Was sind zeitrichtige Lautsprecher?

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Grundeigenschaften Dynamisch zeitrichtig bedeutet, dass der Lautsprecher mit allen Chassis zeit- bzw. phasengleich einschwingt und die Einschwingvorgänge (d.h. die Wiedergabe und Formung von Impulsen) in ihrer Charakteristik weitgehend originalgetreu in Richtung der Zuhörer abstrahlt. Technisch spricht man dabei von einer konstanten Gruppenlaufzeit aller Frequenzen über die gesamte Übertragungsbandbreite, welche sich - im Idealfall - auch in einer präzisen Rechteckwiedergabe zeigt. Gleiche Wegstrecken von den Schallentstehungsorten zum Hörer sind die erste Grundvoraussetzung für die richtige Wandlung! Die gleichphasige Polung ist die zweite Grundvoraussetzung! Die dritte Grundvoraussetzung für die richtige Wandlung ist die Null-Phase als Summe der einzelnen Zeit- / Energieverschiebungen! Im Rahmen analoger Konzepte müssen daher folgende Grundvoraussetzungen für die korrekte Wiedergabe erfüllt sein: das zeitgleiche Einschwingen aller Chassis eine Weichenschaltung, welche die richtige Summenbildung ermöglicht Chassis, die zueinander passen, d.h. sie dürfen die zeitrichtige Summe nicht durch ihr eigenes Übertragungsverhalten in Beziehung zu dem der anderen Chassis sabotieren Filterschaltungen üben auf die Signalwandlung ab dem Startpunkt des Signals ihre zeitverschiebende, energieverzögernde Wirkung aus. Diese verstärkt sich um das gleichartige Eigenverhalten der Lautsprecherchassis. Nur wenn alle Bedingungen erfüllt werden, kann ein Signal richtig gewandelt werden. Nachteile entstehen dann, wenn die oben genannten Bedingungen nicht erfüllt werden. Das zeitgleiche Einschwingen aller Chassis allein macht zum Beispiel noch kein zeitrichtiges Konzept, es ist "nur" eine Grundvoraussetzung. Auch eine Sprungantwort, die nur "schön" aussieht, es aber bei genauer Betrachtung nicht ist, täuscht nur eine korrekte Übertragungsfunktion vor. Zeitrichtigkeit ist innerhalb eines Schallereignisses keine vom Schalldruck entkoppelte Eigenschaft. Es geht grundsätzlich um die richtige Wandlung von Schwingungen. Schall-Schwingungen sind Dichteänderungen der Luft über die Zeit (mit einem zeitlichen Verlauf). Es geht also immer um den richtigen Schalldruck zur richtigen Zeit - zeitrichtig. Wenn der Lautsprecher Fehler macht, dann liefert er nicht den richtigen Druck zur richtigen Zeit. Jede Diskussion, ob man auf "Zeitrichtigkeit" mehr oder weniger verzichten, kann macht also grundsätzlich keinen Sinn. Wenn man ein Musikstück rückwärts abspielt, hat es den selben Energiegehalt und den selben Frequenzgang wie richtig herum abgespielt - nur eben in falscher zeitlicher Folge! Und es klingt entsprechend falsch. Die Grundvoraussetzung für die richtige Wandlung eines Lautsprechers ist das exakt gleichzeitige Eintreffen der Schallanteile der einzelnen Lautsprecherchassis und deren richtige Summenbildung. Nur wenn die Schallanteile aller Lautsprechersysteme zeitgleich, mit gleicher Polarität, mit dem richtigen Energiegehalt und dynamisch in Phase das Ohr des Zuhörers erreichen, ist die Reproduktion des gespeicherten "musikalischen Originals" erfolgreich. Die Laufzeiten der Schallanteile von ihren Entstehungsorten (Die akustischen Zentren der Chassis) zum Bezugspunkt (dem Ohr des Hörers) müssen dabei gleich sein. Dieser Bezugspunkt ergibt sich aus den für die jeweiligen Lautsprecher festgelegten Anwendungsbedingungen. Bei HiFi-Lautsprechern ist das in der Regel die Sitzposition des Hörers in einer Entfernung von mehreren Metern.

Myro Grand Concert

Wenn Lautsprecher in einzelnen Disziplinen wie Hochtonauflösung, Bühnenabbildung oder Impulsivität hervorstechen, fehlt ihnen in der Regel die zeitrichtige Summenbildung, die das richtige Zusammenspiel, die richtige Verschmelzung der Schallanteile der einzelnen Chassis bewirkt. Stattdessen werden die Signale in künstliche Schallwellen zerlegt und einzelne Komponenten davon stechen hervor. Besonders spitze Verzerrungsprodukte suggerieren Impulsivität und Hochtonauflösung und Zeitverzögerungen suggerieren eine Raumtiefe, die man allerdings bei genauem Hinhören entlarven kann, da das Raumgeschehen nicht plausibel ist. Solche Lautsprecher klingen in der Regel spitz und zischeln.
Lautsprecher mit Zeitfehlern / Verzerrungen, deren künstliche Schallprodukte eher komprimiert-verrundet sind, suggerieren hingegen eine Homogenität, die aber bei genauerem Hinhören ebenfalls nicht plausibel ist. Hier wird vor allem weniger Aufmerksamkeit des Hörers gefordert, was bei manchem ein entspanntes Gefühl entstehen lassen kann. Andere Hörer werden dabei unruhig, weil ihre hohe Aufmerksamkeit mehr Verständlichkeit, mehr Details, mehr echte Impulsdynamik verlangt. Für diese Hörer wird es sogar anstrengend!
Ein synchron einschwingender Bass klingt anders als bei den üblichen Boxen. Durch das synchrone Einschwingen fällt der Bass nicht als separates, nachhängendes Schallereignis aus der Musik heraus. Er ist vielmehr eins mit der Rhythmik und Dynamik der gesamten Musik. Das ist für Boxenhörer mit jahrzehntelanger Gewöhnung anfangs befremdlich, einfach ungewohnt. Der Bass ist, obwohl er voll dabei ist, nicht wie gewohnt separat zu hören, fällt dadurch weniger auf (bzw. heraus).
Ein synchron einschwingender Mittelhochton klingt ebenfalls anders als gewohnt. Da die Energie (die Amplitude) der Transienten nicht durch Gegenphasigkeit im Einschwingen ausgelöscht wird, wird hier die volle natürliche Impulsdynamik geliefert. Es klingt dadurch deutlich frischer und prägnanter, gleichzeitig aber viel weicher. Und genau diese Kombination widerspricht den mit falsch wandelnden Lautsprechern gemachten Hörerfahrungen. Das fehlerhafte Auf und Ab, die mehrfach spitzen Vorschwinger bei fehlerhaftem Einschwingen klingen eher agressiv, rauh, zischelig, taub.

Lautsprecher, die lediglich auf einen ebenen Frequenzgang optimiert sind, weisen einen oder mehrere der folgenden Fehler auf: Inverses Einschwingen: Ein Chassis erzeugt eine Sog- statt einer Druckwelle, d.h. die Membran beginnt ihre Bewegung mit einer Auslenkung nach hinten anstatt nach vorn. Gegenphasiges Schwingen: Zwei Membranen (z.B. des Hoch- und Mitteltöners) bewegen sich stets in gegensätzliche Richtungen. nicht-konstante Gruppenlaufzeit durch steile Filterflanken: Die einzelnen Frequenzen eines Signals werden mit jeweils individueller Geschwindigkeit zum Hörer transportiert. Impulse werden dadurch zeitlich verschliffen und in ihrer Amplitude verfälscht. Positionierung der Chassis: Die Anordnung der Chassis im Gehäuse mit ihren akustischen Zentren lässt keine korrekte Summenbildung der Schallanteile zu. Lautsprecher mit völlig asynchroner, gegenphasiger Schallsummenbildung erzeugen bei keiner Entfernung und unter keinem Winkel eine richtige Sprungantwort. Weitere technische Beschreibungen enthält das folgende Dokument. Zeitrichtig, was ist das? Richtiges Impulsverhalten, aus: Hifi & Records 4/2015 Entwicklungsabläufe Die Entwicklung zeitrichtiger Lautsprecher gliedert sich in vier Stadien auf: Im ersten Stadium der Entwicklung erhält man durch Simulationen, Amplituden- und Phasen-Frequenzgang-Messungen Weichenschaltungen, die in Richtung phasenlinearer Übergänge gehen. Im zweiten Stadium der Entwicklung werden bei einem Blick auf die Sprungantwort erste Zusammenhänge ersichtlich und das Schaltungskonzept in seiner Endform entsteht. Im dritten Stadium der Entwicklung wird die Sprungantwort zur ultimativen Messung. Dabei geht es um die Linearisierung der Sprungantwort, was automatisch zur Linearisierung von Amplituden- und Phasen- / Gruppenlaufzeit-Frequenzgängen etc. führt und dies in einer Genauigkeit, die man anhand anderer Messungen kaum erreichen kann. Im vierten Stadium kommt das Gehör zum Einsatz. Mit Rosa-Rauschen kann der Entwickler Unterschiede hören und bewerten, die anhand der Messungen nicht mehr ersichtlich, optisch erkennbar und deutbar sind. Mit Musik können die Eindrücke vertieft werden.

Beispiel: Rechteckwiedergabe der Myro Amur D Die in den Aufnahmen enthaltenen Zeitbezüge, die entsprechende räumliche Ortung von Schallquellen und die Impulsdynamik werden damit in ihrer vollen Intensität wiedergegeben. Korrekte Bildung einer Schallsumme Beispiel: Sprungantwort der Myro Amur C

Myro Tigris

Der Obstbaum Das Thema der Messwerte und deren korrekter Interpretation ist nicht leicht zu verstehen. Als Hilfestellung kann man sich die Art der Messwerte und deren Aussage anhand eines Obstbaums veranschaulichen. Messungen, die nicht die Signalstruktur, also die tatsächliche Klanginformation zeigen, geben nur Hinweise darauf, wie viele Früchte auf dem Baum sind, wie groß sie sind und wie viele Früchte an welchem Ast hängen. Messungen, welche die Signalstruktur aufzeigen, geben weiterhin Hinweise darauf, ob Äpfel, Birnen, Zitronen oder Mangos an dem Baum hängen und ob sie verfault, angefressen oder prall und reif sind. Auch diese Informationen sind von wichtiger Bedeutung, denn: Wenn die Früchte faul sind, ist es egal, wie viele es sind, wie groß sie sind und auf welchem Ast sie hängen! Will man auch noch wissen, wie die Früchte schmecken, sollte man hineinbeißen. Daraus folgt: Frequenzgang: Größe und Anzahl der Früchte... Abstrahlverhalten: ... wo sie hängen... Sprungantwort / Messungen mit diversen Signalformen oder mit Musikpassagen: ob Äpfel, Birnen, Zitronen oder Mangos an dem Baum hängen und ob sie verfault, angefressen oder prall und reif sind. Hören: Wie schmecken die Früchte?

Zeitrichtigkeit - eine Frage der Definition Der Begriff "zeitrichtige Lautsprecher" ist eigentlich ein reines Schlagwort. Er ist in Gänze in seinem Anspruch, das Zeitverhalten als richtig zu benennen, nicht ohne weiteres definierbar. Der Grund dafür ist, dass die Zeitbeziehungen im Einschwingvorgang sich erheblich von den Zeitbeziehungen im eingeschwungenen Zustand unterscheiden. Bei der Definition von Zeitrichtigkeit gibt es zwei mögliche Ansätze: 1. Der Idealfall ist der 1:1 wandelnde elektroakustische Wandler. Dessen Bandbreite wäre theoretisch unbegrenzt und die Sprungantwort wäre ein sauberes Rechteck. 2. In der Praxis gibt es nur Normalfälle, deren Bandbreiten begrenzt sind. Würde man den theoretischen Idealfall zugrunde legen, wäre kein reales Produkt zeitrichtig, phasenlinear, gruppenlaufzeitlinear, frequenzganglinear, signalrichtig usw. Die Begriffe wären nicht anwendbar. Daraus folgt: Die Definition der Begriffe muss sich an den realen Umständen orientieren. Hierbei gibt es wieder zwei Möglichkeiten: Erstens: Man orientiert sich an der Hörbandbreite des menschlichen Gehörs. Grundlage dafür kann nur das gesunde, junge Gehör sein. Dessen Bandbreite beträgt nach konservativen Messmethoden (Dauerton-Intensität) je nach Quelle 20 - 20.000 Hz oder 16 - 24.000 Hz. Bei Messungen dynamischer Vorgänge ergeben sich Werte bis zu 100.000 Hz. Die untere Bandbreitenbegrenzung bei 16 oder 20 Hz müsste dabei ohne Zeit- und Amplitudenfehler wiedergegeben werden, da der Hörsinn diese Fehler erkennen würde. Bei der oberen Bandbreitenbegrenzung ist man zudem in der Realität einer starken Richtwirkung des Schalls ausgesetzt und müsste sich auf eine Abstrahlrichtung oder eine Summen-Energiekurve einigen. Auch hier müssten Zeitverhalten und Amplitude linear sein. Beide Bandbreiten-Grenzen unterliegen physikalischen Gesetzen, die reale Lautsprecher nicht erfüllen können. Der menschliche Hörsinn ist ein zu strenger Maßstab für eine Begriffs-Definition. Kein Lautsprecher würde ihn erfüllen und wir hätten somit die gleiche Problematik wie beim "Idealfall" zu Anfang. Zweitens: Lautsprecher werden in einer Vielzahl praxisgerechter Größen angeboten, deren Übertragungsbandbreiten physikalisch bedingt unterschiedlich ausfallen. Demzufolge ist es eine Möglichkeit, die Bandbreitenbegrenzung grundsätzlich als Fakt zu akzeptieren und das Hauptaugenmerk auf den Bereich zwischen den Übertragungsenden zu legen. Hier liegen die für die Wiedergabequalität maßgeblichen Übergangsbereiche zwischen den Chassis bei Mehrwege-Lautsprechern, und bei einem Ein-Wege-Lautsprecher sind vor allem die Resonanzen der Membran das Problem. Dieser Bereich ist zudem der Bereich der höchsten Wahrnehmungsempfindlichkeit. Zeitrichtigkeit (Gruppenlaufzeit, Phasenfrequenzgang) ist ebenso wie der Amplitudenfrequenzgang kein hörbares Ereignis. Sie sind isolierte theoretische Parameter. Man kann Zeitrichtigkeit nicht hören, sondern nur Signalformen. Daher sollte nicht Zeitrichtigkeit allein definiert werden, sondern sinnvollerweise die "Signalrichtigkeit". Hörbar sind allein die Schallschwingungen, also der Schalldruckverlauf über die Zeit. Anhand der Schwingungsformen (Signalformen) unterscheidet unser Hörsinn die Schallereignisse. Dies ist bereits bei einer extrem kurzen Schwingung, wie z.B. einer Sinushalbwelle, möglich. Manche Schallereignisse, wie z.B. Händeklatschen, bestehen zum Teil nur aus ein bis zwei Schwingungen. Sie sind voneinander unterscheidbar. Sie haben in ihrer Signalstruktur keinen eingeschwungenen Zustand. Die Empfehlung zum Thema Zeitrichtigkeit lautet daher: Zeitrichtigkeit sollte nicht isoliert betrachtet werden, da kein hörbares Ereignis. Verwendung finden sollte der Begriff Signalrichtigkeit.

Myro Time 1

Warum klingen nicht alle "richtig wandelnden" Lautsprecher gleich?

Mit "richtig wandeln" ist zunächst die Fähigkeit gemeint, Signale in ihrer Form möglichst beizubehalten. Anders als die Lautsprecher mit grundsätzlich verzerrtem Einschwingen, erzeugen signal- / zeitrichtige Lautsprecher prinzipiell Signalantworten, die in ihrer Form dem Eingangssignal gleichen. Dies gelingt natürlich nur im Rahmen der physikalisch bedingt begrenzten Bandbreite des Übertragungsbereichs. Hierin findet sich der erste Unterschied zwischen prinzipiell "richtig wandelnden" Lautsprechern, ebenso wie in der Charakteristik des Hoch- und des Tiefpasses des jeweiligen Lautsprechers.
In den Grenzbereichen des Übertragungsbereichs kommt es zu Abweichungen der vom Lautsprecher erzeugten Signalform vom Eingangssignal. Zudem unterscheiden sich die Lautsprecher in der Anstiegsgeschwindigkeit, im Ausschwingen und in leichten Verformungen bzw. Überlagerungen der Signale, z.B. durch Nichtlinearitäten im Amplitudenverlauf, der Linearität der Bewegung der Membranen und durch deren Partialschwingungen und Resonanzen. Das Abstrahlverhalten und der Maximalschalldruck sind ebenfalls Unterscheidungsmerkmale.

Die Grenzen impulsrichtiger Tieftonwiedergabe

Das Problem der richtigen Tieftonwiedergabe liegt grundsätzlich bei den physikalischen Grenzen. Tiefe Frequenzen sind langsame Schwingungen. Ein Tieftöner muss dabei Druck bei einer sich mit ca. 340 m/s entfernenden Schallwelle erzeugen. Dabei ist die Membran im Verhältnis zur Wellenlänge klein. Das erfordert eine extrem weite Auslenkung zur originalgetreuen Reproduktion gerade der ersten Halbwelle, wie z.B. bei dem Anschlagen einer Bassdrum. Dafür ist selbst der Hub von Langhubchassis völlig unzureichend. Einen Bass über mehr Hub dem Ideal anzunähern, ist mit diversen Nachteilen verbunden:

• Dopplerverzerrungen / vor- und zurückspringende akustische Zentren
• Verzerrungen durch Nichtlinearitäten des Systems
• Elektrische Belastung / Erhitzung der Schwingspulen
• dadurch Hochohmigkeit und Dynamikverlust

Eine Vergrößerung der Membranfläche nebst entsprechenden Gehäusen ist dagegen eine Maßnahme im Sinne der Ursache, aber die Möglichkeiten und die Akzeptanz der Anwender sind hier das Maß der Dinge. Das "richtige Wandeln" sollte daher immer auf die Übertragungsbandbreite einer bestimmten Lautsprechergröße zu beziehen. Es geht auch gar nicht anders, weil jeder Lautsprecher eine Größenbegrenzung darstellt.

Subwoofer

Subwoofer werden üblicherweise mit Filtern höherer Ordnung begrenzt, was einen Zeitfehler verursacht. Der Grundgedanke, Subwoofer tief und steilflankig zu begrenzen, da tiefe Töne schlecht ortbar sind, wird durch die auftretenden Timingfehler konterkariert. Ein impulsrichtig angekoppelter Subwoofer braucht wie alle anderen Lautsprecher flache Filter und spielt damit bis in den Mitteltonbereich hinein.
Eine weitere Ursache für ein schlechtes Timing begründet sich in unterschiedlichen Laufzeiten vom Subwoofer und den Hauptlautsprechern zum Hörplatz bzw. zu den Hörplätzen, die sich durch elektronische Zeitverzögerungen nur bedingt ausgleichen lassen. Bassimpulse sind ortbar. Und wenn diese nicht zeitgleich und in Phase mit dem Gesamtsignal einschwingen, sind Subwoofer ortbar. Durch den Einsatz von Subwoofern treten regelmäßig Rhythmusfehler auf. Daher lautet die Empfehlung, möglichst darauf zu verzichten.

Fazit

Das Konzept, welches hinter einer Lautsprecherentwicklung steht, bestimmt letztendlich das Ergebnis. Es gibt eine Vielzahl von Anwendungen und von Anwenderwünschen die bei der Modellplanung berücksichtigt werden müssen. Es sind insbesondere Aspekte, die als Vorgaben / Einschränkungen seitens der potenziellen Käufer in eine Konstruktion eingehen, wie z.B. die Größe, Form, Preislage, das Design, Klangpräferenzen usw. Die Erkenntnis aus jahrzehntelanger Lautsprecherentwicklung ist, dass ein nach allen Regeln der Kunst konstruierter Lautsprecher nahezu unverkäuflich wäre. Preis, Marke und Design sind die vorrangigen Entscheidungskriterien der "normalen" Kundschaft. Für Massenhersteller verbieten sich daher viele technische Lösungen, da sie schlichtweg nicht akzeptiert werden. Eine Manufaktur wie Myro, die auch Einzelstücke fertigt, kann hingegen auf individuelle Wünsche eingehen, die in der Serienfertigung ausgeschlossen sind.

Begriffe zur Klangbeschreibung Die klangliche Natur signal- / zeitgenauer Schallwandler kann man unter dem Begriff Realitätsanmutung zusammenfassen. Differenziert sind die folgenden Aspekte hervorzuheben: Impulsdynamik Impulsklangfarbe Räumlichkeit Zeitbeziehungen von Grund- zu Obertönen Atmosphäre Das Vokabular für Klangbeschreibungen ist im Bereich konventioneller Lautsprecherbeschreibungen weitgehend ausgeschöpft. So wird versucht, die Aspekte durch Analogien und Beispiele näher zu beschreiben. Impulsdynamik Hiermit ist nicht gemeint, wie laut es knallt, wenn der Drummer sein Schlagzeug anschlägt. Vielmehr hört man die Impulsdynamik in der Eindeutigkeit des Anschlags, in der blitzartigen Intensität. Der Anschlag stottert nicht, verhaspelt sich nicht. Impulsklangfarbe Bei alten Klavieren hat man oft das Problem der abgenutzten Mechanik. Ein abgenutzter Hammerfilz beispielsweise lässt den Anschlag der ansonsten intakten Klaviersaiten verstimmt klingen. Dem sehr ähnlich klingen Klaviersaitenanschläge bei Lautsprechern mit verzerrter Transientenwiedergabe. Räumlichkeit Bei nicht signal- / zeitrichtigen Lautsprechern wirkt der Raumeindruck wie ein Blick durch ein mehr oder weniger großes, unterschiedlich geformtes Fenster, mit mehr oder weniger klarem Fensterglas. Bei einem signal- / zeitrichtigen Lautsprecher wirkt es so, als befände sich alles, auch man selbst, draußen im Freien. Dieser Eindruck kann durch Phasen- / Zeitfehler innerhalb der Aufnahme und innerhalb der restlichen Wiedergabekette oder durch sehr starke frühe Reflexionen beeinträchtigt werden. Der Lautsprecher selbst erzeugt nicht den Eindruck einer räumlichen Begrenztheit. Zeitbeziehungen von Grund- zu Obertönen Wenn uns ein Barkeeper einen Cocktail mischt und alle Aromen und Geschmacksrichtungen zu einem leckeren Ganzen vereint, wir uns diesem Cocktail jedoch erst nach einem einstündigen Thekengespräch zuwenden, dann haben sich die unterschiedlichen Bestandteile teilweise wieder getrennt, abgesetzt. Wir schmecken dann beispielsweise beim ersten Schluck eine saure Note, gefolgt von etwas Bitterkeit und einem klebrig süßen Bodensatz. Atmosphäre Als Beispiel dient die Bearbeitung einer Aufnahme in einer Kirche, 16 Bit / 44,1 kHz Ausgabeformat. Dabei war ein Grundstörpegel auszumachen, dessen Ursache nicht eindeutig definierbar war, irgendwie störend, und es schob sich zwischen die Töne. Insgesamt war eine Mixtur aus Schärfe und Verklemmtheit im Klang. Die Konsequenz war der Einsatz eines Rauschfilters und schon war die Aufnahme rauschfrei und glatt. Die Ursache war jedoch eine mangelnde Auflösung der subtilen Schallanteile, eine mangelde Feindynamik, gestörte Zeitbeziehungen. Bei Änderung des Ausgabeformats auf 24 Bit und 32 Bit und Erhöhung der Abtastfrequenz wurde mit jedem Schritt ein Schleier nach dem anderen weggezogen und die Obertöne der Instrumente verloren an Schärfe und gewannen an Klarheit und Natürlichkeit. Das Rauschen entpuppte sich als eine unter die Haut gehende Atmosphäre durch die diffiziele Raumakustik des Kirchenraumes.

Myro Time 2 und Myro Magic Musica

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