EINFÜHRUNG

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In der heutigen Zeit, in der die technische Entwicklung beim modernen Hi-Fi-Enthusiasten einen nie da gewesenen Höchststand erreicht hat, sollte es eigentlich kein Problem darstellen, Audiogeräte zu finden, die jede Art von aufgezeichneter Musik von jedem beliebigen Standardtonträger mit großer Klangtreue und  emotionaler Tiefe wiedergeben können. Aber leider hat ein Musikliebhaber, der an einer qualitativ hochwertigen Klangwiedergabe interessiert ist, kaum eine Chance, sich diesen Wunsch schnell zu erfüllen. Die eigene Unsicherheit verbunden mit falschen Informationen von außen machen es dem Audiophilen schwer, eine geeignete Lösung zu finden, die seinen musikalischen und geistigen Ansprüchen entspricht. Auch für die Reduzierung des Zeitaufwands und die Optimierung der ins Unendliche gehenden Kosten gibt es keine zufriedenstellende Lösung.  Das Ganze wird dann noch verkompliziert durch engagierte Labels und viel versprechenden Werbekampagnen, die die Gelegenheit nutzen und in der allgemeinen Unwissenheit absichtlich für Verwirrung sorgen. Es scheint, dass sie den Kunden einfach an der Nase herumführen und ihm unwirtschaftliche Lösungen anbieten, die bewusst in eine Sackgasse führen.

Was soll man nun tun? Die heutzutage hilflos erscheinenden genialen Erfindungen der Vergangenheit sind nicht mehr in der Lage, den Anforderungen der Moderne gerecht zu werden, die die Konsumenten zu einem Absolutheitsanspruch erzogen hat, bei dem die Grenze zwischen fiktiver und realer Darstellung völlig verschwindet. Gibt es denn neue fortschrittliche Lösungen? Woran soll man sich halten, worauf soll man sich verlassen und wem können Sie vertrauen, wenn Sie Audiogeräte suchen, die Ihre Aufmerksamkeit verdienen? Wenn man Antworten auf diese Fragen sucht, sollte man sich zunächst mit dem Begriffssystem befassen, in dem sich der wissbegierige Kunde deprimiert vom Ergebnis seiner Anstrengungen zurechtfinden muss, wenn er weitere Fehler  bei der Auswahl vermeiden möchte. Aber kaum jemand ist sich der Tatsache bewusst, dass er sich, wenn er die traditionellen Begriffe weiterhin als Dogma ansieht, unweigerlich im Kreis drehen und einen Weg einschlagen wird, der kein Ende hat und nie zu einem befriedigenden Ergebnis führen wird. Und trotzdem wird ein solcher Irrweg von der weltweiten Hi-Fi-Industrie zurzeit heimlich gefördert und hinterhältig gebilligt. Es ist Zeit, diesen Kreis zu durchbrechen!

Wenn  man damit beginnt, die alten Dogmen zu überdenken, muss ein Musikliebhaber, der sein Audiosystem hochwertig weiterentwickeln will, verstehen, dass die Mehrzahl der technischen Parameter, die die Auswahl der Komponenten bestimmen, mehrdeutig sind. Zum Teil handelt es sich bei diesen Parametern um ungefähre Angaben und es ist nicht immer sinnvoll, korrekt oder angebracht, mit ihnen zu argumentieren. Selbst ein technisch versierter Musikliebhaber kann nur mit Mühe beurteilen, ob ein Gerät die angegebenen technischen Eigenschaften tatsächlich erfüllt, wenn er sich nur auf die Angaben des Herstellers verlässt. So hängen zum Beispiel die Basiseigenschaften des Leistungsverstärkers und der Lautsprechersysteme in Wirklichkeit nicht nur von den konstruktiven Eigenheiten der einzelnen Geräte ab, die das Umfeld für die Ausbreitung des elektrischen Signals schaffen, sondern auch davon, dass diese miteinander kompatibel sind und auf den Zustand der jeweils anderen Geräte richtig reagieren. Dieselbe Abhängigkeit gilt auch für die Komponenten der ersten Verstärkerstufe aus Signalquelle und Vorverstärker. Weil jede Zusammenarbeit zweier willkürlich gewählter Komponenten ihren eigenen, einmaligen, kontinuierlichen Datenstrom erzeugt, der sich einfach nicht durch einen einzelnen Wert beschreiben lässt.

Dem Leser auf der Suche nach der Wahrheit zu der Überzeugung zu verhelfen, dass jede Komponente eines Audiotrakts die effiziente Funktion aller anderen spürbar beeinflusst und ihm deren Wechselwirkungen zu verdeutlichen, indem er lernt, mit zuverlässigen Qualitätskriterien umzugehen - das ist das Anliegen dieses Handbuchs. Unser Hauptanliegen ist es jedoch, ihm praktische Ratschläge für den Aufbau des idealen Audiosystems zu geben, das, wenn auch nicht für immer, so doch für lange Zeit das erregte Gemüt des Musikliebhabers zur Ruhe kommen lässt, weil es ihm ermöglicht, sich ganz auf die geliebte Kunst zu konzentrieren und die Musik zu genießen, weil die strapaziöse Suche nun endlich beendet ist.

DIE IMPEDANZ DES LAUTSPRECHERSYSTEMS UND DEREN EINFLUSS AUF DIE QUALITÄTSMERKMALE DES LEISTUNGSVERSTÄRKERS.

Die Fachleute werden uns zustimmen, dass einer der „saubersten“ Parameter für die Charakterisierung der Betriebseigenschaften von Lautsprechersystemen wohl ihr Widerstand bzw. ihre komplexe Impedanz (Z) ist – bestehend aus Real- und Imaginärteil. Der in technischen Unterlagen üblicherweise genannte Wert der Impedanz beträgt nicht mehr als 4 bis 8 Ohm, selten 16 Ohm. In Wirklichkeit besitzt das System den in den Unterlagen festgeschriebenen Widerstandswert nur in einem begrenzten Bereich von Frequenzen, die sich über den gesamten Hörbereich verteilen. In den dazwischen liegenden Bereichen überschreitet der Impedanzwert den angegebenen Wert häufig um ein Vielfaches und kann bis zu 20 oder sogar 40 Ohm erreichen. Dabei umfassen diese Impedanzwerte weitaus größere Frequenzbereiche als das Frequenz­spektrum, das dem in den Geräteunterlagen angegebenen Wert entspricht. Es wäre albern zu behaupten, dass diese Tatsache keinen Einfluss auf die Funktion des Audiosystems habe und, vor allem, dass sie von einem Gerät wie dem Leistungsverstärker, der direkt mit dem Lautsprechersystem verbunden ist und dessen qualitative und energetische Möglichkeiten direkt von den Lastparametern abhängen, nicht bemerkt würde. Tatsächlich erweist sich der nichtlineare Klirrfaktor (NKF) des Verstärkers, eine weitere Angabe aus den Geräteunterlagen, der von den Bedingungen des Lautsprechersystems  abhängt, als überaus trügerisch, da die in nichtlinearer Abhängigkeit von der Frequenz stehende Last in der Endstufe des Verstärkers unausweichlich einen zusätzlichen Anteil starker Verzerrungen erzeugt, die dadurch entstehen, dass die erforderliche Amplitude des Signals nicht gewährleistet werden kann. Leider ist dies nicht das einzige Problem. Aber der Reihe nach.

Abb. 1

Abbildung 1 zeigt die Abhängigkeit der Impedanz eines Standard-3-Wege-Lautsprechers von der Erregungsfrequenz. Wie man sieht, ist diese Kennlinie nicht besonders geradlinig. Sie trifft die in den Geräteunterlagen genannte Zahl von 8 Ohm nur an einigen Punkten (A, B, C, D, E), denen eine bestimmte Gruppe von Frequenzen F8 entspricht. Man kann davon ausgehen, dass die Kombination aus Verstärker und Lautsprechersystem genau bei diesen Frequenzen die in den Geräteunterlagen genannten Parameter gewährleistet. Im übrigen Spektrum ist der Hersteller nicht in der Lage zu garantieren, dass die Kurven der Wahrheit entsprechen. Sie werden in Wirklichkeit um ein Vielfaches abweichen - und sicher nicht zum Besseren hin. Ist das dem Kunden gegenüber ehrlich?

Die Analyse der Änderungen, die in der Abbildung von links nach rechts zu sehen sind, zeigt, dass der erste Anstieg der Kurve aus der Reaktion des dynamischen Lautsprechers auf die Erregung durch den Verstärker resultiert, die mit der Frequenz seiner Eigenresonanz (Fr) zusammen fällt. Zur Information: Wird für die Klangerzeugung ein phaseninvertierter Lautsprecher als Niedertöner verwendet, zeigt die Kurve zwei Spitzen. Die Kurvenanstiege nach der mechanischen Resonanz zeigen, dass das System Übertragungsfrequenzbänder besitzt, die von einem konkreten dynamischen Lautsprecher erzeugt werden. Die zur besseren Anschaulichkeit vereinfachten Amplitudenfrequenzgänge, in diesem Fall eines 3-Wege-Systems, sind in dieser Abbildung als drei farbige Linien dargestellt: violett der Niederfrequenzbereich, hellblau der Mittelfrequenzbereich und dunkelblau der Hochfrequenzbereich. Wie man sieht, entsprechen die Frequenzen, die sich am Schnittpunkt der Amplitudenfrequenzgänge der Bänder (Fx1 und Fx2) befinden, zusammen mit der Eigenresonanz Fr den Bereichen mit den höchsten Impedanzwerten. Der Anstieg der Impedanz des Lautsprechersystems bei Fx1 und Fx2 rührt daher, dass der Standard-Bandpasstrennfilter (Crossover) konstruktionsbedingt dazu führt, dass der Widerstand den für das konkrete Band wirksamen Frequenzbereich permanent überschreitet.   Die dadurch unweigerlich entstehenden Anomalien mit den Impedanzspitzen sind bei der Suche nach Qualitätskriterien äußerst zweifelhaft.

Zur Reaktion des Leistungsverstärkers auf die Impedanz des Lautsprechersystems  ist zu sagen, dass die Endstufe eines Verstärkers konstruktionsabhängig unterschiedlich, jedoch immer negativ auf Veränderungen des Lastwiderstands reagiert. So ändert zum Beispiel, und dies gilt als unbestrittenes Qualitätsmerkmal, ein Verstärker ohne negative Rückkopplung in der Klasse A unweigerlich den in die Last übertragenen Grenzstrom, was wiederum zu einem Abfall der maximalen Spitzenleistung und in der Folge zur vorzeitigen Entstehung von Verzerrungen (Clipping) führt, die das Gehör an den lauten Stellen eines Schallereignisses als „unsauberen Klang“ empfindet. Wenn man berücksichtigt, dass diese Unsauberkeit wie Fettflecken gleichzeitig an verschiedenen Stellen des hörbaren Spektrums auftauchen kann, ist es schwer, einen solchen klaren Mangel nicht zu bemerken oder sich sogar damit abzufinden. Sicher kennen viele das Gefühl, wenn man gespannt das Ende des Tutti eines symphonischen Werks erwartet und man statt des  Entzückens über die Kraft und Schönheit des Klangs, das in dieser Situation natürlich wäre, Unbehagen und Gereiztheit bis hin zu Ohrenschmerzen empfindet. Und jetzt ist auch verständlich, wie es zu dieser peinlichen Situation kommen kann.

Außerdem hängt die Ausgangsleistung dieses Verstärkertyps stark von der Art der Last ab, die vom Lautsprechersystem, das induktiv, resistiv oder kapazitiv sein kann, dargestellt wird. Leider ist es nicht einfach, diese Problematik allgemein verständlich darzustellen.  Daher möchten wir von einer eingehenden Erläuterung dieses Problems an dieser Stelle absehen, um die Aufmerksamkeit des Lesers, der ja nicht verpflichtet ist, über spezielle Kenntnisse der Elektrotechnik zu verfügen, nicht über Gebühr zu strapazieren. Wir möchten nur darauf hinweisen, dass die Bereiche, in denen die Last besonders ausgeprägt ist, alle in die gleichen Bereiche des Frequenzbandes fallen.  Außerdem wird die Situation noch durch Probleme verschärft, die innerhalb des Lautsprechersystems selbst entstehen: Die gemeinsame Wiedergabe von  Frequenzen, die in der Nähe der Frequenz des Crossover-Bereichs liegen, durch verknüpfte elektrodynamische Lautsprecher führt zu Störungen der Amplitudenfrequenzgänge, zu Signalverzerrungen, Phasenverschiebungen und Veränderungen des Strahlungsdiagramms. Diese Vorgänge sind so kompliziert und schwer zu verstehen, dass sie sich mit Standard-Kurvendiagrammen nicht beschreiben lassen.

Die weit verbreitete technische Lösung, die Ausgangsstufen des Verstärkers mit einer negativen Rückkopplungsschleife zu verbinden, löst das oben genannte Problem. Aber nur teilweise, bis ein passender Wert für die Geräteunterlagen erreicht ist. Dieses Verfahren ist nur für Vorführungen und Tests ideal, bei denen periodische, sinusförmige Signale verwendet werden, da bei diesen keine negative Wirkung der negativen Rückkopplungsschleife auftritt.  In Wirklichkeit wird die feine musikalische Abfolge der elektrischen Ströme gnadenlos und unwiderruflich zerstört. Nachdem es einmal alle Verstärkerstufen mit ihren Linearitätsfehlern durchlaufen hat, unweigerlich verspätet ist und sich selbst „auf die Füße tritt“, aber dennoch versucht, die entstandene Disbalance auszugleichen, mischt das Signal der Rückkopplung eine gehörige Portion latenter Verzerrungen in das Ausgangsaudiosignal, die man Intermodulations­verzerrungen nennt. Auch hiervon steht in den Geräteunterlagen kein Wort! Der bei Verwendung einer negativen Rückkopplung entstehende Anteil dieser nicht berücksichtigten Verzerrungen kann den erschreckenden Wert von bis zu 25% erreichen. Wer will da noch von einem hohen Präzisionsgrad der Informationsübertragung sprechen? Drängt sich bei einem solchen Vorgehen zur Lösung des wichtigsten Audiooproblems nicht das Sprichwort auf, dass hier „der Teufel mit dem Beelzebub ausgetrieben“ wird?

Zusätzlich zu der negativen Rolle der negativen Rückkopplung bei der Klangwiedergabe müssen auch die Resonanzen genannt werden, die von den Klangspulen der dynamischen Lautsprecher verursacht werden und sich unkontrolliert über den gesamten Verstärker ausbreiten. Fremdsignale, die über den Rückkopplungskanal zurück in den Verstärker fließen, gelangen unweigerlich an den Eingang, werden verstärkt und kommen an den Klemmen der dynamischen Lautsprecher zusammen mit dem musikalischen Nutzsignal wieder an. Wir könnten die Reihe der Gegenargumente gegen die negative Rückkopplung beliebig fortsetzen, aber das Gesagte genügt bereits, um zu belegen, wie schädlich sie sich auswirkt.

Wir kommen zu dem Schluss: Für eine korrekte Klangwiedergabe mit garantierten, wie in den Geräteunterlagen angegeben, niedrigen Verzerrungswerten des Verstärkers, muss das Akustiksystem Lautsprechersystem eine lineare Impedanzkurve (NKF u. ä.) ohne deutliche Anomalien besitzen.

Abb. 2

Die einzig vernünftige Lösung des gesamten beschriebenen Problembereichs ist daher ein passives Gerät, also ein Gerät, das keine eigenen Verzerrungen beiträgt, die Krümmungen der Impedanzlinie des Lautsprechersystems glättet und dem Verstärker eine Last wie ein über den gesamten Frequenzbereich stabiler, rein resistiver Widerstand liefert. Ein solches Gerät ist das von den Ingenieuren der Firma WagnerAudioLab (WALab) entwickelte einzigartige Gerät EasyString. Ein Crossover mit linearer Impedanz. Mehr als 30 Jahre Erfahrung im Bau von Akustiksystem haben es den Spezialisten von WALab ermöglicht, mit großer Hartnäckigkeit das „Unmögliche möglich“ zu machen und diese alles andere als triviale Aufgabe zu lösen. Das Ergebnis dieser Arbeit zeigt die Grafik in Abbildung 2. Hier sehen Sie die typische Impedanzkurve eines Lautsprechersystems aus dem Hause WagnerAudioLab. Diese leicht geschwungene Linie, die an eine schwingende Saite erinnert, ist kein Vergleich zu der hässlichen zackigen Kennlinie von Standardlautsprechern (Abb. 1).

Eine weitere Besonderheit dieser Entwicklung ist außerdem, dass es den Vätern dieses Systems nicht nur gelungen ist, den Widerstand durch ein Gegencrossover mit nahezu spiegelbildlicher Kennlinie elegant zu kompensieren, sondern auch die Komponenten unter Berücksichtigung einer Vielzahl von Faktoren, die mit den Besonderheiten der darin ablaufenden Prozesse zusammenhängen, auf einander und entsprechend der charakteristischen Resonanz der zu kompensierenden Elemente auf das Ausgangssignal abzustimmen.

Zusammenfassend halten wir also fest:

  1. Die Daten über den Widerstand eines Lautsprechersystems vermitteln kein objektives Bild.
  2. Die Impedanz eines Lautsprechersystems ist eine komplexe, von der Frequenz des Signals abhängende Funktion.
  3. Die Nichtlinearität eines Verstärkers hängt zu jedem Zeitpunkt vom tatsächlichen Widerstandswert des Lautsprechersystems und der Art des Widerstands ab.
  4. Die Kennlinie eines Lautsprechersystems besitzt eine Menge von Anomalien, bei denen die Stärke der Verzerrung kritische Werte annehmen kann.
  5. In Verstärkern der Klasse A ohne negative Rückkopplung führt der Linearitätsfehler der Impedanz des Lautsprechersystems zu einem nichtlinearen Amplitudenfrequenzgang.
  6. Eine negative Rückkopplung ist kein Allheilmittel, um das Problem der Nichtlinearität der Impedanz eines Lautsprechersystems zu lösen.
  7. Der Hersteller eines Lautsprechersystems muss die Stabilität der Impedanz über den gesamten Frequenzbereich gewährleisten.
  8. Passive Gegencrossover sind das einzig vernünftige Verfahren zur Optimierung der Zusammenarbeit von Verstärker und Lautsprechersystem.
  9. Die Firma WALab hat ein einzigartiges Crossover entwickelt, das das Problem der Linearisierung der Impedanz des Lautsprechersystems vollständig löst.