Flachlautsprecher Focus XT

Liebe Hobbyisten, gleich vorneweg. Eigentlich ist niemand von Quint Audio ein Hornfan. Eigentlich… Denn eigentlich besitzen alle Hörner irgendwie ihren ganz speziellen Eigenklang. Eigentlich… Und eigentlich messen sich Hörner alles andere als linear und weisen meist abenteuerliche Amplituden- und Verzerrungsschriebe auf. Eigentlich… Eigentlich müsste man die oben angesprochenen typischen negativen Horneigenschaften irgendwie minimieren, und die positiven Eigenschaften wie das tolle enge Abstrahlverhalten von CD (=constant directivity) Hörnern und die höhere Empfindlichkeit beibehalten. Natürlich sollte so ein Lautsprecher nicht zu groß werden, denn die meisten Nutzer haben nur begrenzt Platz. Darüber hinaus sollte der Lautsprecher wandnah, bzw. direkt an der Wand betrieben werden können, denn wenn der Platz begrenzt ist kann man die Lautsprecher meist nicht ein oder zwei Meter in den Raum rücken. Vor einiger Zeit habe ich mal wieder bei uns im Laborlager aufgeräumt, und da ist mir eine ältere Hornform aufgefallen. Ob das nicht auch mit einem Breitbänder funktioniert? Da in unserem Haus in der Vergangenheit für mehrere Firmen Hörner entwickelt, optimiert oder einfach nur vermessen wurden, hatten wir reichlich „Material“ zum Testen hier. Da wir für dieses Projekt den NSW2-326-8AT als Mitteltöner einsetzen wollten, blieb also nur ein Horn mit 2 Zoll durchmessendem Anschluss. Abbildung 1: Focus XT

Nach einigen Versuchen fand sich dann auch gleich ein gut passender Proband. Natürlich mussten wir kurz mit unserem Kunden Rücksprache wegen den Rechten und der Herstellung halten. Da dieses Horn aber schon lange nicht mehr in Gebrauch ist stellte das kein Problem dar.

Abbildung 2: 2“ Horn

Zuerst wurde für den NSW2-326-8AT eine passende Adapterplatte gefräst, auf der der Lautsprecher befestigt wurde und so die Montage an das Horn stark vereinfachte. Die Adapterplatte ist kontuiert, um den Übergang vom Lautsprecher in den Hornhals so fließend wie möglich zu gestalten. Die anschließenden Messungen dazu sehen sehr vielversprechend aus.

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Abbildung 3: horizontales Abstrahlverhalten 0°-90° (in 15° Schritten)

Abbildung 4: vertikales Abstrahlverhalten 0°-90° (in 15° Schritten)

Abbildung 5: Polardiagramm horizontal (links) und vertikal (rechts)

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Die Abbildungen 3 bis 5 zeigen das horizontale und vertikale Abstrahlverhalten des Aurasound Breitbänders NSW2-326-8AT in unserem 2“ CD Horn. Man kann sehr gut erkennen, dass das CD Horn ein sauberes Abstrahlverhalten von ca. 60° horizontal und 40° vertikal besitzt. Um 12kHz sieht man einen tiefen Einbruch. Da das Chassis eine konvexe Membran ohne Phaseplug oder ähnliches besitzt, und der Hornhals einen Durchmesser von 50,8mm aufweist, kann in diesem Bereich eine stehende radiale Welle entstehen. In horizontaler Richtung ist der Öffnungswinkel größer als in vertikaler Richtung, weshalb der Einbruch in horizontaler Richtung sehr schnell und in vertikaler Richtung eher langsam verschwindet. Die Polardiagramme in Abbildung 5 sind normiert, was bedeutet, dass die Referenzamplitude auf Achse linearisiert wird. Der Einbruch um 12kHz wird also angehoben, wodurch der Bereich um 12kHz aufgeweitet erscheint. Wenn man nun anstatt 0° den horizontalen Winkel von 15° als Referenzwinkel zum Normieren benutzt, dann sieht das Polardiagramm wie folgt aus:

Abbildung 6: Polardiagramm horizontal auf 15° normiert

Man könnte also den Breitbänder in einem Aktivprojekt problemlos von 400Hz – 20kHz in unserem Horn einsetzten, wenn man den Lautsprecher unter einem Winkel von 15° oder 30° linearisiert. In unserem OEM Programm befinden sich noch andere Versionen des NSW2-326-8AT, welche sich für dieses Projekt besser eignen würden, aber noch nicht in Produktion gegangen sind. In der Vergangenheit hatten wir eine Version mit geschlossenem Gehäuse und konkaver Membran entwickelt, die sich besser misst und eine höhere Membranstabilität aufweist, da der Membranradius kleiner und die Membranform dadurch runder ist. Dieselbe Version wurde auch als „State of the Art“ Version mit einer sündhaft teuren, reinen Berylliummembran entwickelt. Wer weiß… eventuell wird ja mal eine Kleinserie produziert…

Abbildung 7: Prototyp Technische Änderungen vorbehalten. Die Nutzung dieser Applikation ist ohne besondere Zustimmung nur für eigene private Zwecke gestattet. Die Weitergabe des Dokuments oder Auszüge daraus ist nicht gestattet. Quint-Audio Teutonenstrasse 4; 89250 Senden; www.quint-audio.com -

Aber nun wieder zurück zum Projekt. Viele Kunden wünschen sich passive Lautsprecher. Unter anderem auch, weil sie verschiedene Verstärker testen und nutzen wollen. Gerade Röhrenfans sind aufgrund der meist geringen Leistungen der Endstufen auf wirkungsgradstarke Lautsprecher angewiesen. Wenn man sich nun die Amplitude des Chassis im Horn betrachtet (Abbildung 3 und 4), dann fällt auch auf, dass die Amplitude zwar gleichmäßig, aber stetig zu höheren Frequenzen hin abfällt. Bis 7kHz lässt sich dieser Lautsprecher mit einer Sensitivität von 88dB sehr breitbandig nutzen. Man müsste dem Projekt also einen Superhochtöner verpassen! Doch ganz so einfach ist das nicht, wir wollen das recht konstante Abstrahlverhalten nicht verlieren! Denn sonst entstehen durch die Aufweitung des Abstrahlverhaltens die typischen Verfärbungen im Diffusschall, die in helleren, halligen Räumen sehr auffällig sind. Neben dem Abstrahlverhalten ist auch der mechanische Versatz des Hoch- und Mitteltöners ein Problem. Dadurch entsteht im Überlappungsbereich der einzelnen Lautsprecher ein Interferenzmuster mit großen Einbrüchen und Erhöhungen. Da wir zu diesem Zeitpunkt den Fountek Bändchenhochtöner NEO3.5H zum Testen bei uns hatten wollten wir kurzerhand ausprobieren, ob diese Treiberkonstellation funktioniert. Denn auch der NEO3.5H besitzt ein kurzes Horn. Das Bändchen sollte in einem wirkungsgradstärkeren Projekt nicht unter 3kHz betrieben werden, denn durch den Hub steigt der Klirr enorm schnell an. Das ganze sah dann folgendermaßen aus:

Abbildung 8: Prototypen mit Fountek Neo 3.5H

Das Abstrahlverhalten des Hochtöners passte nicht so recht in die Vorgaben des Projektes. Abbildung 9 zeigt das horizontale Abstrahlverhalten des Hochtöners in unserem Lautsprecher. Wie man sehen kann schrumpft die Abstrahlung von 75° bis ca. 3.5kHz auf ca. 30° bei 5,5kHz. Diesen Sprung kann man sehr deutlich unter Winkel hören. Man könnte in unserem Fall den Hochtöner also erst ab ca. 5,5kHz einsetzen. Das erschien uns in dieser Anwendung aber zu hoch, denn durch den vertikalen Versatz des Hoch- und Mitteltöners entstünden unter vertikalen Winkeln extrem starke Einbrüche. Oder man bräuchte zum Hören einen enorm großen Abstand.

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Abbildung 9: Abstrahlverhalten Fountek Neo3.5H

Das Konzept verlangt nach einem ordentlichen horizontalen und vertikalen Abstrahlverhalten. Das könnte man zum Beispiel durch eine koaxiale Anordnung des Hoch- und Mitteltöners erreichen. Allerdings entstehen auch durch diese Anordnung unausweichlich Probleme, die man nicht alle vermeiden kann. Der NEO3.5H zum Beispiel ist schon bauartbedingt so groß, dass er unser Horn in vertikaler Richtung mit seiner großen Frontplatte fast halbiert. Wenn man nun höher trennt, dann entstehen im Mitteltonbereich zwei Schallquellen anstatt nur einer, was wiederum unakzeptable Interferenzmuster nach sich zieht. Eine tiefe Trennung ist wiederum auch nicht möglich, denn der Hochtöner strahlt hier noch sehr rund. Dadurch entstehen durch Beugung und Reflexionen auch Auslöschungen im Übertragungsbereich. Wir benötigen also einen anderen, kleinen Hochtöner mit konstantem Bündelungsmaß. Uns kam gleich der Vifa Neo XT in den Sinn, den wir auch in anderen Projekten verwenden und deshalb ausreichend Erfahrung mit diesem Ringradiator haben. Nach kurzer Montage konnte dieser gleich gemessen werden.

Abbildung 10: Schalldruck Vifa Neo XT vor dem Horn mit und ohne Frontplatte Technische Änderungen vorbehalten. Die Nutzung dieser Applikation ist ohne besondere Zustimmung nur für eigene private Zwecke gestattet. Die Weitergabe des Dokuments oder Auszüge daraus ist nicht gestattet. Quint-Audio Teutonenstrasse 4; 89250 Senden; www.quint-audio.com -

Man kann sehr einfach erkennen, dass die Größe der Frontplatte das Abstrahlverhalten verändert. Je kleiner die Frontplatte, desto höher liegen die Auslöschungen. Mit der Frontplatte fällt der Frequenzgang des Hochtöners ab 5kHz etwas gleichmäßiger zu den Höhen hin ab, weshalb wir uns für diese Version entschieden haben. Außerdem muss so nichts am Hochtöner verändert werden. Das Abstrahlverhalten des Hochtöners ist gleichmäßig und zeigt keine Problemstellen.

Abbildung 11: Horizontales (links) und vertikales (rechts) Abstrahlverhalten

Als nächstes wollen wir das Tieftonabteil betrachten. Ein geschlossenes Gehäuse ist für die wandnahe Aufstellung die erste Wahl, da mit diesem die Amplitude – nicht unerwünscht – zu den tiefen Frequenzen hin langsam abfällt. Deshalb fiel die Auswahl für den Tieftonbereich auf zwei NSW8-426-8B Flachsubwoofer. Gründe dafür waren die enorm geringe Bautiefe von 40mm wenn der Lautsprecher von hinten in eine 19mm Schallwand geschraubt wird und der kleine Volumenbedarf. In unserem Gehäuse messen wir folgende Abstimmung:

Abbildung 12: horizontales Abstrahlverhalten 0° - 90°

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Abbildung 13: vertikales Abstrahlverhalten 0° - 90°

Im Polardiagramm kann man deutlich sehen, dass die zwei Subwoofer vertikal deutlich mehr bündeln als horizontal. Das kommt dem Projekt sehr entgegen.

Abbildung 14: Polardiagramm horizontal (links) und vertikal (rechts)

Bis jetzt sehen die Messungen schon sehr vielversprechend aus. Jedoch wird sich durch die Frequenzweiche noch einiges ändern. Aus diesem Grund werden wir in diesem Entwicklungsbericht die Weichenentwicklung näher erläutern. Im Internet kursieren diverse Tools, mit denen man sich die Bauteilwerte einer Frequenzweiche errechnen lassen kann. Meist handelt es sich um sehr einfache Rechner, die von einer konstanten Impedanz ausgehen, und die Resonanzstellen des Lautsprechers ignorieren. Wir wollen hier einmal anhand der Tieftöner zeigen was eine „ideale“ errechnete Weiche mit den Subwoofern macht.

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Hierzu trennen wir einfach die Subwoofer steil mit einem Filter 4. Ordnung. Die Rote Kurve im Diagramm entspricht der Filterwirkung die man erhält, wenn man anstatt des Lautsprechers einen 4 Ohm Widerstand anschließt. Die blaue Kurve entspricht der Amplitude der Chassis ohne Filterung.

Abbildung 15: Filterwirkung

Der Unterschied zwischen der roten und der schwarzen Kurve ist enorm, wie man sehr leicht sehen kann. Es fällt auch auf, dass im Bereich der Trennfrequenz ein Buckel entstanden ist. So kann man keine Weichenentwicklung machen. Ein Messsystem oder leistungsstarke Simulationssoftware ist daher für eine saubere Entwicklung unerlässlich. Am besten ist es natürlich wenn man beides zur Verfügung hat. Im Folgenden gehen wir nur diesen Weg. Die Subwoofer werden erst einmal testweise bei ca. 550Hz mit einem Filter 2. Ordnung getrennt. Grund dafür ist der passende Überlappungsbereich in der räumlichen Abstrahlung zwischen Subwoofer und Mitteltöner. Der entstandene Buckel wurde dann mithilfe eines RCL Gliedes (Sperrkreis) begradigt. Die Zielfunktion entsprach einer Filterfunktion 8. Ordnung. Wie man in Abbildung 16 sehen kann ist es durchaus möglich enorme Flankensteilheiten mit wenigen Bauteilen zu erreichen. Immerhin fällt ein Filter 8. Ordnung mit 48dB pro Oktave und wir erreichen das hier mit nur 2 Bauteilen! Die kleinen Senken um 300Hz und 450Hz, die sich durch die meisten Messungen ziehen, resultieren von Reflektionen vom Drehteller, auf dem der Lautsprecher montiert war. Die Zielfunktion wird enorm gut erreicht. Zum Schluss wurde die Amplitude noch insgesamt auf Linearität optimiert. Aus diesem Grund weichen die Amplituden etwas von den elektrischen Idealen ab um die Summation im Überlappungsbereich so glatt und problemlos wie möglich zu gestalten.

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Abbildung 15: Filterwirkung Subwoofer

Der Mitteltöner ist in diesem Projekt der Schwerarbeiter. Er muss den sehr großen und wichtigen Teil der Übertragung von 550Hz bis 5,5kHz übernehmen. Da wir keine Probleme im Übernahmebereich haben wollen wählen wir auch hier steile Filter um den Überlappungsbereich so klein wie möglich zu gestalten.

Abbildung 16: Filterwirkung Mitteltöner

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Die Zielfunktion ist diesmal ein Bandpassfilter 6. Ordnung. Bis auf ein paar kleine Problemstellen wird die Zielfunktion außerordentlich gut erreicht. Wie man sehen kann haben wir drei RCLGlieder zur Linearisierung benutzt. Wäre nur die Linearität auf Achse das Kriterium, dann wären diese Maßnahmen sicherlich übertrieben, aber die „Problemstellen“ verschwinden unter Winkel leider nicht. Wir werden aber später den Unterschied zwischen korrigiert und nicht korrigiert zeigen. Wenden wir uns nun der Filterung des Hochtöners zu. Wie wir oben in den Polardiagrammen schon gesehen haben erscheint eine Trennung um 5kHz sinnvoll, da hier keine Interferenzerscheinungen mehr auftreten. Auch das Bündelungsverhalten scheint hier ganz gut zu harmonieren.

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Abbildung 17: Filterwirkung Hochtöner

Der Vifa Ringradiator lässt sich relativ einfach mit einem Widerstand und einem Filter 2. Ordnung zähmen. Auch hier wird eine Flankensteilheit von 48dB pro Oktave erreicht, was angesichts der hohen Trennfrequenz auch dringend nötig ist, wie wir noch sehen werden. Den kleinen Peak um 3kHz könnte man noch mit einem RCL-Glied glätten, aber der Buckel fällt unter Winkel nicht auf. Gehen wir nun von den Flanken aus, dann sollten sich die Frequenzgänge im Übernahmebereich eigentlich ideal oder wenigstens sehr gut addieren. Aber wie man feststellt entstehen im Überlappungsbereich zwischen Mittelton und Hochton schmale Einbrüche. Was ist passiert? Wir erinnern uns, dass der Hochtöner vor dem Mitteltöner „schwebt“. Das wäre nicht das Problem, aber durch den koaxialen Aufbau ergibt sich zwangsläufig ein mechanischer Versatz zwischen den beiden Schallquellen. Dieser mechanische Versatz erzeugt nun ein Interferenzmuster im Übernahmebereich, denn der Mitteltöner und der Hochtöner sind in diesem kleinen Übernahmebereich nicht in Phase.

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Das kann man sich ganz einfach vorstellen, wenn man zwei phasenverschobene Schwingungen betrachtet. In Abbildung 18 sieht man zwei Schwingungen. Blau eingezeichnet ist die Kosinusfunktion und rot die Sinusfunktion.

Abbildung 18: Phasenverschiebung zwischen Kosinus und Sinus

Diese zwei Funktionen sind um 90° verschoben, wie man leicht ablesen kann. Der Sinus ist also um π/2 gegenüber dem Kosinus verschoben. So ähnlich sieht es bei diesem Projekt aus. Der Hochtöner sitzt etwa 23cm vor dem Mitteltöner. Die Wellenlänge bei der Trennfrequenz von 5kHz beträgt 6,8cm. In den mechanischen Versatz von 23cm passt also 3,38mal die Wellenlänge. Die 5Khz vom Hochtöner und die 5kHz des Mitteltöners haben also einen Wegunterschied von ca. 3,4 Wellenlängen. Durch diese Phasenunterschiede bei verschiedenen Frequenzen entsteht nun ein Interferenzmuster. In unserem Fall wurde die Weiche so lange per Software optimiert, bis die Auslöschungen in Form von Senken so schmal und unproblematisch wie möglich waren. Im Normalfall sieht das Interferenzmuster viel schlimmer aus, und sicher kennen viele den welligen Amplitudenverlauf von Hornlautsprechern. Das Interferenzmuster ändert sich zudem frequenzabhängig unter Winkel und ist darüber hinaus auch noch von Abstand abhängig. Das zu kontrollieren oder zu optimieren ist nicht trivial. Im Folgenden wollen wir noch die Wirkung der RCL-Glieder unter verschiedenen Winkel zeigen, wie es schon im Vorfeld angedeutet wurde. Man kann hier auch sehr schön die Änderung des Interferenzmusters erkennen.

Abbildung 19: Wirkung der RCL Glieder unter 15°

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Abbildung 20: Wirkung der RCL Glieder unter 30°

Abbildung 21: Wirkung der RCL Glieder unter 30°

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Abbildung 22: Wirkung der RCL Glieder

Gerade auf Achse und unter 15° verbessert sich die Abstrahlung enorm. Und da der Lautsprecher extrem eng abstrahlt und auf die Hörzone ausgerichtet werden sollte ist dieser Winkelbereich sehr wichtig für eine neutrale Wiedergabe. Wie bereits erwähnt entstehen die Dellen um 300Hz und 450Hz durch Reflektionen am Drehteller. Um die Interferenzen zu vermeiden hätte man natürlich tiefer trennen können, aber dann hätten wir die Welligkeiten des Mitteltöners, die durch Reflektion mit dem Hochtöner entstehen oder die Reflexionen des Hochtöners am Horn in der Amplitude. Zudem würde das Abstrahlverhalten der einzelnen Lautsprecher nicht ganz so gut zusammen passen. Das Resultat wäre also schlechter. Die sehr schmalen Senken auf Achse verschwinden zum Teil unter Winkel und sind gehörmäßig nicht zu identifizieren. Für ein passives System dieser Art misst sich der Lautsprecher überragend gut und zeigt ein außergewöhnlich gleichmäßiges Abstrahlverhalten. Durch manuelles Probieren hätte man dieses Ergebnis nicht annähernd erreichen können. Hier leistet moderne Simulationssoftware einen hervorragenden Dienst. All diese Probleme lassen sich weitgehend mit einem DSP vermeiden. Die Vollaktivierung mit einem DSP versetzt den Benutzer in die Lage den mechanischen Versatz durch ein Delay (= Verzögerung) auszugleichen. Dadurch kann man die Chassis virtuell nach vorne oder hinten „rücken“. Abbildung 23 zeigt den Unterschied zwischen passiv und aktiv. Dabei sollte noch bemerkt werden, dass die Amplitude noch nicht vollständig linearisiert oder der Lautsprecher im Tieftonbereich entzerrt wurde. Es wurden lediglich die passiven Filter nachgebildet. Man kann die Filter natürlich auch anders wählen und die Amplitude nach Belieben anpassen. Man hat in diesem Falle praktisch unendlich viele Freiheitsgrade.

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Abbildung 23: Unterschied zwischen passiv und aktiv

Wie man auf dem folgenden Bild sehen kann haben wir den Hochtöner bei unseren Prototypen mit einem flexiblen Metallband befestigt. Natürlich kann man den Hochtöner auch mit gekreuzten Nylonfäden oder einer anderen stabilen Konstruktion befestigen.

Abbildung 24: Hochtönerbefestigung

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Die Befestigung wurde nicht ohne Bedacht so gewählt. Durch die Flexibilität des Bandes kann man den Hochtöner in verschiedene Richtungen ausrichten. Dadurch können in Grenzen bestimmte Übertragungscharakteristika eingestellt werden. Im Normalfall stehen die Lautsprecher nahe bei der Wand und werden wegen des engen Abstrahlverhaltens auf den Hörplatz ausgerichtet. Dadurch behält man die extrem lineare und neutrale Abstimmung bei. Man könnte nun aber auch den Lautsprecher plan an die Rückwand stellen und nur den Hochtöner horizontal auf den Hörplatz ausrichten. Im Normalfall ergibt sich so ein Winkel zwischen 15° und 45° zu den Lautsprechern, während der Hochtöner direkt auf den Hörer zeigt. Dadurch erhält man folgende Abstimmung.

Abbildung 25: Abstimmungsänderung durch verdrehen des Hochtöners in horizontaler Richtung

Je nach Winkel kann auf diese Art eine beliebig extrem ausfallende Badewannenabstimmung eingestellt werden. Das ist recht interessant und für viele Menschen die beliebtere Abstimmung. So ist man in Grenzen in der Lage, eine für sich optimale Charakteristik zu wählen. Das alles geht auch in vertikaler Richtung, allerdings sollte man hier bedenken, dass der Effekt wegen der stärkeren Bündelung noch extremer ausfällt. Hier ist es besser, den ganzen Lautsprecher ein Stück in Richtung Ohr zu kippen. Wie schon erwähnt wurde vor dem Hochtöner ein Widerstand geschaltet. Mit diesem Widerstand ist es möglich, den Hochtonpegel nach persönlichem Geschmack anzupassen.

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Gerade bei Hörnern oder sehr eng abstrahlenden Konstrukten wie auch z.B. Breitbändern kann eine lineare Abstimmung zu dumpf klingen. Das liegt vor allem daran, dass der Hochtonbereich nur direkt auf Achse mit konstantem und hohem Schalldruck erzeugt wird, dagegen abseits der Achse kaum noch. Dem Diffusschallanteil fehlt dieser Bereich nun völlig. Ein variabel einstellbarer Hochtonbereich kann hier Abhilfe schaffen. Zu dem Bausatz bieten wir ein optionales Widerstandsset mit den gezeigten Werten an. Mit dem Widerstandsset kann man folgende Abstimmungen wählen:

Abbildung 26: variabler Hochtonbereich

Insgesamt kann man sagen, dass dieser Lautsprecher viele Freiheitsgrade zur Anpassung an die eigenen Bedürfnisse besitzt. Wir haben bei diesem Lautsprecher die Weiche ausgelagert, weil es dann um ein vielfaches komfortabler ist Änderungen durchzuführen. Außerdem sieht das unserer Meinung nach sehr gut und wertig aus. Die austauschbaren Widerstände für den Hochtöner haben wir einfach mit Steckern bestückt. So kann man schnell hin und her wechseln. Dennoch steht dem Einbau der Weiche in das Mittelhochtongehäuse nichts im Wege.

Abbildung 27: Steckbarer Widerstand

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Abbildung 28: komplette Weiche

In der Standardausführung ergibt sich eine stark gerichtete Abstrahlcharakteristik.

Abbildung 29: horizontale (links) und vertikale (rechts) Abstrahlung

Die gelbe Linie in Abbildung 29 entspricht ungefähr der -6dB Linie. Bei diesem Winkel ist der Lautsprecher bei der entsprechenden Frequenz schon um -6dB leiser. Dieser Bereich ist für die professionelle Beschallung sehr wichtig, denn hier hat sich die abgestrahlte Energie bereits halbiert. In unserem Fall spannt dieser Bereich in der horizontalen Ebene einen Winkel von durchschnittlich 80° - 90° auf, während der Winkel in der vertikalen Ebene mit durchschnittlich 60° weitaus kleiner ist.

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Betrachten wir nun den Bereich in dem der Lautsprecher -2dB verliert, was für den Heimgebrauch wichtiger erscheint, dann ergibt sich ein noch extremerer Wert. Wie wir in Abbildung 30 ablesen können beträgt der Öffnungswinkel des Lautsprechers in der horizontalen Ebene ca. 60° während der vertikale Öffnungswinkel nur noch 30° - 40° beträgt.

Abbildung 30: horizontale (links) und vertikale (rechts) Abstrahlung mit anderer Skalierung

Gerade in akustisch hellen, halligen Räumen können solche Konstruktionen punkten, denn die Reflektionen werden stark gedämpft, da der Schalldruck unter Winkel stark fällt. Als nächstes wenden wir uns nun den weiteren Messungen zu. Zuerst wollen wir die Verzerrungen betrachten. Im Normalfall werden Hörner nur von vorn angespaxt. Das bedeutet dass das Horn und der Treiber nur an der Schallwand gelagert werden. Dadurch wird das Ganze natürlich stärker zum Schwingen angeregt. Wenn dann noch das Horn aus dünnem Kunststoff besteht, können starke Vibrationen auftreten, die man auch bei Musikbetrieb leicht heraushören kann. Im Messchrieb kann man das recht einfach an den Verzerrungen ablesen.

Abbildung 31: Verzerrungen mit einfach und zweifach gelagertem Horn ; links K2 ; rechts K3 ; rote Kurve = zweifache Lagerung , blaue Kurve = einfache Lagerung

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Man sieht leicht ein, dass solche Schwingungen sehr wirkungsvoll mit einer weiteren Einspannung oder Lagerung reduziert werden können. Abbildung 31 zeigt genau dieses Verhalten. Das Gehäuse ist so konstruiert, dass die Rückwand der Mittelhochtoneinheit das Horn stark gegen die Schallwand drückt und einspannt. Man könnte den Effekt vermutlich noch mit einer Füllung des Mittelhochtongehäuses z.B. mit Sand verstärken, aber für uns reicht das Ergebnis völlig aus. Darüber hinaus ermöglicht der recht leichte Lautsprecher auch eine einfache Wandmontage. Die Verzerrungen am fertigen Lautsprecher sehen wie folgt aus.

Abbildung 32: K2 Verzerrungen von 85dB – 105dB

Abbildung 33: K3 Verzerrungen von 85dB – 105dB

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Abbildung 34: K4 Verzerrungen von 85dB – 105dB

Abbildung 35: K5 Verzerrungen von 85dB – 105dB

Die Verzerrungen sind hier bis 105dB zu sehen. Da die Verzerrungsmessungen mit einem sehr langsamen logarithmisch gestuften Sinus durchgeführt wurden ist die Belastung für den Lautsprecher enorm. Bei dieser langsamen Messung hat sich der Hochtöner bei 110dB verabschiedet. Die Schwingspule hielt dieser langen Belastung nicht stand. Dennoch ist die Leistung des kleinen Ringradiators ganz erstaunlich.

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Schaut man sich die Verzerrungen des Lautsprechers genauer an, dann stellt man fest, dass der Lautsprecher bis 100dB quasi verzerrungsfrei ist. Zwischen 70Hz und 5kHz betragen die K2 Verzerrungen gerade einmal 1%. Die Verzerrungen des Ringradiators steigen zwar etwas stärker bis zu 4% bei 20kHz, was aber mit Musik nicht mehr wahrnehmbar ist.

Abbildung 36: K2 Verzerrungen von 85dB – 100dB

Man sollte bedenken, dass mit Musiksignal weitaus höhere Lautstärken möglich sind. Das ist erstaunlich, denn im gesamten wichtigen Mitteltonbereich werkelt nur ein einzelnes 2“ Chassis. Die Phase zeigt bis auf die Stelle bei 5kHz keine Auffälligkeiten. Diese kleine Sprungstelle entsteht durch den mechanischen Versatzes zwischen Hochtöner und Mitteltöner.

Abbildung 37: Phase

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Abbildung 38: Gruppenlaufzeit

Abbildung 38 zeigt die Gruppenlaufzeit. Aufgrund der geschlossenen Bauweise und des nach tiefen Frequenzen hin recht langsam fallenden Frequenzgang ist der Wert mit ca. 5ms recht niedrig. Die gegenüber normalen Konstruktionen leicht höhere Laufzeit im Grund- und Mitteltonbereich resultiert ebenfalls aus dem mechanischen Versatz zwischen Hoch- und Mitteltöner.

Abbildung 39: Sprungfunktion

Auch die Sprungfunktion zeigt keine Auffälligkeiten bis auf den Hoch- und Mitteltonbereich, der wegen des Versatzes etwas weiter auseinanderliegt als bei normalen Konstruktionen. Der Unterschied zwischen Hoch- und Mitteltöner beträgt 0,8ms, was völlig unproblematisch ist. Der Rest entspricht einer gewöhnlichen Sprungantwort eines 3 Wege Lautsprechers. Das Wasserfalldiagramm zeigt ebenfalls keine Problemstellen und macht das schnelle Ausschwingen des Lautsprechers gut sichtbar.

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Abbildung 40: Wasserfalldiagramm

Den mechanischer Versatz der Mittelhochtoneinheit kann man im Wavelet sehr gut darstellen und sichtbar machen. Abbildung 41 zeigt genau diese Darstellung. Wenn man nun den Bereich zwischen 5kHz und 10kHz betrachtet, dann fällt auf, dass auch hier im Diagramm ein Versatz zu finden ist. Hier sieht man dass der Schall des Hochtöners minimal früher am Messmikrofon ist als der Schall des Mitteltöners.

Abbildung 41: Wavelet

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Da die Optik der Schallwand mit den Lautsprechern nicht jedem gefällt haben wir ein Cover entworfen, das einfach eingeknipst werden kann. Das macht die Optik etwas alltagstauglicher. Der Unterschied mit und ohne Cover beträgt im Hochtonbereich ca. 1dB – 1,5dB. Zum konzentrierten Hören sollte man deshalb das Cover abnehmen.

Abbildung 42: Schalldruckunterschied mit (blau) und ohne (rot) Cover

Das gesamte Gehäuse ist nicht sonderlich schwer aufzubauen, erfordert aber dennoch Geduld, wenn kein großer Radiusfräser verfügbar ist. Die Rückwände wurden nur angeschraubt und sind so bei Bedarf einfach zu entfernen. Wie schon erwähnt kann die Mittelhochtoneinheit auch separat aufgebaut werden und aufgrund der tiefen Trennung auch in Grenzen von der Tieftonabteilung örtlich versetzt aufgestellt werden. Der Bauplan enthält selbstverständlich die Zeichnungen und ist ausführlich bebildert, so dass der Aufbau ohne Probleme vonstatten gehen kann.

Abbildung 43: Frontansicht mit Cover

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Abbildung 44: Frontansicht ohne Cover und Rückansicht

Abbildung 45: Testsetup

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Abbildung 46: Testsetup

Abbildung 47: Testsetup

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Abbildung 48: Finale Schalldruckmessung

Abbildung 46 zeigt die finale Messung des Lautsprechers ohne die Reflexion am Drehteller. Wie man sehen kann verhält sich der Lautsprecher über den gesamten Übertragungsbereich vorbildlich.

Abbildung 49: Impedanz

Die Impedanz hat ein Minimum von 3Ohm bei 100Hz, was für Verstärker völlig unproblematisch ist. Da der Lautsprecher in allen Disziplinen hervorragende Ergebnisse und eine enorme Dynamikfähigkeit besitzt empfiehlt sich ganz klar eine potente Transistorendstufe um das volle Potential zu nutzen. Wer dennoch eine Röhre benutzen möchte kann selbstverständlich eine Impedanzkorrektur von uns bekommen.

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Es ist nicht einfach den subjektiven Höreindruck zu schildern. Die Focus XT klingt völlig anders als rundstrahlende, oder herkömmliche Konstruktionen. Die starke Bündelung im gesamten Übertragungsbereich ist dafür verantwortlich. Beim Hören fällt sofort auf ob die Aufnahme räumlich abgemischt wurde oder nicht, denn der Lautsprecher fügt dem Signal über den Raum kaum Diffusschall von den Wänden und der Decke hinzu wie es breit strahlende Lautsprecher zwangsläufig machen und so zusätzlich Räumlichkeit erzeugen. Dadurch wirkt die Focus XT im ersten Moment weniger räumlich wie herkömmliche Lautsprecher. Gewöhnt man sich daran erkennt man schnell dass diese Art der Wiedergabe um einiges ehrlicher ist, und man so die Aufnahme extrem gut analysieren und durchleuchten kann. Die Ortung einzelner Instrumente, wie auch von Stimmen ist um einiges schärfer und präziser als bei breiter strahlenden Lautsprechern. Das erzeugt beim Hören eine unglaubliche Präzision. Alles lässt sich ganz einfach lokalisieren und steht exakt definiert im Raum. Bei gehobener Lautstärke merkt man sofort, dass hier Luft verschoben wird. Der Kick einer Bassdrum ist staubtrocken und drückt auf die Brust. Das sorgt sofort für ein Grinsen auf dem Gesicht und imponiert, denn der Lautsprecher an sich ist nicht sonderlich groß. Der Bass ist dabei klar und neigt nicht zum Dröhnen. Tiefgang wird man in den meisten Fällen nicht vermissen. Nur bei großen Orgeln oder anderen Extremen ist ein Subwoofereinsatz von Nöten. Auch das typische Knallen der Snare wird horntypisch wiedergegeben ohne nach Horn zu klingen. Die Interferenzen kann man beim Musikhören nicht identifizieren. Auch ein zeitlicher Versatz zwischen Hoch- und Mittelton ist nicht zu hören. Die Verzerrungsarmut verführt zu extrem hohen Abhörlautstärken. Erst wenn einem die Ohren zufallen merkt man, dass es viel zu laut war. Insgesamt ist die Focus XT ein extrem guter Lautsprecher und ist ebenso für Hifi wie für hochwertigen Heimkinobetrieb geeignet. Blind würde man nie erraten, dass es sich um ein Hornkoax handelt. Auch sonst besitzt die Focus XT nicht die oftmals typisch anzutreffenden Verfärbungen von Hornsystemen. Die vollaktive DSP Version klingt sehr ähnlich, macht aber alles besser. Wenn man dann noch den Lautsprecher im Raum einmisst lässt sie die passive Version weit hinter sich. Testweise wurde noch ein Setup mit Subwoofer aufgebaut, wie es in Abbildung 42 zu sehen ist. Bei Benutzung eines hochwertigen und ordentlich integrierten und eingemessenen Subwoofer wird der Frequenzumfang fühlbar erweitert. Was dann passiert haut einen sprichwörtlich „aus den Latschen“…

Viel Spaß beim Bauen und Hören wünscht euch das Team von Quint Audio

Ein großer Dank geht an Dr. Arnold, Dipl. Ing. M. Schmidt und Dipl. Ing. M. Sylvester, ohne deren Mithilfe dieses Dokument nicht lesbar wäre…

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