer wieder angeführt wird. Wenn der Raum eigentlich eine ordentliche Akustik hat, die Lautsprecher aber neben stark reflektierenden Seitenwänden stehen, können kleinflächige Absorber (etwa 50 x 50 cm) von Vorteil sein, um einerseits den Raum nicht noch weiter zu dämpfen, andererseits die „direkten Spiegelungen“ der Schallquellen zu vermindern. In modernen Designwohnungen gibt es häufig Steinböden und gro- ße Fensterflächen. Wenn dann auch noch auf Vorhänge verzichtet wird, gibt es fast keine Chance für zufriedenstellenden Klang. Eventuell können hier transparente Absorber-Elemente integriert werden, ohne zu stark in die Architektur einzugreifen. Die mikroperforierten Folien oder Kunstglasplatten sind auch als Jalousien, Lamellenvorhänge oder Stellwände unter der Bezeichnung „Microsorber“ erhältlich.

In der Tonstudio-Praxis werden alle Arten von Reflexionen natürlich als „Verfärbung“ empfunden. Deshalb wird hier oft ein RaumGrundriss gewählt, der einem Kinderdrachen ähnelt und bei dem die Winkelverhältnisse so gewählt sind, dass die Wandreflexionen am Tonmeister vorbei geleitet werden. Oder der vordere Bereich des Raumes wird stark gedämpft, um ein trockenes, analytisches Klangbild zu erzielen. Von vielen HiFi-Fans wird dieser Klang aber als „etwas leblos“ empfunden. Dass der Hörbereich mit optimaler Präzision (sweet spot) dann auch merklich kleiner wird, stört im Studio weniger als in Wohnräumen. Über die Raumakustik mit den – für das Hörempfinden so wichtigen – „early reflections“ in Wohnräumen sind viele dicke Bücher geschrieben worden; diese Thematik wird aber so kontrovers diskutiert, dass wir einfach ganz subjektiv als HiFi-Fans beobachtend an das Phänomen Musikwiedergabe in geschlossenen Räumen herangehen.

Einige der aufwendigen Computerprogramme für Raumsimulationsmodelle, die in den letzten Jahren auf dem Markt erschienen sind, stellen vor allem für große Hallen beziehungsweise Fußballstadien ein hilfreiches Werkzeug dar und können eventuell auch in Wohnräumen die Experimentierphase bei der Boxenaufstellung verkürzen. Besonders sinnvoll sind diese Programme für Akustikspezialisten – auch zur Simulation der Abstrahleigenschaften von Lautsprechern. Für HiFi-Fans zeigen die Ergebnisse aber meistens das, was man sowieso schon wusste: beispielsweise ist der optimale Sitzplatz irgendwo auf der Linie zwischen den Boxen (mit der gleichen Entfernung zu den beiden Hauptlautsprechern). Es stellt auch keine Überraschung dar, dass sich Lautsprecher und Hörplatz nicht direkt an der Wand befinden sollten, wenn kein „Double Bass Array“ eingesetzt wird.

 

Räume und Boxen

Es gibt eine Reihe Erfahrungswerte, wann zu erwarten ist, dass eine HiFi-Anlage gute Chancen hat, wirklich schön zu klingen:
● Wenn der Grundriss eines Wohnraumes ein Längen/BreitenVerhältnis von ganz grob 3:2 oder 5:2 hat (der Raum also weder exakt quadratisch noch zu schlauchförmig ist).
● Wenn die Raumfläche etwa 20 bis 25 qm beträgt, erreicht man oft schon mit guten Regalboxen ein feines Klangbild. Größere Räume bekommt man oft nur durch aufwendige Maßnahmen in den Griff.
● Wenn man das „Stereodreieck“ im Vergleich zur Raumgröße testweise zunächst relativ klein wählt, kann man sich an das persönlich als optimal empfundene Verhältnis zwischen Direkt- und Diffusschall herantasten.
● Wenn sich die Lautsprecher und der Hörplatz an der längeren Wand des Wohnraums befinden, bekommt man meist eine „breitere Bühne“. Dann muss man aber Lautsprecher und Hörplatz oft relativ nahe an der Stirn- und Rückwand des Raumes positionieren, was die Dröhngefahr verstärken kann. Bei Aufstellung an den Schmalseiten des Raumes kann man oft größere Stirn- und Rückwandabstände wählen und somit den „Dröhnbereichen“ des Raumes besser ausweichen.
● Wenn die Lautsprecher von der akustisch härteren Raumseite in Richtung auf die stärker gedämpfte Seite strahlen, wird das Klangbild oft lebendiger. Parkettboden in der Zimmerhälfte, in der die Lautsprecher stehen, „klingt“ meist besser als Teppichboden.
● Wenn die Zimmerdecke eher giebelförmig oder asymmetrisch strukturiert ist.
● Wenn an schallharten Seitenwänden kleinflächige Schalldämmelemente (circa 50 x 50 cm) angebracht sind, die eine „direkte Spiegelung“ der Schallquelle reduzieren.
● Wenn in größeren Räumen überlegt konstruierte, große Standboxen mit mindestens je zwei Tieftönern eingesetzt werden.
● Wenn ein Raum unangenehm klingt, kann ein Lautsprecher, der im Mitten- und Höhenbereich recht stark bündelt, (z.B. ein Flächenstrahler), klangliche Verbesserungen bringen.
● Um den „Dröhnfrequenzen“ und „Auslöschungen“ im Raum ein Schnippchen zu schlagen und damit Spitzenergebnisse im Bassbereich zu erreichen, ist ein größerer Aufwand erforderlich: ein „Double Bass Array“, zum Beispiel mit vorne zwei großen Standboxen oder zwei Front-Subwoofern und hinten (auch bei Einsatz „ohne Surround“) mit zwei Subwoofern – oder zwei Standboxen, die als Subwoofer betrieben werden. Die hinteren Woofer werden dabei mit Laufzeitausgleich („time delay“ entsprechend der Raumlänge) versehen.

Lautsprecher mit identischen Messwerten im schalltoten Raum können in normalen Wohnräumen völlig unterschiedlich klingen. Den Auswirkungen dieses Phänomens kann man mit Equalizern oder digitalen Signalprozessoren nur sehr unvollkommen beikommen, weil jeder Punkt im Raum sein „Eigenleben“ hat.

Fast jeder hat schon einmal die Erfahrung gemacht, dass ein kleiner Lautsprecher, der direkt auf den Boden gestellt wird, in praktisch jedem Raum brummelig, dröhnend und undifferenziert klingt. Derselbe Lautsprecher klingt auf einem Stativ von vielleicht einem Meter Höhe wesentlich klarer – aber substanzloser und dünner. Bei Regalboxen und bei kleinen Standboxen (mit nur einem Basslautsprecher) muss man einen ordentlichen Kompromiss zwischen diesen Extremen suchen. Bei größeren Standboxen kann man aber mit Hilfe mehrerer Basschassis erreichen, dass die Box substanzreich erscheint und gleichzeitig die Dröhnneigung vermindert.

Neben der Suche nach Perfektion in den Lautsprechereigenschaften selbst ist es also die Aufgabe des Entwicklers, die geometrische Form und die Abstrahleigenschaften des Lautsprechers so zu optimieren, dass das mit hoher Wahrscheinlichkeit in den meisten Räumen funktioniert!

Durch wandnahe Aufstellung (und erst recht durch die Nähe von Raumecken) werden die Bässe kräftiger. Sie klingen aber einerseits dröhnender, andererseits werden manche Frequenzen (vor allem um etwa 250 Hz) durch Phasenauslöschungen infolge Wandreflexionen verschluckt. Das kann man verhindern, wenn man Regalboxen so ins Mobiliar (oder in die Bücherwand) integriert, dass sie bündig mit an diesen Stellen möglichst vollen Regalfächern abschließen. Bei kleinen Lautsprechern kann eine wandnahe Aufstellung insgesamt ein guter Kompromiss sein, bei großen Boxen ist sie meistens nachteilig. Recht gut ist normalerweise ein Abstand von 30 bis 50 cm zur Raum-Vorderwand, optimal etwa 1 m (bzw. etwa ein Viertel der Raumlänge) und 60 cm bis 1 m zu den Seitenwänden.

Bassreflexöffnungen auf der Boxen-Rückseite sind akustisch meistens vorteilhaft, obwohl dadurch der Wandabstand einer der beiden Bassquellen (Tieftöner und BR-Rohr) kleiner ist und deshalb die erste Stehende Welle etwas stärker angeregt wird. (Die zweiten und dritten Längsmoden werden von der Öffnung bei mittelgroßen Standboxen in typischen Wohnräumen kaum noch angeregt, weil deren Pegel oberhalb ca. 30 bis 35 Hz steil abfällt. Bei vorne angebrachten Reflexrohren sind die Strömungsgeräusche – vor allem bei Orgelmusik – viel stärker hörbar und meist wesentlich störender als die Nachteile hinten montierter Rohre.)

Ab und zu sprechen uns Kunden darauf an, ob die hinteren Bassreflexöffnungen unserer kleineren Boxen es verhindern, dass man sie in eine Schrankwand oder in ein Bücherregal integrieren kann. Die Fachböden einer Schrankwand haben immer eine Hohlraumresonanz von weit über 100 Hz. Weil oberhalb 100 Hz kein nutzbares Signal aus den Reflexöffnungen kommt, bringt es auch in diesem Punkt keine klanglichen Nachteile, wenn sie hinten an der Box sind. Auch durch den quasi verlängerten Bassreflexweg von der Rückseite der Box bis zur „Außenwelt“ wird die Abstimmung des Reflexkanals nicht nennenswert verändert. Die Bassreflexöffnungen sollten aber mindestens 3 cm Abstand zur Wand haben. Wenn dies nicht möglich ist (zum Beispiel bei direkter Wandbefestigung), empfehlen wir, die Öffnung mit einem Pfropfen aus Schaumgummi oder leicht zusammengedrücker Watte ein wenig zu dämpfen. Je nach Akustik des Wohnraumes ergibt sich dann eine kleine Abschwächung im Bassbereich. Weil man aber durch wandnahe Aufstellung einer Box oft zu viel Bass bekommt, kann das Verschließen der Öffnung auch vorteilhaft sein. Die Dämpfungen aller Nubert Bassreflexboxen sind zwar für den Reflexbetrieb optimiert, liefern aber auch bei geschlossener Box sehr gute Ergebnisse. Das Dämpfungsmaterial aus Polyesterwatte bewirkt keinerlei allergische Reaktionen und ist im Gegensatz zu den manchmal verwendeten Silikatfasern nicht „kurzbrechend“. Eine Gesundheitsgefahr durch eingeatmete Fasern ist damit also ausgeschlossen.

Mit abgenommener Stoffbespannung oder entferntem Metallgitter klingen unsere Boxen etwas heller und klarer. Die Gefahr für die Lautsprecherchassis (zum Beispiel eingedrückte Membranen durch Kinderhände), muss im Einzelfall gegen den Klangunterschied abgewogen werden

 

Boxenauswahl und -aufstellung für hochwertige Basswiedergabe in geschlossenen Räumen

Für Surround-Effekte ist die beste Aufstellung einfach die, die am meisten Spaß macht. Für HiFi-Wiedergabe versucht man, die Eigenresonanzen des Wohnraumes so zu reduzieren, dass die bestmögliche und natürlichste Basswiedergabe möglich wird.

Bei Musikwiedergabe im Wohnraum treten praktisch immer Raumresonanzen auf, die den Klang negativ beeinflussen. In den meisten Räumen gibt es (je nach Raumgröße und Geometrie) drei „dominante“ Schalldruck-Überhöhungen (also „Dröhnfrequenzen“) zwischen etwa 25 und etwa 80 Hz – sowie deren Vielfache – die für Surround-Effekte eindrucksvoll sein können, bei Musikwiedergabe aber meist stören. Sie werden von sogenannten „stehenden Wellen“ verursacht, die sich zwischen den parallelen Wänden des Raumes aufbauen (vorn/hinten, links/rechts und zwischen Decke/Boden). Für eine von den Lautsprechern abgestrahlte Wellenfront lassen sich in Wohnräumen meist etwa 30 Raumdurchläufe (vorne/ hinten-Reflexionen) beobachten, bis das Signal weitgehend abgeklungen ist. Immer wenn eine, zwei oder drei „halbe Wellenlängen“ eines Basssignals dem Abstand der parallelen Wände entsprechen, passen die Zeitverhältnisse genau für diese Frequenzen so, dass dieses Signal nach den ersten beiden Wand-Reflexionen einen weiteren „Schubs“ von den Lautsprechern bekommt. Dann erhöht sich der Schalldruck nach jedem Durchlauf und kann Spitzen von bis zu 20 dB erreichen. Diese Frequenzen lassen sich einfach ausrechnen. Für die erste Raummode gilt: Schallgeschwindigkeit geteilt durch die doppelte Raumlänge, Raumbreite oder Raumhöhe. Für einen Raum mit 6 m Länge also: 343 m/s : 12m = 28,6 Hz. Die zweite und dritte Mode liegt dann bei ca. 57 und 86 Hz.

● Diesen Überhöhungen kann man wirkungsvoll durch den Einsatz mehrerer Subwoofer in Verbindung mit großen Absorbern begegnen, was aber recht mühselig ist und viel Feinarbeit erfordert.
● Mit großen Standboxen oder zwei Woofern, die links und rechts neben den Hauptlautsprechern aufgestellt sind, werden die Lateralmoden (also: links/rechts) schon stark reduziert. Dabei bildet sich eine Wellenfront, die den Raum von vorn nach hinten ohne große seitliche Wandreflexionen durchläuft.
● Meist lassen die Gestaltung und die Größe des Wohnraumes eine optimale Aufstellung bassintensiver Boxen nicht zu: nämlich die Platzierung der Lautsprecher (bzw. Woofer) mit 1 bis 1,5 m Abstand von der Stirnwand des Raumes! Damit könnte man wirkungsvoll (die oft unangenehmsten) „vorne/hinten Resonanzen“ mindern.

wellenlaenge doppelten zimmerlaenge 01
Erste Längsmode (Schall-„Schnelle“) mit einer Wellenlänge, die der doppelten Zimmerlänge entspricht.
wellenlaenge doppelten zimmerlaenge 02
Erste Längsmode (Schall-„Druck“) mit einer Wellenlänge, die der doppelten Zimmerlänge entspricht.

Schalldruck-Maxima erste bis dritte Längs-Mode
Schalldruck-Maxima erste bis dritte „Längs-Mode“ (bei „schallharten“ Front- und Rückwänden).


In den Druck-Maxima werden stehende Wellen am stärksten angeregt. Sie liegen an Stirn- und Rückwand und jeweils eine halbe Wellenlänge von der Wand entfernt. Die  geringsten  Anregungen  ergeben  sich  für  die  einzelnen Frequenzen jeweils „im Knoten“ der Schalldruckdiagramme. Man sieht, dass es keine Knoten gibt, in denen sich die Minima für alle Wellenlängen (Frequenzen) befinden.

Um die drei ausgeprägtesten Raumresonanzen zu lindern, muss man einen Kompromiss eingehen. Erfahrungsgemäß bekommt man die am wenigsten dröhnende Wiedergabe, wenn der Abstand der Basslautsprechermembranen/ Bassreflexrohröffnungen von der Stirnwand des Raumes etwa 20 bis 25 % der Raumlänge beträgt. (Wenn auf den Einsatz eines „Double Bass Arrays“ verzichtet wird.)

Double Bass Array
Nubert Lautsprecher

 

Ein „Double Bass Array“ bringt zur Optimierung der Basspräzision das mit großem Abstand absolut beste Ergebnis aller uns bekannten Verfahren und Aufstellungen – zumindest in rechteckigen Räumen. Es geht darum, eine „ebene Wellenfront“ zu erreichen, die dann den Raum von vorn nach hinten weitgehend ungestört von Lateralreflexionen (von Seitenwänden, Boden und Decke) durchläuft. Das kann mit mindestens zwei (besser vier) Subwoofern an der vorderen Wand des Hörraumes, oder durch zwei große Standboxen, in denen jeweils zwei Subwoofer integriert sind, erreicht werden. Dann treten fast nur noch Probleme auf, die von Reflexionen der Raumrückwand stammen. Prinzipiell sind drei Methoden möglich, diese Reflexionen zu verhindern, von denen für Wohnräume die erste aus praktischen Gründen von vorne herein schon auszuschließen ist: Wenn man die Länge des Wohnraums verdoppeln würde und hinter einem schalldurchlässigen Vorhang auf der neuen, „zweiten Raumrückwand“ zu Beispiel 5 Meter lange, spitze Keile aus Dämm-Material (wie in einem schalltoten Raum) montieren würde, könnte man damit auch Bassreflexionen verhindern. Diese Maßnahme wäre natürlich sehr unökonomisch; darüber hinaus würde dadurch aber auch das subjektiv empfundene „akustische Klima“ des Raumes leiden.

Eine sehr aufwendige, in wenigen Fällen vielleicht gerade noch praktikable Möglichkeit wäre es, hinten passive Absorber für die erste Längsmode des Raumes aufzustellen, die bei einer Raumlänge von beispielsweise 6 m eine Frequenz von knapp 29 Hz hat. Bei so tiefen Frequenzen müssen die Absorber sehr große Abmessungen haben, um effektiv zu sein. Das in diesem Kapitel beschriebene „Double Bass Array“ ist eine wesentlich elegantere, wirksamere und unauffälligere Möglichkeit, dieses Ziel zu erreichen. Wenn an der Rückwand dieses 6 m langen Raumes Subwoofer stehen, die mit einem „time delay“ von 18 Millisekunden (also ca. 3 ms pro Meter Raumlänge) gegenphasig angesteuert werden, stellen sie „aktive Absorber“ dar. Weil die (oben genannte) Wellenfront den Raum durchläuft und dann vor einer Reflexion an der Rückwand praktisch komplett „aufgesaugt“ wird, führt das zu einer drastischen Verringerung der Dröhn-Neigung des Raumes. Genauere Beschreibung hierzu auf unserer Webseite in der Rubrik „Wissen“ / „Basswiedergabe“: http://www.nubert.de/downloads/ dba.pdf Zu diesem Thema empfiehlt sich auch die Dokumentation „Optimierung der Tieftonwiedergabe“ von Anselm Goertz, Markus Wolff und Lutz Naumann: http://www.nubert.de/downloads/ optimierung_der_tieftonwiedergabe.pdf

 

Loudness-Effekt durch Lautsprecher

Es gibt Lautsprecher, die so klingen, als wäre der Bassregler des zugehörigen Verstärkers aufgedreht. Bei manchen dieser Boxen verliert sich der basslastige Klangeindruck mit zunehmender Lautstärke. Jetzt könnte man meinen, dass es sich hierbei um eine Art „erwünschten Loudness-Effekt“ handelt. Das ist alles andere als wünschenswert, weil Lautsprecher (im Gegensatz zur Stellung des Lautstärkereglers) ja gar nicht „wissen“ können, ob man leise hören will oder ob in einem lauten Musikstück zufällig eine leise Passage läuft, deren Klangspektrum schon ohne Bassanhebung genau stimmt! Eine solche Auslegung wird oft mit sehr weich aufgehängten, relativ kleinen Basslautsprechern realisiert, die in einem großen Gehäuse eingebaut sind. Manchmal erreichen sie dann bei 10 % ihrer Nennbelastbarkeit schon 80 % ihres maximalen Membranhubes. Es handelt sich hier also um Nichtlinearitäten in der Dynamik! Zu diesen Verzerrungen addieren sich dann noch bei größeren Lautstärken mehr oder weniger „blubbernd“ klingende Bässe.

 

DSP-Systeme und Equalizer

DSP-Systeme (Digitale Signalprozessoren) können unter anderem die Aufgaben analoger Schaltungen übernehmen, beispielsweise Frequenzweichen, Equalizer, Dynamik-Kompressoren und so weiter. Darüber hinaus ist es in der Praxis möglich, Frequenzgang und Phasenverhalten unabhängig voneinander einzustellen (FIR Filter-Technik).

DSP-Systeme und Equalizer zur Korrektur von Lautsprecher-Unzulänglichkeiten Frequenzgang-, Phasen- und Laufzeitfehler eines Lautsprechers können mit DSP-Systemen weitgehend kompensiert werden – aber nur dann, wenn diese Fehler über einen größeren Winkelbereich sehr gleichmäßig auftreten! Dramatisch wird die Angelegenheit, wenn ein schmaler Frequenzgangeinbruch (bzw. eine schmale Spitze) einer Lautsprecherbox linearisiert werden soll. Lautsprechersysteme, die schon von der Konstruktion her für jeden Abstrahlwinkel einen anderen, stark zerklüfteten Frequenzgang haben, mit DSP-Systemen linearisieren zu wollen, ist ein technisch eigenartiges Unterfangen: die tiefen Einbrüche im Frequenzgang (wie sie etwa von fast allen Koaxialsystemen hervorgerufen werden), sind beispielsweise gehörmäßig noch irgendwie erträglich, solange man nicht versucht, diese Frequenzgänge mit DSP Systemen geradezubiegen! Wenn man das dann aber doch tut, handelt man sich für jeden anderen Abstrahlwinkel als für den „linearisierten“, eine Reihe von oft mehr als 10 dB hohen Spitzen im Frequenzgang ein, die das Klangbild extrem metallisch machen.

 

DSP-Systeme und Equalizer zur »Raumkorrektur« eines Klangspektrums

In letzter Zeit tauchen häufig Produktvorstellungen in Firmenprospekten und Tests in Fachzeitschriften auf, die den Eindruck erwecken, es sei sinnvoll, den gesamten Frequenzgang eines akustisch unangenehmen Raumes einfach an der Hörposition messtechnisch zu erfassen und daraus ein Korrektursignal abzuleiten. Wenn dann den Boxen zusammen mit der Musik die „umgekehrte“ Frequenzgangveränderung des Raumes angeboten wird, sollen die Raumeinflüsse kompensiert werden.

Zugegeben, vor vielleicht 25 Jahren dachten auch wir, dass der Klang einer Beschallungsanlage dann wohl gewinnen würde, wenn der (durch gleitenden Sinus, Frequenzgemische oder durch Schmalbandrauschen gewonnene) Frequenzgang am definierten Sitzplatz eines Hörers durch Equalizer linearisiert werden würde! Erst die katastrophalen Hörergebnisse dieser Versuche bei der Kompensation des Gesamtfrequenzbereiches veranlassten uns, konzentriert über solch eine Vorgehensweise nachzudenken und uns mit diesem Gebiet intensiv zu beschäftigen: Der „Frequenzgang“ von impulsartigen Signalen im Raum sieht bei jeder Art der Impulszusammensetzung völlig anders aus – und hat praktisch gar nichts mit dem Frequenzgang im eingeschwungenen Zustand zu tun!

 

In der Praxis muss man einige Teilaspekte unterscheiden:

1. Oberhalb einiger hundert Hertz sind die Resonanzen und Auslöschungen so ungleichmäßig im Raum verteilt, dass schon der Abstand zwischen den beiden Ohren eines Hörers ausreicht, um für jedes Ohr völlig unterschiedliche Bedingungen zu schaffen. Deshalb sind in diesem Frequenzbereich nur breitbandige Beeinflussungen des Frequenzganges – also als Klangregler – sinnvoll. Die durch Raumreflexionen verursachten Klangveränderungen im mittleren und höheren Frequenzbereich durch „Umdrehen“ der eingespeisten Informationen verbessern zu wollen, funktioniert nicht. Das ist vergleichbar mit dem Versuch, Echos oder Nachhall von Stimmen durch zusätzlich noch gegenphasig gesprochene (quasi eingesaugte) Worte verhindern zu wollen. Erst die völlige Stille des Sprechers – oder eine vollständige akustische Dämpfung der reflektierenden Flächen – können das Echo verhindern.

2. Raumbedingte, schmale Auslöschungen im Bassbereich kann man nicht sinnvoll auffüllen; man kann höchstens versuchen, die Umgebung des Frequenzbereichs, in dem sich die schmale Auslöschung befindet, ganz sanft (und wesentlich breitbandiger) anzuheben. Bass-Anhebungsversuche mit schmalbandig wirksamen digitalen Signalprozessoren oder parametrischen Equalizern (mit mehr als etwa 6 dB/oct. Filtersteilheit) verkehren sich sogar gravierend ins Gegenteil: Für die Punkte, an denen sich das Messmikrofon – oder die Ohren eines einzelnen Hörers – befinden, können zwar Frequenzgangeinbrüche durch drastisch erhöhte Verstärkerleistung ausgeglichen werden. Das geht aber nur für einen sehr kleinen Bereich in der Nähe dieses Punktes, und nur für den eingeschwungenen Zustand (also für langsam ein- und ausschwingende Instrumente wie große Orgelpfeifen). Um einen im Alltag normalen Einbruch von beispielsweise 10 dB aufzufüllen, benötigt man eine Verzehnfachung der Verstärkerleistung. Dabei entsteht absolut sicher an vielen anderen Stellen des Raumes eine sehr unangenehme, dröhnende Überhöhung. In der Praxis werden also durch Ausbügeln der (nicht so störenden) Frequenzgangeinbrüche im Raum extrem störende Überhöhungen gemacht! DSP-Versuche mit mehreren gemittelten Raumfrequenzgängen (von verschiedenen Stellen des Raumes als Korrekturgrundlage), können manchmal auf den ersten Blick ganz angenehme Resultate liefern – sie wirken (wenigstens) normalerweise nicht so krass wie der Kompensationsversuch für einen Raumpunkt.

3. Im Tiefbassbereich (20 bis 80 Hz) können die Schalldruck- überhöhungen, die durch die Raummoden beziehungsweise „stehende Wellen“ verursacht werden, über eine Fläche von vielleicht einem oder zwei Quadratmetern relativ gleichmäßig ausgebildet sein. Mit parametrischen Equalizern, Notch-Filtern (oder DSP Systemen mit diesen Funktionen) kann man versuchen, einen Teil dieser „Dröhnspitzen“ zu mildern. Dabei beeinflusst man aber impulsartige Klänge negativ. Das Wegfiltern von Resonanzen kann den Klangeindruck also angenehmer machen, doch geht dabei auch Information verloren. Der Schlag einer Basstrommel ist schon zum größten Teil wieder vorbei, bevor der Raum überhaupt in die Nähe kommt, eine Resonanz durch stehende Wellen zu entwickeln! Wie sollte es dann möglich sein, ein eingeschwungenes Signal als Basis für die Korrektur im Bassbereich zu verwenden – zumal jeder Punkt im Raum sein Eigenleben hat? Bei zu dünn oder zu massiv klingenden Räumen sorgt eine sanfte, recht breitbandige Bassanhebung oder -absenkung für Abhilfe. Die Vor- und Nachteile dieses Verfahrens (im Vergleich zu überhaupt keiner Korrektur) sind ebenfalls nicht leicht zu bewerten. Uns erscheint eine sanfte Raumkorrektur insgesamt als erwägenswert.

4. Seit einiger Zeit gibt es Bemühungen, auch im Zeitbereich den Aufbau und das Abklingen einzelner stehender Wellen im Tiefbass zu analysieren. Dann kann man in sehr aufwendigen DSP-Systemen eine Reihe von Sperrfiltern (Notch-Filter) programmieren, deren Wirkung zeitlich mit Verzögerung einsetzt – parallel zum Aufbau- und Abkling-Prozess der stehenden Wellen. Damit kann der Nachteil weitgehend vermieden werden, die „erste Wellenfront“ negativ zu beeinflussen. Trotzdem fielen Hörversuche ohne diese Filter, dafür aber mit Double Bass Arrays oder „günstiger akustischer Behandlung“ des Raumes, weit besser aus.

 

DSP-Systeme, Klangregler, Equalizer und Loudness-Regler zur Klangregelung

Manche HiFi-Fans sind wirklich „rigoros ästhetisch“ eingestellt. Sie ertragen bei schlecht klingenden Aufnahmen lieber eine unsinnig abgemischte Klangbalance mit zusammengebissenen Zähnen, anstatt einfach den Klangregler zu betätigen und dadurch ein angenehmeres Klangbild zu erreichen! Die Angst vor etwaigen nachteiligen Auswirkungen von Klangreglern und Equalizern bei der Impulsverarbeitung ist zwar begründet, doch sind negative Klangauswirkungen von sinnvoll aufgedrehten Reglern geringer als die negativen Auswirkungen von beispielsweise zu dünn klingenden Aufnahmen! Schädliche Einflüsse von auf Null gedrehten Reglern oder Equalizern sind eher die Ausnahme. Viele Verstärker sind außerdem mit Schaltern oder einer „Source Direct“-Taste ausgerüstet, mit denen man die Klangregler ausschalten kann.

Viele hochwertige Stereoanlagen klingen bei kleinen Lautstärken viel zu dünn. Trotz der technischen Fortschritte im Verstärkerbau trauern wir immer noch den Zeiten nach, als jeder ordentliche Verstärker noch Klangregler und eine stufenlos einstellbare Loudness-Korrektur hatte. Das menschliche Ohr ist einfach nicht dafür gebaut, bei kleinen Lautstärken das volle Klangspektrum wahrzunehmen (ähnlich dem Auge, das bei sehr wenig Licht nur noch Grauwerte unterscheiden kann). Es ist Aufgabe eines Klangreglers, nicht eines Lautsprechers, so etwas zu korrigieren! In meine Privatanlage ist deshalb ein selbst konstruiertes, spezielles „Loudness“-Lautstärkeregler-Modul mit Klangreglern zwischen Vor- und Endverstärker geschaltet. Wegen einiger fehlender Bedienungselemente war mir die sehr hochwertige VerstärkerKombination vorher zu puristisch. Jetzt ist sie auf Wunsch im Klang regel- und auch fernbedienbar – und macht nun endlich richtig Spaß.

 

Möglichkeiten und Grenzen von DSP-Systemen

Wenn man sich ähnlich intensiv mit allen Grundproblemen der DSP-Technik beschäftigt, wie mit dem Bau guter Lautsprecherboxen, kann man damit konventionelle Aktiv- und Passivboxen – vor allem messtechnisch – merklich übertreffen.

Mit DSP-Komplettboxen oder externen DSP-Systemen für Aktiv- oder Passivlautsprecher kann der Laufzeitunterschied von Hoch-, Mittel- und Tieftöner zum Ohr komplett ausgeglichen werden. Es ist damit also technisch möglich, durch Kompensation der Gruppenlaufzeit ein so gutes Zeitverhalten zu erzielen, dass man eine praktisch perfekte Sprungfunktion im Übertragungsverhalten bekommt. Eingriffe in den Frequenzgang (außer im Tiefbassbereich) bringen bei Nubert Boxen keine klanglichen Vorteile. Zur Simulation konventioneller Klangregler oder zum Anpassen des Klanges an spezielle Hörgewohnheiten sind DSP-Systeme jedoch gut geeignet. Die ersten lieferbaren DSP-Systeme hatten eine Abtastfrequenz (Samplingfrequenz) von 44,1 kHz bei 16 Bit Auflösung und lagen zwischen 1250 und 1500 Euro (für beide Boxen). Sie waren eventuell schon zu diesem Preis als Aufwertung für gute, preisgünstige Boxen (um 600 Euro/Paar) sinnvoll. Weil der Frequenzgang früherer FIR-Filter-Prozessoren nur bis etwa 250 Hz hinabreichte, ließen sich diese Systeme jedoch leider genau da, wo eine technische Verbesserung deutlich hörbar wäre, nicht einsetzen: zur Kompensation der Signalverzögerung im Bassbereich! Trotzdem erhielt man damit (vor allem messtechnisch) so saubere Schallwandler, wie sie auch in der dann neuen, (um 1500 Euro höheren) Preisklasse nicht selbstverständlich waren. Obwohl die Sprungfunktion (step response) einer so linearisierten Lautsprecherbox messtechnisch wunderschön aussieht, sollte man oberhalb etwa 1 kHz keine Wunderdinge durch die oft hoch gelobte, zeitrichtige Wiedergabe erwarten. Viele Blindtests zeigten, dass man bei den 44,1-kHz-Systemen nur dann von einer gerade noch bemerkbaren Verbesserung des Klanges reden kann, wenn man von einer digitalen Tonquelle kommend (z.B. von CD oder DAT) auf digitaler Ebene bleibt und das DSP-System schon vor der Digital/ Analog-Wandlung einschleift. (Dabei muss das Musiksignal ja auch keine erneute Analog/Digital-Wandlung durchlaufen.). Bei analogen (oder analog-ähnlichen) Tonquellen, zu denen man in diesem Fall auch DVD-Audio und SACD zählen könnte, ist es anders. Die hörbaren Vorteile der zeitrichtigen Wiedergabe sind eher geringer als die Nachteile durch die zusätzliche 44,1 kHz-Digital/ Analog-Wandlung und die damit verbundene leicht metallische Einfärbung des Klanges. Wir haben ausgiebige Hörvergleiche mit verschiedensten digitalen Systemen gemacht, die noch nicht mit FIR-Filtern zur „group delay“-Kompensation versehen waren. Dabei haben wir den Eindruck gewonnen, dass immer das oberste Drittel des Übertragungsbereiches (in Abhängigkeit von der Filtercharakteristik des D/A-Wandlers) von dieser metallischen Einfärbung betroffen ist. Bei den bisherigen 44,1 kHz-Systemen geht der Frequenzgang bis ca. 21 kHz. Es gab keine klanglich erkennbaren Unterschiede durch zusätzliche Wandlungen, wenn das analoge Eingangssignal nur bis etwa 14 kHz reichte. Wenn die Musikbeispiele Frequenzen bis 20 kHz enthielten, wurde der Einfluss der Wandler von einzelnen erfahrenen Hörern bei ausgesuchten Musikpassagen – beispielsweise bei Bigband-Jazz – eindeutig erkannt. Durch Umsteigen der DSPs auf 24 Bit-Systeme mit 96 kHz Samplingfrequenz wird der saubere Bereich also wahrscheinlich bis auf etwa 28 kHz erweitert und damit sollten die WandlerEinflüsse kein Problem mehr darstellen. Mit unseren hochwertigen Laborwandlern hören wir selbst bei zwei hintereinander geschalteten Systemen keinerlei Unterschiede zum Original mehr! Unsere ersten DSP-Komplettboxen, die wir schon seit vielen Jahren in unserem Labor einsetzen, arbeiten ebenfalls mit 24 Bit und 96 kHz. Dabei gibt es also nur noch die eigentlichen Funktionen bei der Signalverarbeitung ohne jene klanglichen Nachteile, von denen die Digitaltechnik früher betroffen war. Hörtests brachten den erstaunlichen Sachverhalt zu Tage, dass sogar schon der Übergang von 44,1 kHz Samplingfrequenz auf 48 kHz so große Auswirkungen hat, dass damit die Unterscheidung zum Analogsignal kaum noch erkennbar war. Der Schritt von 48 kHz/16 Bit auf 96 kHz/24 Bit brachte dann die Sicherheit, keinerlei Unterschied zum Original wahrzunehmen. Insofern erscheint die Samplingfrequenz 192 kHz also als absolut verzichtbar. Wir erwarten einen starken Anstieg der Nachfrage, wenn hochauflösende DSP-Systeme deutlich preisgünstiger erhältlich sind.

Obwohl diese neuen Entwicklungen eine Brücke zwischen Analog- und Digitaltechnik darstellen, wird eine zunächst einleuchtend erscheinende, aber unzutreffende Behauptung mancher eingefleischter Analogfans wohl weiterhin verbreitet werden: Es wird argumentiert, dass beim Zerstückeln analoger Daten und digitaler Speicherung irgendwelche Informationen zwischen den Abtastpunkten verloren gehen würden! Durch die Hörtests wurde jedoch schon fast bestätigt, und durch das „Abtast-Theorem“ (Shannon/Nyquist) mit Hilfe der FourierTransformation bewiesen, dass dem nicht so ist. Bis zur halben Samplingfrequenz (bei 96 kHz Systemen also bis 48 kHz) gibt es keinen Informationsverlust! Erfahrungsgemäß dürfte das aber auf die echten „Esoteriker“ innerhalb einer Glaubensgemeinschaft keinen großen Eindruck machen.

 

Verstärkerklang

Eigentlich sollte ein Verstärker keine Auswirkungen auf den Klang haben. Außer in der Signalgröße sollte das vom Verstärker an die autsprecher abgegebene Frequenzgemisch in allen Punkten dem Eingangssignal entsprechen. Das ist aber nicht so einfach zu erreichen. Die am häufigsten angegebenen Technischen Daten, wie Klirrfaktor, Frequenzgang und Dämpfungsfaktor haben mit der Neutralität eines Verstärkers nicht allzu viel zu tun. Diese Werte sind bei fast bei allen Transistor-Verstärkern wesentlich besser, als es für „perfekte“ Klangqualität nötig ist. Es gibt aber eine Reihe von Schmutzeffekten, für die keine Grenzwerte definiert sind. Wir hatten schon einige Verstärker im Labor, die z.B. bei einem kräftigen Trompetenstoß die Tieftöner der angeschlossenen Box deutlich auslenken ließen. Wenn dann noch zusätzlich Bässe wiedergegeben werden sollen, ist der lineare Hub deutlich eingeschränkt. Außerdem bedarf es einiger Kniffe, damit der Verstärker weitgehend immun gegenüber der phasenabhängigen Stromaufnahme des angeschlossenen Lautsprechers ist – und auch die „Rückströme“ problemlos verkraftet, die eine Box (beim Abklingen von Impulsen) wie ein Dynamo in den Verstärker-Ausgang presst. Wir testen die klanglichen Beeinflussungen durch Verstärker auf drei Arten:

 

Direkter Hörvergleich

Zwei Verstärker werden an eine Umschaltanlage angeschlossen, die von uns speziell für den Verstärkervergleich entwickelt wurde. Es werden sowohl die „Plus“-Ausgänge als auch die „Minus“-Ausgänge jedes Kanals umgeschaltet, damit einerseits Masseschleifen vermieden werden können, andererseits auch der Vergleich von Verstärkern möglich ist, die in Brückenschaltung arbeiten. Durch den Einsatz spezieller parallel geschalteter Goldkontaktrelais werden sehr niedrige Übergangswiderstände und hohe Kontaktsicherheit erreicht.

 

Reihenschaltungsvergleich

Schaltbild A) rechts oben Das Signal von der Tonquelle wird zu 2 Trennverstärkern (Buffer) geführt, damit sich Rückwirkungen zwischen den Eingängen des zu prüfenden Verstärkers und dem Eingang des anerkannt guten Labor-Verstärkers ausschließen lassen. Der Ausgang des zu testenden Verstärkers wird über einen einstellbaren Spannungsteiler und einen äußerst hochwertigen Studioübertrager schaltbar auf den Eingang des Laborverstärkers gelegt. Insgesamt wird also der zu prüfende Verstärker (mit einem Lautsprecher oder einem ohmschen Widerstand als Last – oder ohne Last) zusammen mit dem Übertrager mit einem Stück Draht verglichen. Ein hörbarer Einfluss des Studioübertragers auf den Klang kann mit Sicherheit ausgeschlossen werden. Damit kann also sehr direkt und ohne jegliche Fehlerquelle leicht festgestellt werden, ob der zu prüfende Verstärker das Signal in irgendeiner hörbaren Form verändert. Das Lautsprecherpaar, das den zu prüfenden Verstärker belastet, muss in einem so weit entfernten Raum stehen, dass es den Hörtest nicht stören kann.

 

Differenzverstärkervergleich

Schaltbild B) rechts oben Mit einem passiven einstellbaren Bandpass (meist etwa 15 Hz bis 50.000 Hz) wird der Frequenzgang des zu prüfenden Verstärkers möglichst exakt nachgebildet. Der Ausgang des zu testenden Verstärkers wird mit einem Spannungsteiler so abgeschwächt, dass es dem Originaleingangssignal entspricht, „erdfrei“ gemacht, gegenphasig mit dem Eingangssignal addiert und an den Eingang des Laborverstärkers weitergeleitet. Im Idealfall wäre dann nichts mehr zu hören. Dieses Signal kann aber beliebig verstärkt werden, so dass dann fast nur noch die Verzerrungen, Rauschen (und eventuell eine Brummkomponente) als Differenz zwischen Ein- und Ausgangssignal hörbar sind. Dieser Test ist besonders spannend, weil damit die Unsauberkeiten des zu testenden Verstärkers beliebig vergrößert und immer hörbar gemacht werden können.

Schaltbild Reihenschaltungsvergleich
A) Reihenschaltungsvergleich

Schaltbild Differenzverstaerkervergleich
B) Differenzverstärkervergleich

Messung: Das Differenzsignal zeigt schon clipping
Ein guter Verstärker, Nennleistungsangabe 500 Watt pro Kanal am „clip point“ (670 W/4 ?).
Das Sinussignal sieht einwandfrei aus, das Differenzsignal zeigt schon „clipping“.

Messung: Differenzsignal mit Rauschen und Durchschnitt
Differenzsignal – oben: mit Rauschen, unten: Durchschnitt aus 64 Messungen.

Messung: Musiksignal mit knapp 100 Watt peak
Oben: als Beispiel ein Musiksignal mit knapp 100 Watt peak (150-Watt-Verstärker).
Unten: Differenz Ausgangs-/Eingangssignal, angehoben um 60 dB (Faktor 1000).

 

Ergebnisse der Hörtests

An „gutmütigen“ Lautsprechern, deren Stromaufnahme im Vergleich zur angelegten Spannung bei keiner Frequenz eine höhere Phasenabweichung als etwa ± 45 Grad aufwies, konnte in sorgfältig durchgeführten Blindtests bei einem großen Prozentsatz (> 40 %) der von uns verglichenen Verstärker bei kleineren und mittl eren Ausgangssignalen (bis etwa zur Hälfte der Maximalleistung) bei den ersten beiden Testmethoden tatsächlich keinerlei Klangunterschied ausgemacht werden (in Linearstellung eventuell vorhandener Klangregler).

Bei einigen wenigen Verstärkern konnte ein Hang zur Aggressivität oder zu einer gewissen „Weichheit/Sanftheit“ dingfest gemacht werden, was aber nicht dramatisch war und mit Hilfe des Höhenreglers teilweise ausgeglichen werden konnte. Beim Test nach der zweiten Methode verlor sich überraschenderweise ein Großteil dieser Verfärbungen, wenn der Verstärker statt an Lautsprechern mit Leistungswiderständen – und erst recht ohne Last – betrieben wurde. Für manche Verstärker stellen bestimmte Lautsprecher also eine besonders schwierige Last dar, weil einerseits Strom und Spannung nicht in Phase sind, andererseits beim Abklingen von Impulsen vom Lautsprecher Strom in den Ausgang des Verstärkers einspeist wird. Daraus können auffällige Verzerrungen entstehen.

Bei hohen Lautstärken (zum Beispiel mit Klaviermusik) und kurzzeitig leicht übersteuerten Verstärkern gab es deutliche Unterschiede in der „Kratzigkeit“ des Klangeindrucks – von „fast unmerklich übersteuert“ (obwohl das „Clippen“ am Oszilloskop deutlich zu sehen war) bis „deutlich kratzig“. Am besten hat uns in diesem Punkt ein Verstärker mit integriertem Softclipping gefallen.

An kritischen Lautsprechern, die durch starke Phasendrehungen oder Impedanzunterschreitungen aufgefallen sind, gab es einige krasse Ausreißer im Klang verschiedener Verstärker! Bei einigen wenigen Exemplaren, die zum Beispiel auch in preisgünstigen Surround-Receivern zu finden waren, gab es so große Unverträglichkeiten mit den Lautsprechern, dass sich die Boxen wesentlich „dünner“ oder „kratzig“ anhörten.

Messung: 50-Hz Burst einer Endstufe mit sehr guten technischen Daten an einem Lastwiderstand 4 Ohm
50-Hz Burst einer Endstufe mit sehr guten technischen Daten an einem Lastwiderstand 4 Ohm

Messung: 50-Hz-Burst der gleichen Endstufe mit hochwertiger 4-Ohm-Lautsprecherbox als Last
50-Hz-Burst der gleichen Endstufe mit hochwertiger 4-Ohm-Lautsprecherbox als Last

Manche Verstärker schalten bei Übersteuerungsspitzen kurzzeitig ab, bei anderen ist die Bedienung gewöhnungsbedürftig. Wir können hier leider keine Hersteller nennen, aber ein Blick in das nubert-forum.de ist bestimmt hilfreich.

 

Class-D Verstärker

Die meisten Class-D Verstärker, die wir in den letzten Jahren geprüft haben, eignen sich gut für Subwoofer. Wenn sie für den gesamten Hörbereich eingesetzt wurden, war jedoch die Mehrzahl dieser „digitalen“ Audioverstärker den besten verglichenen Analogverstärkern (Class A/B) leicht unterlegen. Im Direktvergleich klangen sie im oberen Mittenbereich bis zu den Höhen oft ein wenig rauer, das Klangbild änderte sich auch in Abhängigkeit von der Lautsprecher-Impedanz. Während der immer wieder durchgeführten Hörvergleiche und messtechnischen Prüfungen stellten sich einige Schaltungskonzepte heraus, die beide Probleme vermeiden und die wir klanglich von sehr guten „konventionellen“ Verstärkern nicht mehr unterscheiden können. Digital-Verstärker arbeiten mit Pulsbreiten-Modulation. Die Vorteile sind vor allem der hohe Wirkungsgrad bei mittleren und großen Ausgangsleistungen und die kompakte Bauform. Zwei dieser Konzepte haben wir in der ersten und zweiten Generation unserer nuPro-Familie ausgewählt, eine dritte, sehr leistungsstarke Variante setzen wir in unseren Labors ein.

 

Röhrenverstärker

Der Klang einiger Röhrenverstärker tendierte bei kleineren Lautstärken eher in die Gruppe „weich/sanft“. Diese oft hoch gelobte Eigenschaft stellt unserer Meinung nach aber eine (vielleicht „schönfärberische“) Klangbeeinflussung dar, die zwar ihre Liebhaber hat, dem Wunsch nach höchster Wiedergabetreue aber entgegenläuft. Bei Übersteuerung verhalten sich Röhrenverstärker anders als Transistorverstärker: Zum Musiksignal kommt eine eher „singende“ statt eine „kratzige“ Komponente hinzu – in diesem Punkt ist das sicher ein angenehmeres Verhalten als bei Transistorverstärkern, wenn sie ohne Softclipping-Schaltung arbeiten! Trotzdem können wir bestätigen, dass gute TransistorVerstärker neutraler klingen als die besten Röhren-Verstärker. Außerdem sind gut konstruierte Röhrenverstärker mit hohen Leistungen (> 2 x 150 Watt) selten, vom Energie-Haushalt nicht sehr ökonomisch und nicht gerade günstig im Kaufpreis. Für Musikliebhaber, die den Klang von Röhrenverstärkern lieben, wäre es sicher ökonomischer, die zugehörigen Verfärbungen (abschaltbar) in einer zusätzlichen Stufe eines Transistor-Verstärkers zu generieren – was technisch recht einfach realisiert werden kann und im Musikerbereich häufig verwirklicht wird.

 

Klangunterschiede bei D/A-Wandlern und CD-Playern

Der Hörvergleich zwischen zwei oder drei CD-Playern ist einer der einfachsten Tests, die man zu Hause durchführen kann. Fast jeder Verstärker hat mehrere CD-, Tuner-, oder AUX-Eingänge, die technisch identisch sind. Dann kann man die zu vergleichenden Player zeitgleich starten und direkt anwählen. In den ersten „CD-Jahren“ gab es zwei miteinander konkurrierende Techniken mit 14 oder 16 bit, die aber oft nur „näherungsweise“ exakt waren. Unterschi ede waren vor allem bei Pianissimo Passagen oder beim Ausklingen von Instrumenten zu hören. Bei einem Player ging der abklingende Klavierton problemlos und sauber in die darauf folgende Pause über, bei einem schlechteren Modell war das Ausklingen mit „leicht brabbelnden“ Geräuschen verbunden. Inzwischen ist die Präzision der D/A-Wandler so gut, dass auch preisgünstige Geräte gehörmäßig nicht mehr – oder nur noch in winzigsten Nuancen von den teuersten, technisch besten Modellen unterschieden werden können. Wenn überhaupt Unterschiede halbwegs zuverlässig erkannt wurden, waren sie so minimal, dass sie nur einen winzigen Bruchteil der Unterschiede zwischen zwei hochwertigen Lautsprechern darstellten.

 

Schallplatte (LP/Vinyl Schallplatte)

Es hatte schon etwas Feierliches, im März 1973 die neueste, lang ersehnte Pink-Floyd-LP „The Dark Side Of The Moon“ erstmals aufzulegen. Noch schnell mit dem Pinselchen eventuelle Nadelverunreinigungen entfernt – und los ging’s ...

Die beiden Laufwerke Thorens TD-125 MK II und Sony PSE-4000 waren praktisch über jeden Zweifel erhaben. Wir hatten Freude an wunderschöner Mechanik, mehreren Kilo schweren Plattentellern, an den besten Tonarmen, Tonabnehmern und MM/MC-Vorverstärkern. Alle paar Monate wurden die neuesten Tonabnehmer unter die Lupe genommen und mit dem Studiosystem EMT TSD 15 verglichen. Mit speziellen Messschallplatten wurden die SkatingKräfte an den SME- und EMT-Tonarmen für Trocken- und Nassabtastung geprüft und in Tabellen eingetragen. Ständig wurden die Ergebnisse von Tonabnehmer- und Tonarmhörtests der Fachzeitschriften mit den eigenen Erfahrungswerten verglichen. Da gab es Nadelträger aus exotischen Legierungen, aus Rubin oder gar aus Diamant mit unterschiedlichen Radien und Schliffen der Abtastnadeln. Manche Systeme klangen eine winzige Nuance natürlicher, hatten aber Probleme bei Fortissimostellen. Manche hatten stärkeres „Leerrillenfauchen“, dafür etwas weniger Knistern. In diesen Punkten konnte kein anderer Tonabnehmer an das EMTStudiosystem heranreichen. Es ist nicht ganz einfach, die kleinen Ausgangsspannungen von MC-Systemen (typisch 0,2 bis 0,5 mV eff) so rauscharm und brummfrei zu verstärken, dass die Störgeräusche weit unter dem Rauschen der Leerrille liegen. Die LPs wurden mit einer Vakuum-Matte an die schweren Plattenteller gesaugt, um eventuellen Höhenschlag zu reduzieren und die Scheibe ruhig zu stellen. Abgespielt wurde mit geerdeten Mitlaufbesen, die manchmal selbst etwas Musik machten, was aber immer noch angenehmer war als gelegentliche Knackser durch elektrostatische Entladungen. Oder es wurde nass abgespielt – aber möglichst gleich beim ersten Abspielvorgang auf eine perfekt justierte Studio-Bandmaschine mit 38 cm/s Halbspur überspielt. Die Kosten für das Bandmaterial waren etwa drei mal so hoch wie der Kaufpreis der Platte. Dafür hatte man damit die LPs (wie man damals dachte) „für die Ewigkeit“ konserviert. Bei Studiobändern einiger berühmter Hersteller löste sich nach 20 bis 25 Jahren die Magnetschicht vom Trägermaterial, so dass die Köpfe verschmierten oder es beim Umspulen staubte. (Um wichtige Liveaufnahmen zu retten, mussten beim Überspielen auf DAT oder CD alle paar Minuten die Tonköpfe der Bandmaschine gereinigt werden.) Zurück zur Pink-Floyd-LP: Die Bandmaschine wurde gestoppt, weil sich das Loch der Platte nicht exakt in der Mitte befand und Gleichlaufschwankungen zu hören waren. Also mit einer Biberzange aus dem runden Loch ein Oval geknabbert.

 

Zum Klang der Vinyl-LP

Wir hatten das Glück, von einem Tonstudio als jener Ort ausgewählt worden zu sein, dem man seine „Sicherungskopien“ anvertraut und die Erlaubnis, diese Kopien – mit der gebotenen Vorsicht – auch gelegentlich abspielen zu dürfen. Das ist ein unschätzbarer Vorteil, weil es die einzige Möglichkeit darstellt, wirkliche Klangunterschiede zwischen dem „Mutterband“ und der zugehörigen LP zu finden.

Zusammenfassend kann man sagen, dass Musikpassagen im mittleren Lautstärkebereich kaum vom Mutterband zu unterscheiden sind, solange es sich um den „äußeren“ Rillenbereich der LP handelt. Vom etwa 8 cm breiten Radius, der zwischen der Einlaufrille bis zum Ende der Musikaufzeichnung genutzt wird, setzt meist etwa ab der Mitte eine gewisse Unsauberkeit ein, die in der Nähe der Auslaufrille meist sogar ohne Direktvergleich sofort erkannt wurde. Hier schnitten auch Tangentialarme, die bei der Abtastung praktisch keine Skating-Kräfte entwickeln und sich im Abtastwinkel nur wenig von der Schneiddose unterscheiden, kaum besser ab. Alle bisher untersuchten Tangentialarme brachten (durch ihren „Transportmechanismus“) aber schlechtere Fremdspannungsabstände als konventionelle Arme.

Im Vergleich zur CD hat die LP ziemlich katastrophale technische Eigenschaften. In Klirrverhalten, Fremdspannungsabstand und Übersprechdämpfung ist die CD mindestens um den Faktor 100 besser als die LP – sie kennt auch keine Tonhöhenschwankungen. Trotz dieser bescheidenen Eigenschaften reicht der Klang einer Vinyl-LP bei mittleren Lautstärken für gutes Klangempfinden aus, wenn man von eventuellen Gleichlaufschwankungen absieht. Die Signale, die von CD, SA-CD und DVD-Audio geliefert werden, sind identisch mit der Studioproduktion. Bei der LP werden die Signale sowohl in der Schneiddose als auch vom Tonabnehmer (ähnlich einem Lautsprecher und einem Mikrofon) von „elektrisch“ in „Schall“ (mechanisch) und dann wieder zurück „gewandelt“. Wenn man von den Störgeräuschen absieht, sind die Übertragungseigenschaften bei diesen Schallwandlungen einer Kette aus typischen Lautsprechern und Messmikrofon (im schalltoten Raum und definierter Mikrofon-Position) jedoch überlegen. Das Dumme daran ist nur, dass damit eine – im Vergleich zu digitalen Tonträgern eigentlich sinnlose – „Verstärker/Wandler/ Tonabnehmer-Kette“ zusätzlich in den Übertragungsweg der Stereoanlage eingeschleift wird, deren Auswirkungen auf den Klang deutlich größer sind als die ganz leicht „metallische Einfärbung“ bei der CD-Wiedergabe.

Die neu entwickelten, zentnerschweren Riesenplattenspieler zum Preis vieler tausend Euro faszinieren durch unglaublich hochwertige Verarbeitung. Fans von edler Mechanik kommen so auf ihre Kosten – ähnlich wie die Fans hochwertiger mechanischer Armbanduhren, die ebenfalls kaum eine Preisgrenze kennen. Einen Vorteil gibt es jedoch im Bereich der Edelchronometer: hier geht es um Freude an der Mechanik, um Langlebigkeit und um Prestige – aber niemand behauptet, solch ein Schmuckstück ginge ähnlich genau wie eine 50-Euro-Quarzuhr! Es gibt absolut beeindruckend aufgenommene Vinyl-LPs, mein persönlicher Favorit ist immer noch Lincoln Mayorga’s „Missing Linc“. Dass diese Platte deshalb so gut klingen soll, weil sie im Studio „quasi Live“ (ohne Tonbandmaschine) direkt auf die Masterdisc geschnitten wurde, leuchtet mir nicht ein, weil es praktisch unmöglich ist, einen Unterschied zu hören, wenn diese LP dann auf eine gute Studiobandmaschine kopiert wird.

Was aber absolut nicht mehr zeitgemäß ist: Bei Pianissimo-Stellen braucht man ein ganz schönes Stück Leidensfähigkeit (oder Nostalgie), um das Knistern und „Rillenfauchen“ hinzunehmen. Bei sehr hohen Lautstärken kann es durch den Mikrofonieeffekt auch zu Klangverfälschungen oder gar zu Rückkopplungen kommen (Brummen oder „Heulen“).

Noch vor der Einführung der CD (im Jahre 1982) wurde bei uns in den Ladengeschäften mit der digitalen Bandmaschine „Beta-PCM“ endlich eine Vorführung von Komponenten ohne das Knistern und den Verschleiß von Vinyl-Platten möglich. Das „Zelebrieren“ von Schallplattenwiedergabe ist in Verkaufsräumen (im Gegensatz zur Atmosphäre zu Hause) eher lästig und zeitraubend. Also warteten wir sehnlichst auf die Einführung der CD. Als es endlich so weit war und im August 1982 die ersten CDs ausgeliefert wurden wie Ry Cooders „Bop Till You Drop“ (die schon im Jahr 1979 digital aufgenommen wurde), eine ABBA-CD oder die Chopin-CD mit dem Pianisten Claudio Arrau (wohl die erste CD überhaupt?), haben wir schnell festgestellt, dass zwei dieser CDs deutlich heller klingen als die entsprechenden LPs! Logisch war das nicht! Wenn die Vinyl-LP von Ry Cooder mit dem PCM-Gerät (von analog auf digital) aufgenommen wurde, konnte man diese Aufnahme im Direktvergleich gehörmäßig praktisch nicht von der LP unterscheiden! Die Compact Disc klang aber deutlich heller! Offensichtlich hatten sich die Toningenieure jahrzehntelang dar- über geärgert, dass sie (wegen der begrenzten Aussteuerbarkeit) nicht zu starke Höhen auf die LP packen durften. Bei der CD gab es diese „Fessel“ nicht mehr – und es wurden massenweise zu hell abgemischte CDs auf den Markt geworfen. Der Höhenregler am Verstärker bekam reichlich Arbeit! Die CD-Player der ersten Generationen klangen darüber hinaus auch noch etwas höhenbetonter (beziehungsweise „metallischer“) als heutige Geräte, aber auch auf den neuesten CD-Playern klingt die Ry Cooder CD viel zu hell.

Darüber hinaus ist inzwischen aber auch zu beobachten, dass viele aktuelle CDs in der Dynamik „eingeschrumpft“ werden. Wahrscheinlich aus diesen Gründen kann man schon irgendwie verstehen, dass manche Vinyl-Fans den „guten alten, warmen LPSound“ lieben

Die Schlussfolgerung, dass die analoge Aufzeichnungstechnik der Digitaltechnik überlegen sein soll ist aber offensichtlich einfach falsch. Für „Digitalskeptiker“ wäre es aufschlussreich, ob sie im Blindtest eine LP und eine davon gemachte 96 kHz/24 Bit Aufnahme klanglich unterscheiden können – uns ist das in vielen Hörtests noch nie gelungen. Aber selbst die Archivierung der LP mit einem „normalen“ CD-Recorder (44,1 kHz/16 Bit) ist praktisch nicht vom Original zu unterscheiden: Sie hat ebenfalls den „guten alten, warmen Sound“ der Vinyl-LP. (Trainierte Hörer können im Direktvergleich bei wenigen Musikstücken gerade noch winzige Unterschiede erahnen, was aber schon bei einer Sampling-Rate von 48 kHz praktisch nicht mehr feststellbar ist.)

Die meisten Studioaufnahmen, die inzwischen zur Produktion von Vinyl-LPs herangezogen werden, haben die 96 kHz/24 Bit Technik. Wo soll der Sinn darin sein (außer wegen einer gehörigen Portion „Nostalgie“), in eine Datenleitung zwischen zwei „optimale“ verlustlose Strecken einen Engpass mit Beeinträchtigung des Übertragungsverhaltens einzufügen? Möglicherweise gibt es den Effekt, dass gewisse Störungen bei der Wiedergabe von Musik die Intensität der Klangempfindung irgendwie steigern können. Anders ist es schwer erklärlich, warum gerade diese „vorsintflutliche“ Technik ausgerechnet in der „HighEnd-Szene“ und bei vielen Musikern wieder beliebter wird! Man handelt sich immer eine ganze Schar von klanglichen Nachteilen ein – egal wie hoch der technische Aufwand beim Abspielgerät ist. Der Fortschritt von der 78 UpM-Schellackplatte zur Vinyl-LP war wesentlich kleiner als der von Vinyl zur CD. Aus technischer Sicht ist Musikhören mit Vinyl-LPs einfach nicht mehr zeitgemäß.

Mit logischen Argumenten kommt man aber der „rituellen Handlung“, eine Vinyl-LP abzuspielen, nicht bei. Oft geht es dabei nicht so sehr um den Klang, sondern um Entspannung – zum Beispiel bei gedämpftem Licht, mit einem Glas Rotwein… Wenn man das Ritual der japanischen Teezeremonie einfach durch „Teetrinken“ ersetzen würde, ginge wohl einiges an „Feierlichkeit“ verloren.

 

Hörbarkeit von Phasenverlauf und »Group Delay«

Unter HiFi-Fans und im High-End-Bereich gibt es oft pauschale Aussagen über die gehörmäßige Wichtigkeit von Phasenlinearität. Oft wird die „Phasenneutralität“ noch höher eingestuft als die Linearität im Frequenzgang. Das steht deutlich im Widerspruch zu den Ergebnissen aus Doppelblindtests, die von maßstabsetzenden Fachleuten durchgeführt wurden und widerspricht auch unseren Erfahrungen. Das Ohr ist dann sehr sensibel, wenn zum Beispiel der linke Kanal einer Stereoanlage gegenüber dem rechten Kanal phasenverschoben ist. Das führt unter anderem zu sehr deutlichen Veränderungen der Richtungswahrnehmung. Bei Phasenverschiebungen, die in beiden Kanälen gleich sind, kann man aber oberhalb etwa 1,5 kHz praktisch keine hörbaren Unterschiede mehr feststellen – selbst dann, wenn man die Hörtests im Direktvergleich mit durchstimmbaren Allpass-Filtern durchführt, die eine Gruppenlaufzeit von Frequenzweichen vierter Ordnung (24 dB/oct.) aufweisen. Im tieferen Frequenzbereich, zum Beispiel bei Übergängen vom Bass- zum Mitteltonbereich in typischen Mehrweglautsprechern und – je nach Raumakustik – im Bereich der Übernahmefrequenz zwischen bisherigen Subwoofern und Satelliten-Boxen, sind Unterschiede im „group delay“ (und damit in der Phasenlage) aber deutlich hörbar.

 

»Schnelligkeit« der Basswiedergabe

Auch eine optimal ausgelegte „klassische“ Subwoofer-Weiche, deren Summensignal (Woofer + Satellit) einen absolut perfekten Frequenzgang hat, bewirkt eine frequenzabhängige Signalverzögerung, die von der Steilheit der Filter und der Trennfrequenz zwischen Satellit und Woofer abhängt. Bei der akustischen Summierung von Signalen gleicher Phasenlage beträgt der Pegel des Woofers und der Satelliten bei der Trennfrequenz jeweils –6dB (Linkwitz-Riley-Filter). Sehr häufig werden Linkwitz-Riley-Filter 4. Ordnung (24 dB/oct.) mit einer Trennfrequenz von 80 Hz eingesetzt. Das ergibt sowohl im Woofer als auch in den Satelliten eine Verzögerung von etwa 6,8 Millisekunden bei etwa 50 Hz und führt dazu, dass das akustische Signal zwischen 20 und 75 Hz um über „2 Meter Luftlinie“ verzögert wird! (Bei etwa 120 Hz immer noch um 1 Meter)

Frequenzgang Tiefpass Hochpass Linkwitz Riley Filter

Delay Linkwitz Riley Filter

A) ca. 6,8 ms delay entsprechen etwa einer Entfernung von 2,30 Metern.(Die Laufzeit des Schalls beträgt knapp 3 ms pro Meter)
B) bei ca. 120 Hz ? 3 ms Laufzeit


Linkwitz Riley Filter Sprungantwort Spannungssprung

Dieses „Hinterherhinken“ im Bassbereich ist aber auch bei vielen Standlautsprechern anderer Hersteller weit verbreitet, weil hier oft ähnlich „steil“ getrennt wird. Bei unseren Standlautsprechern ist diese Problematik berücksichtigt und führt zu präziserer, „knackigerer“ Basswiedergabe. Bei Standlautsprechern mit mehreren Tieftönern war es – im Gegensatz zu Subwoofern – auch bisher schon möglich, diese Signalverzögerungen durch „flacher“ ausgelegte Filter zu vermeiden. Allerdings werden im Bassmanagement der meisten SurroundReceiver am Ausgang „Sub Pre Out“ bzw. LFE noch steilere Filter eingesetzt, wodurch sich noch weit größere Signalverzögerungen ergeben können.

Der Einfluss der steilen 80 Hz Filterung ist auch bei den „SuperWoofern“ der hohen Preisklassen vorhanden und bei der Messung der Sprungantwort (step response) deutlich zu sehen. Diese Auswirkungen konnten bisher nur durch den Einsatz von DSP-Systemen mit FIR-Filtern kompensiert werden.

 

Neuer Lösungsansatz für die „Schnelligkeit“ von Subwoofern

In unserem großen Bericht über die Technik der Lautsprecher beschreiben wir auf Seite 58 eine neue Filteranordnung beschrieben, mit der erstmals eine steile Frequenztrennung mit drastisch reduzierter Gruppenlaufzeit möglich wurde. Diese neue Technik ermöglicht nun Sub/Sat-Kombis mit der gleichen Impulspräzision, wie es mit den besten Standboxen möglich ist. Wir haben mit „nuControl“ einen Vorverstärker entwickelt, mit dem die Subwoofer-Verzögerung durch die Frequenztrennung von knapp 7 auf unter 2 Millisekunden reduziert werden kann – und damit unter die Erkennbarkeitsschwelle gedrückt wird. Für diese Filteranordnung, die auch eine perfekte Frequenzganglinearität (besser als ±0,5 dB) ermöglicht, haben wir einen Gebrauchsmusterschutz erhalten.

 

Bedeutung der unteren Grenzfrequenz

Wir wurden schon öfters gefragt, wie „wichtig“ 20 Hz (relativ zu beispielsweise 35 Hz) überhaupt sind! Erst mit einer 20-Hz Fähigkeit des Woofers ist „das Beben“ bei Filmeffekten (20 bis 30 Hz) voll zu spüren!

Eine wichtige Frage ist aber auch die Hörbarkeit des group-delayAnstiegs im extremen Tiefbassbereich. Ein Woofer, der bis 20 Hz hinunter reicht, hat bei 35 Hz deutlich weniger Signaldurchlaufzeit als ein Woofer, der „nur“ bis 35 Hz hinab reicht. Weil Frequenzen unter 35 Hz in Musiksignalen recht selten vorkommen, kann er bei typischer Musik Bassfrequenzen oberhalb 35 Hz also „schneller“ und „präziser“ klingen.

Klar ist, dass man bei 20 Hz in großen Räumen kräftige Druckunterschiede bekommen kann – je nachdem, ob man sich etwa in der Raummitte oder in der Nähe der Stirnwand/Rückwand des Raumes befindet. (Bei 20 Hz besonders dann, wenn die Raumlänge etwa 8,5 m beträgt: Das entspricht der „ersten Raumlängsmode“ bei 20 Hz, also einer Schallwellenlänge von 17 m.) In kleinen Räumen gibt es bei so tiefen Frequenzen keine stehenden Wellen – dafür wirkt ein kleiner Raum im Zusammenspiel mit tiefreichenden Woofern als „Druckkammer“ und hat dann einen umso skatärkeren Basspegel, je tiefer die Frequenz wird.

In kleineren Räumen wäre also ein „Tiefstbassklangregler“ sinnvoll, der einen enntstellen Steilheit zwischen 6 und 12 dB/oct. Und eine einstellbare Eckfrequenz (z.B. 30 bis 50 Hz) hat. Ansonsten sind hier die Probleme eher geringer sind als in großen Räumen.

Magnitude Hochpass Filter 20Hz 35Hz Butterworth 4. Ordnung

Delay Hochpass Filter 20Hz 35Hz Butterworth 4. Ordnung

 

Hörbarkeit von Kabelunterschieden

Das Thema „Kabelklang“ wird sehr kontrovers diskutiert. Es ist nicht immer leicht, eine Grenze zwischen der Freude am Experimentieren und Scharlatanerie zu ziehen. Manche HiFi-Fans haben die Vorstellung, ein Kabel hätte eine gewisse Ähnlichkeit mit einer Wasserleitung und man müsse „Engstellen“ im Übertragungsweg vermeiden, um den Stromfluss nicht zu behindern. Andere glauben, dass die Kapazität oder Induktivität von Lautsprecherkabeln für den Klang bedeutend sind und durch besondere Bauformen oder Materialien gemildert werden sollten.  

Schon allein die Vorbereitung eines Kabeltests ist extrem schwierig. Wenn die Jury nicht ahnen soll, was überhaupt getestet werden soll, dürfen auch keine auffälligen Kabelstränge herumliegen. Man muss einen fernbedienbaren Schaltkasten haben, der beide Seiten des Kabels extrem sauber und mit einem Übergangswiderstand von möglichst unter 1 Milliohm schalten kann; die ganze Angelegenheit muss hinter einem akustisch sehr durchlässigen Vorhang stattfinden. Wir verwenden ein relativ weitmaschiges Moskitonetz, das mit einer Halogenlampe angestrahlt wird, damit man nicht sehen kann, was dahinter aufgebaut ist. Wenn mehr als drei Testhörer in Räumen durchschnittlicher Wohnzimmergröße urteilen sollen, muss die zweite Reihe um mindestens 30 cm erhöht sitzen, um Abschattungen zu vermeiden.

Es ist schwer, selbst von einer Gruppe erfahrener Tester statistisch aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten, da sich die Hörempfindungen oft deutlich widersprechen. Es ist, wie schon erwähnt, sehr wichtig, dass solche Tests als absolute Blindtests durchgeführt werden, bei denen kein stimmberechtigtes Jurymitglied ahnt, ob Verstärker, DA-Wandler, Boxen oder Kabel getestet werden sollen. Die Ergebnisse müssen schriftlich abgeliefert werden, weil jede Art von Kommunikation die Tests drastisch verfärbt. (Oft reicht schon ein anerkennender Blick des „Oberguru“ für ein totales Desaster im Resultat). Eines der größten Probleme bei Hörtests ist die Erwartungshaltung der Hörer. Die Bereitschaft, das zu hören, wovon man schon vorher überzeugt ist, dominiert so stark, dass es „verboten“ ist, die zu vergleichenden Komponenten bekannt zu geben. Ansonsten gewinnen grundsätzlich die Produkte, die optisch edler erscheinen oder aus irgendwelchen Gründen den besseren Ruf haben.

 

Geschwindigkeit der Elektronen in Kabeln

Wenn der Strom in einem Kabel mit annähernd Lichtgeschwindigkeit übertragen wird, bedeutet das noch lange nicht, dass sich die Elektronen mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Es ist eher so wie bei dicht gepackten Tischtennisbällen in einem Staubsaugerschlauch: Fast im gleichen Moment, in dem man einen Ball an einem Ende hineinsteckt, fällt ein anderer hinten raus! Bei Stromstärken von 10 Ampere pro mm², bei denen sich ein Kupferkabel schon merklich erwärmt, beträgt die „Driftgeschwindigkeit“ der Elektronen etwa 0,73 mm/s.

 

Kabelwiderstand

Als Ergebnis vieler Hörtests können wir sagen, dass es eindeutig hörbare Unterschiede des Kabelwiderstandes gibt. Wenn eine Box einen Impedanzverlauf von 4 bis 20 Ohm (in Abhängigkeit von der Frequenz) hat, erzeugt ein Kabelwiderstand von 0,1 Ohm bei diesem Lautsprecher eine Frequenzgangveränderung von 0,2 dB und ist dann gerade noch unterscheidbar. Das ist zum Beispiel bei 7 m Kabel mit dem Querschnitt 2 x 2,5 mm2 der Fall. Mit 2 x 4 mm2 Kabeln ist man bei dieser Länge (selbst bei Boxen mit stark schwankendem Impedanzverlauf) auf der sicheren Seite.

 

Induktivität / Kapazität

Beim Aufrollen von zweiadrigen Leitungen entsteht (für die meisten Leute überraschend) keine Induktivität! Die Induktivität, die in der einen Ader aufgebaut wird, wird in der zweiten Ader wieder kompensiert! Das funktioniert so gut, dass man kaum Unterschiede zwischen gestreckt ausgelegten und aufgerollten Zwillingsleitungen messen oder hören kann. Nur sollte man die beiden Adern nicht über eine größere Länge aufspleißen, so dass dazwischen keine nennenswerte Fläche aufgespannt wird. Als Beispiel: Eine preisgünstige, 50 m lange Zwillingsleitung mit 2 x 2,5 mm2 (z. B. nuCable), die unregelmäßig auf einer Kabeltrommel mit 18 cm Breite und 12 bis 20 cm Wickeldurchmesser aufgerollt ist, hat eine Induktivität von etwa 30 uH und bewirkt an typischen 4 Ohm Lautsprechern einen Höhenabfall von unter 1 dB bei 20 kHz. Wenn man lediglich eine Ader dieser Trommel verwendet, misst man etwa 1,4 mH und der Höhenabfall beträgt über 20 dB bei 20 kHz! Die Kapazität zwischen den Leitern dieser Kabeltrommel beträgt etwa 5 nF, die daraus resultierende Veränderung des Frequenzgangs ist abhängig vom Leistungsverstärker kaum messbar. Bei einer Verzehnfachung dieses Wertes beträgt die Frequenzgangbeeinflussung typischerweise noch unter 0,05 dB.

 

Skin-Effekt

Bei Kabeln mit (rundem) Kupfer-Querschnitt von mehr als 0,7 mm² erhöht der „Skin-Effekt“ bei hohen Frequenzen den Widerstand (gegenüber dem von Gleichstrom). Die Leitfähigkeit wird dadurch reduziert, dass die Elektronen zur Oberfläche des Leiters drängen – und damit die Mitte der Querschnittsfläche kaum noch leitet. Bei 20 kHz steigt der Widerstand eines Kabels von 2,5 mm² und rundem Querschnitt um etwa 22 %. Das hat zur Folge, dass bei einer 2 x 2,5 mm² Lautsprecher-Leitung mit 5 m Länge der Widerstand von 0,07 Ohm auf ca. 0,085 Ohm steigt, was den Pegel einer 4 Ohm Box (an einem Verstärker mit „unendlich hohem Dämpfungsfaktor“) einen Pegel-Abfall von 0,15 dB im Bassbereich und etwa 0,18 dB bei 20 kHz reduziert. Bei Kabeln mit deutlich höherem Leitungsdurchmesser ist der Skin-Effekt stärker ausgeprägt. Bei 2 x 6 mm² und 20 m Länge erhöht sich der 20 kHz Widerstand um etwa 43,5 % von ca. 0,12 auf ca. 0,17 Ohm. Vorsichtige Menschen kommen also mit 2 parallel geschalteten 2 x 2,5 mm² Kabeln weiter als mit einem 2 x 4 mm² Kabel.

 

Mechanische Unterschiede

Bei Impulsmessungen kann man erstaunlicherweise ganz leichte Unterschiede herausfinden, die von der mechanischen Beschaffenheit der Isolation stammen! Durch Kontraktion bzw. Ausdehnung des Abstands zwischen den beiden Leitern eines Lautsprecherkabels infolge elektromagnetischer Kräfte (auch in Abhängigkeit vom Erdmagnetismus und anderen Magnetfeldern), gibt es kleine Bewegungen und dadurch eine Art „Mikrofonieeffekt“, der so klein ist, dass er am Oszilloskop zwar nicht direkt aber über Differenzmessungen von Ein- und Ausgang des Kabels nachweisbar ist. Mit der Differenzmessmethode sind auch „Verbesserungen“ unterscheidbar, die durch abisolierte und dann in Epoxydharz-Rohren eingegossene Kabel erzielt werden konnten. Auch Versuche mit tiefgekühlten Kabeln, deren Isolation durch flüssigen Stickstoff bretthart und spröde wurde, brachten messtechnisch nachweisbare Ergebnisse. Dass dieser Effekt hörbar (oder von Bedeutung) sein soll, konnten wir in den Hörtests nicht bestätigen; das wäre angesichts der Intensität (Promillebruchteile) auch eher unwahrscheinlich gewesen.

 

Laufrichtungsgebundene Kabel

Das ist ein Thema, für das es bei der Vermarktung von Lautsprecherkabeln keine Entschuldigung gibt! Dabei handelt es sich mit absoluter Sicherheit um bösartige Ausnutzung der Leichtgläubigkeit von Kunden! Eine „bevorzugte“ Laufrichtung für Wechselstrom innerhalb eines leitenden Metalls ist physikalisch unmöglich. Aber selbst wenn es diesen Effekt gäbe, würde das zwangsläufig zu deutlichen Verzerrungen führen! (Bei Cinchkabeln ist eine „Vorzugslaufrichtung“ vorstellbar – zwar nicht in der eigentlichen Signalqualität – aber in der Wirksamkeit der Abschirmung – je nachdem, an welchem Kabelende die Außenschirmung eines Innenleiterpaares angeschlossen ist.)

 

»Herbeigewünschte« Unterschiede

Es gibt aber ein ausgeprägtes Bedürfnis, Kabelunterschiede hören zu wollen: Wenn bei uns Blindtests durchgeführt werden, gibt es üblicherweise als schriftliche Bewertungen das Ergebnis „keine Unterschiede“. Wenn bei Hörtests bekannt war, dass Kabel getestet werden sollten, gab es fast immer Bewertungen wie „besser“, „schlechter“, „klarer“, „impulsiver“, „weicher“ oder „verschwommener“ – was sich allerdings statistisch die Waage hielt. Die selben Aussagen gab es ironischerweise aber auch dann, wenn von einem Kabel auf das gleiche „umgeschaltet“ wurde!

Wenn aber der Lautstärkepegel bei einem beliebigen Kabel um lediglich 1 dB angehoben wurde, schnellten die statistischen Auswertungen bezüglich „besser“ oder „dynamischer“ schlagartig auf eine Trefferquote von fast 100 %! Trotzdem werden in unserem Labor selbst angefertigte, abgeschirmte, „koaxartig“ aufgebaute Kabel mit 2 x 16 mm2 verwendet. Dabei ist uns einfach egal, dass sämtliche Theorien über Wellenwiderstand, Induktivität oder Kapazität von Lautsprecherkabeln eigentlich nur für Hochfrequenzübertragung relevant sind (von HF-Technikern werden alle analogen HiFi-Anwendungen scherzhaft unter dem Oberbegriff „Gleichstrom“ betrachtet). Uns wird häufig vorgeworfen, dass wir versuchen, Kabelunterschiede im Direktvergleich zu ermitteln; denn viele Menschen, mit denen ich mich über dieses Thema unterhalten habe, schwören, dass sich die hörbaren Unterschiede erst nach Wochen einstellen. Insgesamt ist mir diese Sichtweise jedoch einfach zu „esoterisch“.

 

Zusammenfassung

Außer Leiterquerschnitt, -länge und (evtl.) -oberfläche konnten wir in den Hörtests überhaupt nichts über Klangunterschiede bestätigen. Alle anderen Effekte wie Induktivität oder Kapazität eines Kabels machen auch messtechnisch wesentlich weniger Unterschied, sollten in der Praxis also ebenfalls bedeutungslos sein. Die Materialbeschaffenheit (zum Beispiel sauerstofffreies oder fast einkristallines Kupfer) ist messtechnisch praktisch nicht mehr nachweisbar, sollte also ebenso bedeutungslos sein. Silber hat einen um etwa 4 % niedrigeren Widerstand als Kupfer, also dürften die Silberleiter statt 4 mm2 dann 3,85 mm2 haben! Unser bestes Messsystem hat eine Frequenzganggrundgenauigkeit von ±0,005 dB und einen Grundklirrfaktor von unter 0,0003 %. Die jeweiligen Auflösungen sind noch einmal um den Faktor 10 besser. Damit kommt man dem Thema „unterschiedliche Ansichten zum Kabelklang“ aber trotzdem nicht bei! Da es aber riesige Klangunterschiede bei Hörräumen und Lautsprechern und große Unterschiede bei Unverträglichkeiten zwischen Verstärkern und Lautsprechern geben kann, erscheint uns eine Diskussion über klangliche Unterschiede von kurzen Kabeln großen Querschnitts wie ein Disput über den Luftwiderstandsbeiwert eines Traktors auf dem Acker! Wir empfehlen bei kleineren Boxen bis zu Kabellängen von etwa 7 m das von uns als Zubehör lieferbare, hochwertige 2 x 2,5 mm2 Kabel mit transparenter Isolation. Gegenüber Leitungen mit sehr geringem Querschnitt (zum Beispiel Klingeldraht) wird damit das Klangbild merklich dynamischer und erscheint meist etwas präziser im Bass- und Mittenbereich. Eine weitere Steigerung auf 2 x 4 mm2 oder darüber ist bei einer Länge unter 10 m nur mit sehr guten Anlagen als leichte Verbesserung zu hören. Es gibt allerdings geradezu furchterregende Klangbeeinflussungen durch lockere oder oxidierte Lautsprecherklemmen und durch korrodierte Relaiskontakte in den Ausgangsstufen (meist älterer) Verstärker.

Achtung: die Kabelenden bei Klemm- und Schraubkontakten nie verzinnen! Nach einiger Zeit können sonst an den oxidierten Lötzinnoberflächen halbleiterartige Übergangswiderstände auftreten, die Verzerrungen erzeugen.

Verbindungsbrücken in Bi-Wiring Anschlussterminals: Immer wieder hört man als „Geheimtipp zur Klangverbesserung“, dass man die massiven Messingbrücken von Bi-Wiring-Terminals durch Kupferlitzen ersetzen soll. Messingbrücken haben meist einen großen Querschnitt, um den etwa 3,9-fachen spezifischen Widerstand gegenüber Kupfer zu kompensieren.

Die Brücken unserer nuVero-Linie und der größeren nuLineLautsprecher sind aus Messingrundmaterial mit 5 mm Durchmesser gefertigt und haben damit einen Querschnitt von 19,6 mm². Das entspricht recht genau einem Kupferleiter mit 5 mm² Querschnitt. Bei Hörtests mit und ohne acht in Reihe geschalteter Terminals konnten keinerlei Klangunterschiede festgestellt werden.

8 Bi-Wiring Terminals, verdrahtet mit 7 Kupferlitzen 2 x 6 mm², Länge je 14 cm

Auch messtechnisch sind Unterschiede bei fest zugedrehten Schraubbuchsen nicht feststellbar. Von der ersten bis zur 16. Schraubbuchse haben wir jeweils 4,54 Milliohm gemessen, was recht genau einem LautsprecherKabel mit 6 mm² und 1,5 m Länge entspricht. Frequenzgang- und Klirrfaktorveränderungen waren nicht erkennbar, der gemessene Klirrfaktor des Laborverstärkers lag mit 2 m Kabel mit oder ohne die acht Terminals bis 5 kHz jeweils unter 0,001 %.

Frequenzgang- und Klirrfaktorveränderungen waren nicht erkennbar, der gemessene Klirrfaktor des Laborverstärkers

Der Anschluss mit Krokodilklemmen auf verzinnten Drahtenden brachte je nach Kontaktanpressdruck (und dem Alter der Verzinnung) wesentlich schlechtere Werte, die in mehreren Hörtests trotzdem nicht erkannt werden konnten – dafür war die Verbindung noch zu gut!

Lautsprecher Anschluss mit Krokodilklemmen und verzinnten DrahtendenLautsprecher Anschluss Krokodilklemmen verzinnten Drahtenden 02

Deutlich hörbar können aber die Auswirkungen bei korrodierten Kabel- oder Relaiskontakten sein. Hier haben wir schon Klirrwerte von über 20% gemessen.

An dieser Stelle können wir tatsächlich einen sinnvollen „Geheimtipp“ für die Besitzer älterer Verstärker oder Receiver nennen: Viele dieser Geräte haben Ausgänge für zwei Lautsprecher-Paare, die meist getrennt voneinander schaltbar sind. Von Wackelkontakten geplagte Zuhörer können durch das Parallelschalten der Ausgänge „Speakers A“ und „Speakers B“ das Problem deutlich mindern oder sogar bereinigen.

 

Bi-Wiring und Bi-Amping

Selbst den meisten Fachleuten, mit denen ich mich über dieses Thema unterhalten habe, ist nicht klar, dass Bi-Wiring und Bi-Amping für gleich niedrige Kabelverluste grundsätzlich den vollen Querschnitt für jedes der beiden (Hoch- und Tieftönerkabel) erfordern. Das bedeutet also, dass man mit Bi-Wiring nur halb so große Kabelverluste hat, wenn man die Verbindungsbrücken am Boxenterminal nicht abnimmt. Unsere Hörtests haben das bestätigt: Wenn überhaupt Unterschiede erkannt wurden, hatte Bi-Wiring bei langen, nicht allzu dicken Kabeln gegenüber einer Parallelschaltung der gleichen Leitungen eher klangliche Nachteile.

Bi-Amping (also die Verwendung getrennter Verstärker für Hochund Tieftonkanal) kann einige Probleme verursachen und erfordert deshalb die Erfahrung von Profis. Im Normalbetrieb sind die Phasendrehungen bei der Stromaufnahme eines Lautsprechers meistens recht gutmütig und stellen für den Verstärker in der Regel kein Problem dar. Im Bi-Amping-Betrieb sind diese Phasendrehungen wesentlich ausgeprägter und können dann oft kritische Werte von annähernd ± 90° erreichen. Verstärker können dann zum Schwingen neigen oder durch vorzeitig ansprechende Schutzschaltungen im Klang „kratzig“ werden.

Impedanzkorrekturglieder

Um das zu verhindern, mussten wir bei den meisten Bi-AmpingAnlagen, die wir aufgebaut haben, parallel zu den Lautsprechern noch zusätzliche Impedanzkorrekturglieder einfügen.

Wenn diesbezüglich dann alles in Ordnung ist, sind die klanglichen Vorteile von Bi-Amping umso geringer, je besser die Verstärker sind. Mit sehr guten Endstufen gibt es nur in der Nähe der Maximalleistung klangliche Vorteile für Bi-Amping. Sie erscheinen kräftiger, weil meistens der Hochtonkanal noch sauber arbeitet, wenn der Basskanal schon durch „clipping“ beeinträchtigt ist. Durch den Einsatz von aktiven Allpass-Filtern vor der Hochtönerendstufe lässt sich allerdings – in Abhängigkeit vom vertikalen Abhörwinkel ­– manchmal noch eine klangliche Verbesserung herausholen, was aber eher eine Art „Boxentuning“ darstellt.

 

Cinchkabel

Reproduzierbare Unterschiede in der „reinen Klangqualität“ (also ohne Betrachtung von Brummabstand oder Mikrofonieeffekten) konnten wir in unseren Hörtests nur bei Kabelverbindungen zwischen Plattenspielern und Vorverstärkern bestätigen. Bei „moving magnet“ Tonabnehmern gehört der erste Meter des Kabels sozusagen zur Wiedergabekette und linearisiert den Frequenzgang, der ohne dieses Kabel zu den Höhen ansteigen würde. Das Verlängern von 1 auf 2 m kann bereits – je nach dem verwendeten Tonabnehmer und Kabel – als „höhendämpfend“ hörbar werden. Typische abgeschirmte Kabel haben Kapazitäten von etwa 50 bis 100pF/m, Mikrofonkabel im Studiobereich haben häufig Werte um 120 pF/m. Weil es aber Magnettonabnehmer gibt, die für Lastwiderstände von 47 kOhm und Lastkapazitäten von z. B. 220 pF optimiert sind, kann ein längeres Kabel (oder die Umschaltbarkeit des Vorverstärkers) auch vorteilhaft sein. Bei allen anderen Anwendungen im analogen HiFi-Bereich konnten wir bis zu Leitungslängen von weit über 10 m keinerlei hörbare Auswirkungen feststellen, wenn man von Brumm-, Abschirmungs- und Mikrofonieproblemen absieht. Wir beobachten immer wieder massive Brummprobleme durch „Masseschleifen“, die dadurch verursacht werden, dass eine HiFi-Anlage an mehr als einem Punkt mit der Schukoerde verbunden ist (zum Beispiel über ein geerdetes Antennenkabel und zusätzlich durch den Schuko eines Gerätes der Anlage). Das lässt sich durch den Einsatz eines Mantelstromfilters in der Antennenleitung, durch Symmetrieübertrager oder die Umrüstung auf symmetrische Kabelverbindungen (zum Beispiel mit XLR-Steckern) verhindern.

 

Digitalkabel

Selbst Digitalkabeln werden manchmal Klangbeeinflussungen angelastet. Zwischen „Funktionieren“ und „nicht Funktionieren“ einer digitalen Signalleitung gibt es sehr selten einen Zwischenzustand, der durch „Verschmieren“ der Impulsflanken den Klang stark beeinflussen kann (vor allem bei längeren Optokabeln minderer Qualität). Das äußert sich aber eher durch zeitweiliges Aussetzen und kräftiges „Prasseln“ der Wiedergabe, als durch typische Klangverschlechterung. Wenn man sich in der Funktion der Kabel auf der sicheren Seite befindet, also von den Aussetzern „genügend Abstand“ hat, haben wir keine Klangunterschiede nachweisen können.

 

Netzkabel/Netzfilter

Für die meisten Techniker mit Sachkenntnis im Verstärkerbau ist eine (auch noch so kleine) Auswirkung eines Netzkabels, einer Steckdosenleiste (ohne Netzfilter) oder gar einer Netzsicherung auf den Klang nur dann vorstellbar, wenn lockere Kontakte vor sich hin schmoren! Weil wir einige (eigentlich ernsthafte) HiFi-Fans kennen, die absolut davon überzeugt sind, Unterschiede zwischen Steckdosenleisten heraushören zu können, haben wir auch in diesem Bereich versucht, Klangunterschiede in Hörtests herauszufinden. In einem der Tests musste ein extrem teures „audiophiles“ Netzkabel gegen die Reihenschaltung eines „normalen“ Netzkabels mit 20 billigen Dreifachdosen (je 1,5 m) aus dem Baumarkt antreten. Wie nicht anders zu erwarten, gab es immer die gleichen Bewertungen, die sich statistisch die Waage hielten – egal ob von Edelkabel zum billigen „Kabelsalat“ oder testweise vom Edelkabel zum gleichen Edelkabel umgeschaltet wurde.

Netzstörungen, wie beispielsweise durch Dimmer verursachtes „Prasseln“, oder durch die Tonfrequenzimpulsfolge zur Umschaltung auf Nachtstrom, die über das Leitungsnetz übertragen wird, können von Netzfiltern, die in manche hochwertige Verteilerdosen eingebaut sind, wirkungsvoll unterdrückt werden.

In Abhängigkeit von der Polung des Netzkabels kann es bei manchen Stereo- oder Surround-Anlagen zwar kleine Unterschiede im „Brummabstand“ geben (meist bei Subwoofern), aber die sind völlig unabhängig von der „Bauform“ und von den Materialeigenschaften der Netzkabel oder -dosen.

Es gibt unglaubliche Theorien, dass „im letzten Meter“ einer Netzleitung (also dem Geräteanschlusskabel) der Strom auf seinem „Irrweg“ durch das gesamte Leitungsnetz „beruhigt“ und „besänftigt“ werden soll. Manche Menschen schwören auch auf die klangverbessernde Wirkung von vergoldeten Sicherungskontakten in Verstärkern, CD-Playern und sogar im Sicherungskasten der Haus-Elektrik!

 

Auszug aus dem umfangreichen Nubert-Bericht über die Audiotechnik

Herzlichen Dank für die kompetenten Informationen über die Technik der Lautsprecher von Herrn Nubert / Inhaber der Firma Nubert-Speakers

Copyright Herr Nubert 2015