Die Lautsprecherentwicklung im Allgemeinen

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Aus nicht mehr nachvollziehbaren Gründen ist das Original-Thema im Datennirvana verschwunden. Warum, wieso, weshalb....?

Zum Glück hatte ich noch meine Texte als Word-Dokument und konnte zumindest diese beiden Beiträge rekonstruieren. Aus der Erinnerung heraus glaube ich, dass sich so gut wie keine Fragen daraus ergaben.

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Teil 1 des rekonstruierten Textes


Im Rahmen der Besuche wurden ja bisher auch einige Prototypen vorgestellt, die es bis in die Serie schafften, andere wurden eingestampft. Deswegen gibt’s jetzt einen Einblick in die Entwicklung eines LS von der ersten Idee bis zum Fertigprodukt.

An der Stelle muss unterschieden werden, ob es ein einzelnes LS-Modell oder eine ganze Produktreihe werden soll, wie z. B. die Coax-Serie.

Nehmen wir nur mal an, PIEGA überlegt sich ein weiteres Coax-Modell zu bauen. Es ist wirklich nur eine Annahme, nur ein Beispiel. Es gibt diese Überlegung nicht, sie würde auch keine Aussicht auf Umsetzung haben.

Angenommen, es soll ein Modell zwischen der 311 und der 511 entstehen. Hier bietet es sich an, ins „Regal“ zu greifen. Das Strangpressprofil und die Chassis sind vorhanden. Weiter angenommen, es soll ein Standmodell mit einem angetriebenen Chassis und einer passiven Membran werden. Der grobe Überschlag ergibt, dass die bisherigen Tieftonchassis auch als Solisten in einem passenden Volumen eingesetzt werden können. Das sind schon mal nahezu ideale Bedingungen.

Der nächste Schritt ist die Planung und Simulation am CAD. In der heutigen Zeit kann dadurch ein System entwickelt werden, was schon richtig gut funktioniert. Überprüft wird das an einem Holzprototyp, der in der hauseigenen „Bastelecke“ entsteht. Wenn Theorie und Prototyp so in etwa im Einklang sind, wird über die Details nachgedacht, wie z. B. die Fräsarbeiten für die Alu-Schallwand.
Dazu stellt der Fräser einen Prototyp her, der wird kritisch geprüft, evtl. muss nachgebessert und wieder geprüft werden. Zum Schluss erfolgt dann noch der Aufbau eines seriennahen Alu-Prototyps, um der Weichenabstimmung den letzten Feinschliff zu verpassen. Auch die wird letztlich bei einem Zulieferer gebaut, der ein paar Muster zur Prüfung schickt. Und dann kann es mit dem Serienbau endlich losgehen.


Wesentlich aufwändiger ist die Entwicklung einer neue Baureihe incl. eines neuen Alu-Gehäuses. Hier muss der Strangpressprofil-Hersteller stärker eingebunden werden. Da aber die „kleine PIEGA“ bei den riesigen Alu-Profil-Herstellern nicht ganz so priorisiert wird, wie Airbus oder die Autoindustrie, kann da etwas Zeit ins Land gehen. Mittlerweile werden weltweit in absoluter Spitzenqualität auch größere Strangpressprofile hergestellt, leider kommen dadurch für die Baumuster auch entsprechende Transportzeiten hinzu. Für jedes neues Gehäuseprofil muss ein neues Presswerkzeug (das „Förmchen“ für das Profil) entwickelt und gebaut werden. Gerade diese Strangpress-Entwicklung dauert eine ganze Weile. Übrigens, das Presswerkzeug, also dieses „Negativförmchen“ für das Profil, schlägt mit einem 6-stelligen Betrag zu Buche! Es kann vorkommen, dass die ersten Pressvorgänge zeigen, dass nachgebessert werden muss, was ein neues Presswerkzeug erfordert. Dann muss die Fräsarbeit und letztlich das Oberflächenfinish in Auftrag gegeben werden. Auch hier wiederholt sich das Spielchen Prototyp, Kontrolle, nachbessern…

Kleine Anekdote: Die fehlgeschlagenen Muster zum Oberflächenfinish der Schallwand beim MLS2 waren sehr zahlreich, weil PIEGA immer wieder Qualitätsmängel feststellte, die bei der Kaufsumme des Endproduktes völlig inakzeptabel waren.

Wenn’s doof läuft, schmeißt ein Zulieferer das Handtuch und ein neuer muss gesucht werden. Es ist dann oft ein großer Zeitfaktor, bis solch eine Entwicklung abgeschlossen ist.

Eventuell werden neue Chassis benötigt. Zwar kommen die PIEGA-Folien aus eigenem Hause, aber die Basschassis werden speziell nach PIEGA-Vorgaben konstruiert und gebaut. Am Holzprotyp wird die Grundabstimmung vorgenommen, evtl. muss am Tieftonchassis noch einmal Hand angelegt werden, bis Kurt, Daniel und Dominik zufrieden sind.

Sind alle Gehäuse-, Chassis-, Weichen und sonstigen Bauelemente da (z. B. die TIM-Module), wird der LS aufgebaut. Unter Umständen wird bei dem Aufbau festgestellt, dass der handwerkliche Zusammenbau durch ein kleines Detail erschwert wird. Dann geht das Spiel mit dem Alubau von vorne los.

So war es z. B. bei der aktuellen Premium-Baureihe. Eigentlich war angedacht, ein „abgespecktes TIM-Prinzip“ (die Spannschrauben der Coax-Baureihe) einzusetzen. Aber alle Versuche scheiterten, ein preisgünstigeres System im prozesssicheren Serienbau zu verwirklichen. Deshalb wurde umgedacht und die MDF-Matrix gebaut. Dabei handelt es sich um eine Art Holzskelett, um das Gehäuse von innen zu versteifen.

Die Gehäuseentwicklung, die Optimierung der Prozesssicherheit und die Qualitätssicherung mit äußerst geringen Fertigungstoleranzen im Serienbau bilden ein zeitraubendes und preistreibendes Element. Die Entwicklung eines neuen Gehäuses kann daher 2 Jahre und länger dauern.

Die elektrische Entwicklung eines neuen passiv LS oder einer Baureihe ist gar nicht so sehr das Problem. Die CAD-Systeme mit ihren Simulationsmöglichkeiten liefern in der heutigen Zeit schon sehr ordentliche Ergebnisse.

Was an der Stelle aber häufig nicht beachtet oder stark unterschätzt wird, ist die klangliche Feinabstimmung bei einer Neuentwicklung. Wie erwähnt, können in der heutigen Zeit mittels CAD Lautsprecher entwickelt werden, die auch ohne gehörmäßige Feinabstimmung ordentlich funktionieren und sogar tolle Messwerte aufweisen können. Insbesondere bei einer eher „kostenoptimierten“ Entwicklung wird das auch recht häufig gemacht.

Daniel, der schon seit längerer Zeit bei PIEGA für die Feinabstimmung verantwortlich ist, ist mit dieser Vorgehensweise aber nicht zufrieden zu stellen. Zwar basieren auch „Daniels Schöpfungen“ auf die Computerberechnungen, aber es steckt jede Menge Aufwand in der gehörmäßigen Feinabstimmung d’rin. Das absolut Kuriose ist dabei, dass minimalste Veränderungen am berechneten Amplitudengang große Auswirkungen am Gesamteindruck des LS haben können. Und obwohl sich der berechnete und der gewollt veränderte Amplitudengang FAST gleichen, ergeben die Differenzen den Unterschied von einem „na ja“ zu einem „whow“. Da sich aber in der Entwicklungsphase viel am LS verändert (vom ersten Holzprotypen bis zum Serienprodukt), wird immer wieder gehört, verglichen, verändert und gemessen.

Um das Feintuning zu vereinfachen, liegen die Bauteile der Frequenzweichen fliegend verdrahtet auf einem Brettchen außerhalb der Box. Damit möglichst schnell Veränderungen vorgenommen werden können, sind die einzelnen Weichenbauteile oftmals nur mit Krokodilklemmen miteinander verbunden. Erst wenn am seriennahen Prototyp alle zufrieden nicken, ergeht der Bauauftrag der Weiche an den hochspezialisierten Hersteller.

Wie hoch der Anteil an „Ohrenabstimmung“ und Computerberechnung ist, lässt sich nicht exakt angeben. Eine Faustregel geht von „75% Computer“ und „25% Gehör“ aus, was aber je nach Modell schwankt. Aber gerade diese „25% Gehör“ sind extrem zeitintensiv und werden hausintern immer wieder geprüft, hinterfragt und diskutiert.

Richtig kompliziert wird es wenn Neuland betreten wird, wie „damals“ mit dem MasterOne oder gar dem MLS. Hier konnte PIEGA nicht auf eigene Erfahrungen zurückgreifen. Das beinhaltete automatisch, dass viele Ideen nicht wie angedacht funktionierten, wieder verworfen und neu erdacht wurden. Kurt und Daniel mussten lernen, die unterschiedlichen Wechselwirkungen und Auswirkungen der Systeme in vielen Messungen und Versuchen zu verstehen und vor allem so umzusetzen, dass ein Serienbau möglich ist.

Noch einen d’rauf setzt die Entwicklung der Aktiv-Systeme. Das könnt ihr am Beispiel der Versuche rund um die Vollaktivierung lesen. Nicht nur wegen der Entwicklung und Abstimmung der elektrischen Komponenten und den mechanischen Problemen, sondern auch wegen der sicherheitsrelevanten Zertifizierungen vergeht eine Menge Zeit. Da diese Zertifizierungen nicht von der Caritas erfolgen, fallen auch dort Kosten an.

Bei allen Neuentwicklungen muss aber auch der Kostenfaktor im Hinterkopf bleiben. Natürlich würde Daniel am liebsten aus JEDEM PIEGA-LS ein technisches Meisterwerk im kompromisslosen Aufbau entwickeln. Aber die ganzen strategischen Überlegen, zu denen auch der Kostenfaktor gehört, müssen Neuentwicklungen in irgendeiner Form reglementieren - sei es in Größe, Bestückung, Entwicklungszeit oder Preis.

Nächste Aufgabe: Wie kann ein neuer LS im vorhandenen Portfolio platziert werden? Bleiben wir dazu beim Beispiel der frei erfundenen und imaginären Coax 411. Was dürfte sie an der Ladenkasse kosten? Besteht die Gefahr, dass dafür die 311 oder 511 vom Kunden nicht mehr beachtet wird? Das war auch beim Prototyp „MasterMonitor“ schön zu erkennen. Ein System, was bis heute tief in meinen Ohren eingebrannt ist. Aber es hätte nicht so viele Kunden gegeben, die für einen „Kompakt-LS“ sehr deutlich über 20k€ gezahlt hätten. Daher wäre eine Entwicklung bis zur Serienreife nie zu verantworten gewesen. Und als Imageträger – was ja einige Firmen machen – hat PIEGA den MLS. Was hätte der MasterMonitor auch für Auswirkungen auf die anderen Top-Produkte gehabt, wie damals die 120.2 und 90.2? Um all diese strategischen Fragen zu klären, finden deshalb auch immer wieder Gespräche mit Händlern und Vertrieben statt. Aber auch der Blick zur Konkurrenz oder den sozialen Medien ist wichtig, um zu erkennen, was die Kundschaft will und wohin die LS-Entwicklung insgesamt steuert.

Insgesamt gesehen ist ein neues Lautsprechermodell oder gar eine neue Produktlinie, nichts, was mal „so nebenbei“ entsteht. Je nach Größe und Aufwand können von der ersten Idee bis zum Serienstart 2 – 4 Jahre ins Land gehen.

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Tel 2 des rekonstruierten Textes


Im Eröffnungsbeitrag könnt ihr lesen, wie die Abstimmarbeit an einem LS so ungefähr durchgeführt wird. Da gibt’s das „Versuchsbrettchen“ mit den FW-Bauteilen, die für die Versuche umgeklemmt werden.

Die Entwicklung ging auch hier weiter und die PIEGA-Crew zeigte mir bei meinem Besuch im Juni 2024 die aktuelle Vorgehensweise. Ich kann, will und darf an der Stelle nicht zu tief einsteigen, welche Programme im Detail zum Einsatz kommen. Das geht dann doch zu sehr in die „Schräubchenkunde“ und alle Karten aus der Entwicklung werden natürlich auch nicht aufgedeckt.

Das „Brettchen“ gibt es nicht mehr. Stellt euch einfach einmal vor, ihr malt eine FW auf ein Blatt Papier und setzt dort die elektrischen Werte für die Spulen, Kondensatoren und Widerstände ein (ein Beispiel aus dem „Museum“). Diese Werte sind natürlich nicht frei erfunden, sondern sind in die vorgegebenen Rahmenbedingen eingebettet - Gehäusevolumen, die Parameter der Chassis (TSP) usw., usw.

Anstelle des Blattes nehmen wir aber den Computer, der diese Weiche 1 : 1 als „echt“ simulieren kann. Die Werte gehen letztlich vom Rechner in die Endstufen und von dort zu den Chassis. Vereinfacht ausgedrückt ist das ein aktives System mit externen Endstufen und simulierter Weiche. Aber immer mit dem Ziel, eine passive FW-Weiche in den Lautsprecher einzubauen. Die Simulation gibt aber nicht nur die Parameter an die Endstufen weiter, sondern zeigt in div. Diagrammen den errechneten Amplitudengang, Impedanzen, Phasenverhalten usw. an. Diese Diagramme decken sich nahezu komplett mit den Messungen im Raum. Man kann also schon bei der Parametereingabe der Weichensimulation in den Diagrammen sehen, wie sich die Veränderungen auswirken. Mit einiger Erfahrung kann der Konstrukteur sogar abschätzen, wie sich das anhören könnte.
Nicht nur das, der Entwickler kann mehrere Abstimmungen im Rechner abspeichern und somit auf Knopfdruck vergleichen. Tja, die Zeiten ändern sich, das Brett mit den Krokodilklemmen hat definitiv ausgedient….

Soweit so gut. Interessant ist natürlich, wie und ob sich überhaupt marginale Veränderungen der Weichenparameter in den Ohren auswirken. Vorweg: Die Bandbreite reicht von kaum bis gar nicht wahrnehmbar, bis hin zur kompletten Charakterveränderung.

Häufig benötigt man in der Entwicklung eine Referenz. Ob das jetzt ein Vorgängermodell, ein nächst größeres Modell, vielleicht sogar ein Konkurrenzprodukt ist, spielt erst einmal keine Rolle. Extrem wichtig ist, dass ein Pegelabgleich stattfindet. Und so wurde bei meinem Besuch dann auch oft das Mess-Mic zum Pegelabgleich eingesetzt. Daraus resultiert, dass in der Entwicklung eine ziemliche Materialschlacht stattfindet. Bei meinen Hörerlebnissen hieß das: Ein Notebook für die ganzen Software-Produkte (Medienwiedergabe, Weichensimulation, softwaregestützte Hardwareumschaltung mit Pegelabgleich), dahinter ein RME USB-Interface für die Verteilung der Kabelstrecken. Bei einem 3-Wege-Prototyp im Stereobetrieb sind 6 Endstufenkanäle für den Antrieb der Chassis im Einsatz, dazu kommt der Antrieb des Vergleichs-LS. In unserem Falle waren prof. PA-Amps für den Anschub der Prototypen verantwortlich, für die Vergleichs-LS stand die „dicke“ T&A-Kombi inkl. zusätzlicher Netzteile bereit. Ganz nebenbei liegen dann auch noch „einige Meter Kabel“ rum.

Die häufige Vorgehensweise des Handels - ein Verstärker, zwei oder drei Lautsprecherpaare und das LS-Kabel wird ohne Pegelabgleich einfach umgesteckt - führt zu falschen Ergebnissen.

Hier im Bildchen kann man zwischen den Kabeln die Endstufen erahnen. Dazu die Leitungen zur Informationsübertragung an die T&A-Kette.


Im Bassbereich sind die physikalischen Kenngrößen wie Gehäusevolumen oder Membranfläche/-masse und Arbeitsprinzip dermaßen gewichtig, dass minimale Veränderungen der Weichenparameter nur bedingt auffällig werden.

Ganz anders aber im Mittel- und Hochtonbereich. Hier reichen sehr kleine Veränderungen aus, um den klanglichen Charakter komplett zu verändern. Wenn z. B. im Frequenzbereich 750 – 1500 Hz (eine Oktave) der Pegel um ~1 - 2 dB verändert wird, ist das ein anderer Lautsprecher. Dabei ist diese Veränderung im errechneten Diagramm eventuell so gering, dass zwei unterschiedliche Diagramm-Linien das Prädikat „beinahe identisch“ bekommen würden.

Auch das Zusammenspiel der Chassis muss berücksichtigt werden, um am Ende ein homogenes, in sich geschlossenes Musikempfinden zu erzielen.
Nach dem Verändern der Weichenparameter mit den errechneten Diagrammen müssen auch die Ohren herhalten. Das haben wir bei meinem Besuch an zwei Prototypen gemacht, die sich an einer Premium 301 und einer Coax 611 beweisen mussten. Die Musikbandbreite reichte vom künstlichen Synthie-Gegrolle über zarte Frauenstimmchen oder röhrende Rockstimme bis hin zum brutalen Kickbass oder messerscharfe Bläserattacken.

Erstaunlich war dann wieder eine eher menschliche Eigenschaft bei den Hörchecks. Zwar waren die Unterschiede immer verifizierbar, aber sie wurden nicht selten anders präferiert. In einer leicht „trötigen“ Abstimmung eines Prototyps kam eine raue männliche Rockstimme richtig gut. Bei einer zarten Frauenstimme wurde mit der identischen Abstimmung aber „mit der Stirn gerunzelt“. Das hätte auch leicht ins „Nervige“ abdriften können. Also gilt es jetzt irgendwie einen Kompromiss zu schließen. Dieser beinhaltet demnach eine rein technische Linearität (der Messton) und die „empfundene musikalische Linearität“. Letztere kann nicht sauber erfasst werden, hier spielen auch persönliche Geschmacksrichtungen eine Rolle. Rockfans haben andere Ansichten als die Fans von klassischen Streichquartetten. Unabdingbar aber sind ein feines Gehör und das Wissen, wie sich insbesondere natürliche Instrumente oder Stimmen anhören sollten.

Bei den Abstimmarbeiten gilt natürlich auch, dass die Chassis durch besondere „Eigenheiten“ (z. B. Klirrverhalten oder auch dynamisches Verhalten) einen Klangeindruck erzielen, der durch die Weichenabstimmung beeinflusst werden kann.

Klitzekleines Beispiel: Ein Hochton-Chassis, welches einen höheren Klirr aufweist, kann bei linearer Auslegung im Hochtonbereich „scharf, spitz“ klingen. Also könnte an der Stelle über die Abstimmung das System etwas „gefälliger“ gestaltet werden. Der Fehler „Klirr“ bleibt aber weiterhin vorhanden und kann vielleicht bei hohem Pegel unangenehm auffallen.

Ist die gesamte Basis-Konstruktion mit sehr wenigen Fehlern belastet, ist es am Ende aber wieder so, dass die „musikalische Linearität“ und die messtechnische Linearität mit Messtönen wieder halbwegs im Einklang sind. „Halbwegs“ deshalb, weil die perfekte „techn. Linearität“ unter Umständen nicht immer zielführend ist. Ein Lautspecher für die wandnahe Aufstellung muss anders abgestimmt werden, als ein System für die freie Aufstellung.

Nicken nach den ganzen Versuchen irgendwann einmal alle zufrieden mit den Köpfen, geht der Schaltplan an den Weichenbauer, der Rest dürfte klar sein.

Jetzt könnte man dem Irrtum verfallen, dass es am Ende egal ist, welche Qualität das Gehäuse oder die Chassis haben. Es kann ja in der Weiche korrigiert werden. Nein, auf keinen Fall. Fehler in der Basis können nicht weggeregelt werden. Die Auswirkungen einer taumelnden Membran oder eines vibrierenden Gehäuses lassen sich nicht korrigieren. Im passiven LS schon mal gar nicht, in modernsten DSP-Systemen aber auch nur sehr bedingt. Und nicht selten ziehen extreme „Fehlerkorrekturen“ neue Probleme nach sich.

Es gibt ja einige Fans im Bereich der aktiven Lautsprecher, die fordern, dass die ganzen Parameter des Lautsprechers von ihnen verändert werden können. Von den erfahrenen Profis einmal abgesehen, kann ich nach den gemachten Erfahrungen davon nur abraten. Nehmen wir einmal an, PIEGA bietet diese Option in einem Aktiv-System an - hören wir dann einen PIEGA-LS oder hören wir einen „Max Mustermann“-LS? Wie können für Kaufinteressierte klangliche Aussagen über ein Produkt relevant werden, wenn jeder seine Abstimmung frei definieren kann?

Randbemerkung:
Gleichzeitig belegten die Hörversuche im „technischen Mikrokosmos“, dass selbst kleinste Veränderungen der FW-Technik sowohl messtechnisch als auch gehörmäßig immer im Einklang waren. Wie dann manche HiFi-Fans „deutliche Klangsteigerungen“ hören, die messtechnisch nicht einmal ansatzweise erkennbar, noch nicht einmal theoretisch erklärbar sind, ist einfach nur noch mit tiefem Glauben zu rechtfertigen, Stichwort: „bessere Sicherungen im Verteilerkasten“.

Die wahren Baustellen in unserer HiFi-Kette waren, bleiben und sind… Lautsprecher-Raum-Aufstellung..