Kaum ein Begriff in der Lautsprecherwelt führt so oft zur Verwirrung wie das korrekte Phasenverhalten oder die Zeitrichtigkeit beim Lautsprecher. Dabei ist die Wahrheit ziemlich grausam. Denn eigentlich gibt es kein phasenrichtiges Verhalten beim Lautsprecher im Zusammenhang mit unterschiedlichen Frequenzen.
Da wir mit unserem Lautsprecher in der Regel keine Sinustöne, sondern eher ein Frequenzgemisch hören, kann es keine identische Phasenlage geben. Denn auf Grund völlig unterschiedlicher Wellenlängen können die Frequenzen überhaupt nicht in allen Frequenzbereichen und in allen Abständen deckungsgleich sein.
Schaut euch hierzu bitte das Bild an
Stellt euch bei dem Bild vor, dass am linken Rand die Schallwand ist, der grüne Markierungsstrich ist unser Sitzplatz. Die untere Welle ist der Tiefton, im Beispiel 200 Hz. Oben natürlich der Hochtöner, hier 1500 Hz. Ihr könnt gedanklich den Sitzplatz verschieben wohin ihr wollt, vielleicht gelingt es für einen Punkt, dass beide Wellenhügel identisch sind. Aber nur wenige Zentimeter weiter oder eine etwas andere Frequenz lassen die Phasengleichheit verschwinden.
Oder anders: Nur bei identischer Frequenz, ausgestrahlt von zwei Quellen, kann es eine identische Phasenlage geben oder eben nicht.
Im Prinzip ist das alles auch überhaupt nicht so tragisch, denn unser Ohr reagiert so gut wie gar nicht auf die Phasenlage, da es ein Druckempfänger ist. Das Ohr registriert Druckunterschiede und keine Phasenunterschiede. Das klassische Beispiel ist die Stimmgabel. Wird sie angeschlagen, schwingt die Gabel schnell hin und her und bewegt entsprechend die Luftteilchen. Wir erzeugen also mit dieser Schwingung schnell wechselnde Druckunterschiede und keine Phasenunterschiede. Warum wird aber so viel Tamtam um diese phasenrichtige Wiedergabe gemacht?
Es gibt im Lautsprecher durchaus Bereiche, wo diese Phasenkorrektheit wichtig ist. Fast alle Lautsprechersysteme sind Mehrwegekonstruktionen. Im Übergangsbereich zwischen Hoch- und Tieftöner müssen die Chassis in einem gewissen Frequenzbereich zusammenarbeiten. Also haben wir zwei Chassis, die die gleiche Frequenz abstrahlen. Hier kann es tatsächlich zu Phasenverschiebungen kommen, die zu Beeinflussungen im Amplitudengang, also in der Linearität des Frequenzganges, führen. Die Korrekturen in diesem Fehlerbereich lassen sich in der Regel in der Frequenzweiche beeinflussen.
Allerdings es gibt etwas viel Wichtigeres in dem ganzen Zusammenhang. Das ist die Ankunftszeit der Welle am Ohr, also der erste Druckimpuls der aufs Ohr kommt. Dazu ein Beispiel, was wir uns auch visuell sehr gut vorstellen können. Dabei nicht vergessen, der Ton eines Musikinstrumentes setzt sich aus Grundton und Obertönen zusammen. Beobachten wir einen Bassisten. Irgendwann schlägt der kurz und heftig auf eine Saite, die Saite kommt ins Schwingen. Da Grundton und Obertöne der Saite gleichzeitig durch den Schlag erzeugt werden, treffen praktisch die ersten Impulse aller vorhandenen Frequenzen absolut zeitgleich bei uns am Ohr an.
Sehen wir uns die ganz normalen Lautsprecherchassis an, erkennen wir, dass der Hochtöner verhältnismäßig klein, das Basschasis ein dicker Brocken ist. Das Entscheidende in diesem Zusammenhang ist die Bautiefe. Denn es gilt: Der Ton entsteht bei einem Lautsprecherchassis in seinem akustischen Zentrum. Dieses akustische Zentrum liegt in der Regel da, wo die Schwingspule mit der Membran verklebt ist. Bauen wir jetzt einen dicken Tieftöner und einen kleinen/flachen Hochtöner auf eine Schallwand wird klar, was passiert. Das akustische Zentrum des Hochtöners liegt viel weiter vorne. In der Folge werden demnach die Obertöne einen Tick eher am Ohr sein als der Grundton aus dem Basschassis. Jetzt kommt es natürlich zum Begriffswirrwar. Denn hier handelt es sich auch um eine Phasenverschiebung. Denken wir daran, dass ja beide Chassis durchaus die gleiche Frequenz übertragen können (im Bereich der Übernahmefrequenz). Nur ein Chassis ist halt etwas früher am Ohr und schon haben wir einen Zeitversatz = Phasenverschiebung.
Der Konstrukteur hat einige Möglichkeiten, diesen Zeitversatz zu korrigieren. Er kann eine Stufenschallwand bauen, er kann eine nach hinten kippende Schallwand bauen oder er kann den Abstand der Chassis so variieren, dass auf Grund längerer Wege dieser Versatz ausgeglichen wird. Einen anderen Weg geht z. B. die Firma Ascendo, dort sitzt der Hochtöner oben auf dem Gehäuse und kann mit einer Schiene nach vorne oder hinten geschoben werden.
Alle Korrekturen beinhalten aber wieder andere Probleme. So entstehen z. B. an treppenförmigen Schallwänden Reflexionen, die wiederum bekämpft werden müssen. Große Abstände der Chassis erfordern große Hörabstände usw., usw.
An diesem Punkt schlagen natürlich die Hardcorer der Aktivfraktion zu, die jetzt in der Aktivweiche entsprechende Korrekturen vornehmen können.
Aber was ist eigentlich besser......einen Fehler korrigieren oder ihn gar nicht erst aufkommen zu lassen?
Wenn wir zusammenfassen, ergibt sich Folgendes:
Kleinste Abweichungen in der Sitzhöhe oder minimale Veränderungen im Abstand zur Lautsprecherbox führen zu Veränderungen in der Laufzeit der einzelnen Chassis zum Hörplatz. Bedingt durch diese Laufzeitveränderung nehmen wir einmal Einfluss auf das zeitgleiche Eintreffen des ersten Impulses. Klar, wenn wir den Lautsprecher etwas höher stellen, als vom Entwickler geplant, ist der Weg vom Hochtöner zum Ohr etwas länger.
Der nächste Aspekt ist der Übergangsbereich zweier Chassis. Um Fehler in dem Bereich zu vermeiden, in dem die Chassis gezwungener Maßen zusammenarbeiten, hat der Konstrukteur z. B. den Abstand der Chassis festgelegt. Durch die genannten Variablen Sitzabstand, Standhöhe usw. wird dieses ideale Verhältnis oftmals verlassen. Diese jetzt entstehenden Zeitverschiebungen = Phasenfehler (zwei Quellen bei gleicher Frequenz) führen wiederum zu Interferenzen (Überlagerungen) die ihrerseits zu Überhöhungen oder Auslöschungen im Amplitudengang führen. Im Endeffekt könnte also ein recht welliger Frequenzgang am Hörplatz entstehen, nur weil der Abstand zur Lautsprecherbox nicht passt.
Egal, welchen Fehler wir nun hören, sei es der zeitliche Versatz des ersten Impulses oder der Phasenfehler im Übergangsbereich der Chassis, beides registrieren wir als Fehler, beide Fehler fordern Ausgleichsarbeit des Gehirns und führen somit zur schnellen Müdigkeit.
Und da schlägt die Stunde des PIEGA Bändchen-Koax. In sinem gesamten Arbeitsbereich kennt er keinen Zeitversatz. Sämtliche Töne entstehen auf einer Ebene. Und zwar auf allen drei Achsen. Wir haben praktisch mit dem flachen Koax die punktförmige Schallquelle und deshalb aus jedem Betrachtungswinkel die gleichen Abstände. Und somit haben wir überhaupt keine Probleme mit dem Hörabstand, wenn der Lautsprecher etwas höher/tiefer steht oder er nach hinten oder vorne gekippt wird.
Je höher die Frequenz, desto unempfindlicher reagiert das Gehör auf Phasenfehler. Ab welcher "tiefen" Frequenz es kritisch wird mit dem Phasenfehler, lässt sich nicht pauschalisieren. Einige von euch setzen Subwoofer ein und in dem Sektor kennen viele den "Phasenschalter/-regler". Hier haben wir es tatäschlich mit einem Klassiker des Phasenfehlers zu tun. Im Übergangsbereich der Hauptlautsprecher und des Subwoofers arbeiten beide über einen gewissen Frequenzbereich zusammen, beide strahlen in einem kleinen Arbeitsbereich die gleiche Frequenz ab. Liegt jetzt zwischen Subwoofer und Hauptlautsprecher die Phase um 180 Grad verschoben vor, kann sich unter Umständen der Bass fast komplett auslöschen. Da hierbei auch die Raumakustik sowie der Abstand zwischen Hauptlautsprecher und Subwoofer einen Einfluss hat, kann es keine Pauschalempfehlung für die Sub-Einstellung geben.
Kleiner Tipp: Ist die Phase korrekt, erhöht sich der Basspegel. Ist's zuviel Pegel, muss mit dem Pegelregler am Bass gegengesteuert werden.
Auch die Raumakustik kann Einfluss nehmen. Der Schall, der von Wänden und Decken reflektiert wird, hat eine längere Laufzeit als der Direktschall vom Chassis. Die längere Laufzeit beinhaltet automatisch auch wieder Phasenverschiebungen.
Kurz, mit einem gewissen Anteil an Phasenfehlern müssen wir in jedem Falle leben (hören).
Meinen Dank an Kurt, der den Beitrag auf sachliche Fehler hin überprüfte.
Da wir mit unserem Lautsprecher in der Regel keine Sinustöne, sondern eher ein Frequenzgemisch hören, kann es keine identische Phasenlage geben. Denn auf Grund völlig unterschiedlicher Wellenlängen können die Frequenzen überhaupt nicht in allen Frequenzbereichen und in allen Abständen deckungsgleich sein.
Schaut euch hierzu bitte das Bild an
Stellt euch bei dem Bild vor, dass am linken Rand die Schallwand ist, der grüne Markierungsstrich ist unser Sitzplatz. Die untere Welle ist der Tiefton, im Beispiel 200 Hz. Oben natürlich der Hochtöner, hier 1500 Hz. Ihr könnt gedanklich den Sitzplatz verschieben wohin ihr wollt, vielleicht gelingt es für einen Punkt, dass beide Wellenhügel identisch sind. Aber nur wenige Zentimeter weiter oder eine etwas andere Frequenz lassen die Phasengleichheit verschwinden.
Oder anders: Nur bei identischer Frequenz, ausgestrahlt von zwei Quellen, kann es eine identische Phasenlage geben oder eben nicht.
Im Prinzip ist das alles auch überhaupt nicht so tragisch, denn unser Ohr reagiert so gut wie gar nicht auf die Phasenlage, da es ein Druckempfänger ist. Das Ohr registriert Druckunterschiede und keine Phasenunterschiede. Das klassische Beispiel ist die Stimmgabel. Wird sie angeschlagen, schwingt die Gabel schnell hin und her und bewegt entsprechend die Luftteilchen. Wir erzeugen also mit dieser Schwingung schnell wechselnde Druckunterschiede und keine Phasenunterschiede. Warum wird aber so viel Tamtam um diese phasenrichtige Wiedergabe gemacht?
Es gibt im Lautsprecher durchaus Bereiche, wo diese Phasenkorrektheit wichtig ist. Fast alle Lautsprechersysteme sind Mehrwegekonstruktionen. Im Übergangsbereich zwischen Hoch- und Tieftöner müssen die Chassis in einem gewissen Frequenzbereich zusammenarbeiten. Also haben wir zwei Chassis, die die gleiche Frequenz abstrahlen. Hier kann es tatsächlich zu Phasenverschiebungen kommen, die zu Beeinflussungen im Amplitudengang, also in der Linearität des Frequenzganges, führen. Die Korrekturen in diesem Fehlerbereich lassen sich in der Regel in der Frequenzweiche beeinflussen.
Allerdings es gibt etwas viel Wichtigeres in dem ganzen Zusammenhang. Das ist die Ankunftszeit der Welle am Ohr, also der erste Druckimpuls der aufs Ohr kommt. Dazu ein Beispiel, was wir uns auch visuell sehr gut vorstellen können. Dabei nicht vergessen, der Ton eines Musikinstrumentes setzt sich aus Grundton und Obertönen zusammen. Beobachten wir einen Bassisten. Irgendwann schlägt der kurz und heftig auf eine Saite, die Saite kommt ins Schwingen. Da Grundton und Obertöne der Saite gleichzeitig durch den Schlag erzeugt werden, treffen praktisch die ersten Impulse aller vorhandenen Frequenzen absolut zeitgleich bei uns am Ohr an.
Sehen wir uns die ganz normalen Lautsprecherchassis an, erkennen wir, dass der Hochtöner verhältnismäßig klein, das Basschasis ein dicker Brocken ist. Das Entscheidende in diesem Zusammenhang ist die Bautiefe. Denn es gilt: Der Ton entsteht bei einem Lautsprecherchassis in seinem akustischen Zentrum. Dieses akustische Zentrum liegt in der Regel da, wo die Schwingspule mit der Membran verklebt ist. Bauen wir jetzt einen dicken Tieftöner und einen kleinen/flachen Hochtöner auf eine Schallwand wird klar, was passiert. Das akustische Zentrum des Hochtöners liegt viel weiter vorne. In der Folge werden demnach die Obertöne einen Tick eher am Ohr sein als der Grundton aus dem Basschassis. Jetzt kommt es natürlich zum Begriffswirrwar. Denn hier handelt es sich auch um eine Phasenverschiebung. Denken wir daran, dass ja beide Chassis durchaus die gleiche Frequenz übertragen können (im Bereich der Übernahmefrequenz). Nur ein Chassis ist halt etwas früher am Ohr und schon haben wir einen Zeitversatz = Phasenverschiebung.
Der Konstrukteur hat einige Möglichkeiten, diesen Zeitversatz zu korrigieren. Er kann eine Stufenschallwand bauen, er kann eine nach hinten kippende Schallwand bauen oder er kann den Abstand der Chassis so variieren, dass auf Grund längerer Wege dieser Versatz ausgeglichen wird. Einen anderen Weg geht z. B. die Firma Ascendo, dort sitzt der Hochtöner oben auf dem Gehäuse und kann mit einer Schiene nach vorne oder hinten geschoben werden.
Alle Korrekturen beinhalten aber wieder andere Probleme. So entstehen z. B. an treppenförmigen Schallwänden Reflexionen, die wiederum bekämpft werden müssen. Große Abstände der Chassis erfordern große Hörabstände usw., usw.
An diesem Punkt schlagen natürlich die Hardcorer der Aktivfraktion zu, die jetzt in der Aktivweiche entsprechende Korrekturen vornehmen können.
Aber was ist eigentlich besser......einen Fehler korrigieren oder ihn gar nicht erst aufkommen zu lassen?
Wenn wir zusammenfassen, ergibt sich Folgendes:
- Unser Ohr ist ein Druckempfänger und kein Phasenanalysator.
- Bei unterschiedlichen Frequenzen gibt es keine identische Phasenlage.
- Nur im Übergangsbereich der einzelnen Chassis kann es Phasenverschiebungen geben.
- Wichtiger ist das zeitgleiche Ankommen des ersten Impulses.
- Fehler in diesem Zusammenhang zu vermeiden ist besser als sie zu korrigieren.
Kleinste Abweichungen in der Sitzhöhe oder minimale Veränderungen im Abstand zur Lautsprecherbox führen zu Veränderungen in der Laufzeit der einzelnen Chassis zum Hörplatz. Bedingt durch diese Laufzeitveränderung nehmen wir einmal Einfluss auf das zeitgleiche Eintreffen des ersten Impulses. Klar, wenn wir den Lautsprecher etwas höher stellen, als vom Entwickler geplant, ist der Weg vom Hochtöner zum Ohr etwas länger.
Der nächste Aspekt ist der Übergangsbereich zweier Chassis. Um Fehler in dem Bereich zu vermeiden, in dem die Chassis gezwungener Maßen zusammenarbeiten, hat der Konstrukteur z. B. den Abstand der Chassis festgelegt. Durch die genannten Variablen Sitzabstand, Standhöhe usw. wird dieses ideale Verhältnis oftmals verlassen. Diese jetzt entstehenden Zeitverschiebungen = Phasenfehler (zwei Quellen bei gleicher Frequenz) führen wiederum zu Interferenzen (Überlagerungen) die ihrerseits zu Überhöhungen oder Auslöschungen im Amplitudengang führen. Im Endeffekt könnte also ein recht welliger Frequenzgang am Hörplatz entstehen, nur weil der Abstand zur Lautsprecherbox nicht passt.
Egal, welchen Fehler wir nun hören, sei es der zeitliche Versatz des ersten Impulses oder der Phasenfehler im Übergangsbereich der Chassis, beides registrieren wir als Fehler, beide Fehler fordern Ausgleichsarbeit des Gehirns und führen somit zur schnellen Müdigkeit.
Und da schlägt die Stunde des PIEGA Bändchen-Koax. In sinem gesamten Arbeitsbereich kennt er keinen Zeitversatz. Sämtliche Töne entstehen auf einer Ebene. Und zwar auf allen drei Achsen. Wir haben praktisch mit dem flachen Koax die punktförmige Schallquelle und deshalb aus jedem Betrachtungswinkel die gleichen Abstände. Und somit haben wir überhaupt keine Probleme mit dem Hörabstand, wenn der Lautsprecher etwas höher/tiefer steht oder er nach hinten oder vorne gekippt wird.
Je höher die Frequenz, desto unempfindlicher reagiert das Gehör auf Phasenfehler. Ab welcher "tiefen" Frequenz es kritisch wird mit dem Phasenfehler, lässt sich nicht pauschalisieren. Einige von euch setzen Subwoofer ein und in dem Sektor kennen viele den "Phasenschalter/-regler". Hier haben wir es tatäschlich mit einem Klassiker des Phasenfehlers zu tun. Im Übergangsbereich der Hauptlautsprecher und des Subwoofers arbeiten beide über einen gewissen Frequenzbereich zusammen, beide strahlen in einem kleinen Arbeitsbereich die gleiche Frequenz ab. Liegt jetzt zwischen Subwoofer und Hauptlautsprecher die Phase um 180 Grad verschoben vor, kann sich unter Umständen der Bass fast komplett auslöschen. Da hierbei auch die Raumakustik sowie der Abstand zwischen Hauptlautsprecher und Subwoofer einen Einfluss hat, kann es keine Pauschalempfehlung für die Sub-Einstellung geben.
Kleiner Tipp: Ist die Phase korrekt, erhöht sich der Basspegel. Ist's zuviel Pegel, muss mit dem Pegelregler am Bass gegengesteuert werden.
Auch die Raumakustik kann Einfluss nehmen. Der Schall, der von Wänden und Decken reflektiert wird, hat eine längere Laufzeit als der Direktschall vom Chassis. Die längere Laufzeit beinhaltet automatisch auch wieder Phasenverschiebungen.
Kurz, mit einem gewissen Anteil an Phasenfehlern müssen wir in jedem Falle leben (hören).
Meinen Dank an Kurt, der den Beitrag auf sachliche Fehler hin überprüfte.
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