Transmissonline Messungen

Transmission Line – Messung & Klang – LePremier AMR-TL

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Im letzten Blog wurde über die Finalisierung der Gehäuse berichtet. Für die Innenverkabelung wurde QED Silver Anniversary XT aus der Reference Serie verwendet. Mit diesem Typ Kabel habe ich klanglich sehr gute Erfahrungen in vergangenen Projekten (NFM4C, Uumpf!) gemacht. Für das Terminal wurden Polklemmen aus der nextgen Serie von WBT verwendet, um ebenfalls kompromisslos beim Anschluss zu sein.

Nach der Verkabelung und Montage der Chassis und Terminals wurden erste Funktionsmessungen durchgeführt, um festzustellen, ob alle Chassis einwandfrei funktionieren. Danach wurde die Frequenzweiche nach den vorhergehenden Probeboxen fertigentwickelt.

Aktivtechnologie mit DSP

In diesem Projekt wurde keine Passiv-, sondern eine Aktivweiche verwendet. Um dies zu realisieren wurden die Aktivelektronik und P6 Verstärker von Hifiakademie verwendet. In der Aktivregelung kommt ein integrierter Digital Signal Prozessor (DSP) zum Einsatz. Die Verstärker sind nicht im Lautsprechergehäuse integriert, so dass sie für weitere Projekte modular eingesetzt werden können. Die Verstärker können flexibel für aktive und passive Lautsprecher verwendet werden. Man muss dies einfach in der DSP Modulsoftware entsprechend einstellen und auf die Verstärker mit dem DSP übertragen. Klanglich bin ich mit den Verstärkern sehr zufrieden, welche gegenüber anderen hochwertigen Verstärkern ebenbürtig sind.

Mit der DSP Software des gleichnamigen Herstellers kann man auf seinem PC/Notebook sehr komfortabel die exportierten Daten aus dem Clio Messsystem von Hochton- und Basschassis importieren und visuell die Veränderungen der programmierten Weiche nachvollziehen. Bei einer Kontrollmessung erhält man exakt die selben Ergebnisse wie die Simulation der Software mit dem DSP angibt. Der Umgang mit einer solchen Aktivtechnologie ermöglicht eine Flexibilität und Geschwindigkeit in der Entwicklung und Anpassung des Frequenzgangs, welche bei der passiven Frequenzweiche nicht möglich ist.

Zusätzlich kann man bei vorhandenem Messequipment im Hörraum die vorhanden Raummoden im Bass herausfiltern, welches dem Klangbild zu Gute kommt.

Beim DSP habe ich die Variante gewählt, dass die Ansteuerung digital erfolgt, also ohne vorherige analoge/digitale Wandlung . Der grosse Vorteil ist, dass Musik, welche digital geliefert wird, nicht nochmals gewandelt wird. Bei analoger Musik, wie zum Beispiel bei einem Plattenspieler, wird nur noch ein Analog/Digitalwandler benötigt und nicht wie oft mehrfach gewandelt.

DSP Programmierung mit Beispiel Bass
Programmierung der Frequenzweicht mit DSP Modul am Bass

Am Beispiel vom Bass stelle ich grafisch den Einsatz der Aktivweiche vor. Auf die detaillierten Einstellungen und Programmierung der Filter gehe ich in diesem Blog nicht ein. Von den drei Frequenzabbildungen mit dem DSP Modul erkennt man auf der Linken den Frequenzgang (blau) und Phase (grün) des Keramikbasses von 1 m Entfernung, welche ab 250 Hertz zu berücksichtigen ist. In der mittleren Abbildung erkennt man den alten Frequenzgang (hellblau) und den Filterverlauf des DSP Moduls (grün), welches den bereinigten, korrigierten Frequenzgang (blau) ergibt. Die rechte Abbildung zeigt den fertigen Frequenzgang (blau) und Phase (grün) des Basschassis. Der Frequenzgang ist linear, die Membranresonanz oberhalb von 3 kHz ist eliminiert und der Phasengang ist ausgeglichen.

Frequenzgangmessungen

Herausragend linearer Frequenzgang und Ausschwingverhalten
Herausragend linearer Frequenzgang und Ausschwingverhalten

Das Ergebnis lässt sich sehen. Einen solch linearen Frequenzgang, wie man in der oberen linken Messung sieht, ist einfach nur beeindruckend. Insbesondere, wenn man rechts das 3D-Modell des Wasserfallspektrums ansieht, bei der im Hörbereich keine störenden Resonanzen erkennbar sind. Das extrem kurze Ausschwingverhalten des Hochtöners wird vom Tiefton übernommen. Dies lässt die Erwartung zu, dass der Übergang zwischen den Chassis harmonisch sein wird. Zusätzlich zeigt der Frequenzgang, welcher hier ab 250 Hz dargestellt wird, dass der Bass im Grundtonbereich bis zur Übergabe an den Hochtöner keine störenden Artefakte der typischen Transmissionline aufzeigt. Das Fuzzy-Konzept in Transmissionline und die gezielte Bedämpfung, welche ich in vorangehenden Blogs bereits aufgezeigt habe, zeigt im finalen und angepassten Gehäuse sehr erfolgreich seine Wirkung. Korrekturen mit dem DSP waren nicht notwendig.

Die Trennung zwischen Bass und Hochtonbereich ist bei niedrigen 1800 Hertz mit 18 dB / Oktave. Dieser grosse Bändchenhochtöner hat die seltene Eigenschaft, dass er mit kleinsten Verzerrungen bereits sehr niedrig ankoppelbar ist. Zwischen 10 kHz und 13 kHz benötigt er eine Korrektur, um eine kleine aber hörbare Erhöhung zu korrigieren.

Erste Höreindrücke & Anpassungen

Und wie hört sich ein solcher perfekter Frequenzgang an, wo alle anderen messbaren Faktoren ebenfalls nur Begeisterung wecken? Es ist einfach alles da: extrem klar, luftig, warmer und straffer Bass. Stimmen wirken so real, dass es nach einer Weile zu intensiv wird. Also doch nicht perfekt? Richtig!

Linear bei 0 Grad, hörbare Interferenzen bei 30 Grad und harmonische Anpassung
Linear bei 0 Grad, hörbare Interferenzen bei 30 Grad und harmonische Anpassung

Der Grund dafür liegt in der Gehäusegeometrie und der linearen Frequenzabstimmung. Obwohl wir keine scharfen bzw. eckigen Gehäusekanten haben, sondern 45 Grad abgewinkelt, um Interferenzen der Kanten zu minimieren, ist die Dimension der abgeschrägten Kante zu klein. Dies kann man am mittleren Bild erkennen. Zum linearen Frequenzgang bei der 0 Grad Messung (rot) ist die Messung bei 30 Grad (grün) hinzugefügt worden. Und hier erkennt man, warum Stimmen im oberen Bereich zu eifrig bzw. überbetont werden. Zwischen 1900 bis 3900 Hertz erkennt man ein Buckel von bis zu 2.5 dB. Diese Interferenzen, welche durch die Gehäusekanten entstehen, sind der Grund für das beschriebene Klangverhalten. Die Frequenzgangmessung ist nicht nur bei 0 Grad wichtig, sondern auch im typischen Hörbereich bis ca. 30 Grad. Wichtig ist zu wissen, dass das Ohr auf eine Überbetonung viel empfindlicher reagiert als umgekehrt. Fehlendes hört man nicht oder vermisst es, wenn man es gut kennt und das Gehirn nicht kompensieren kann. Aber zu viel des Guten wirkt störend und kann sogar den Rest des Klangspektrums überdecken.

Mit dem DSP wurde nun der lineare Klang in diesem Frequenzbereich abgeschwächt, so dass die Auslöschung durch die Kantenreflexion bei 0 Grad erkennbar wird. Im unteren rechten Bild erkennt man, den neuen Frequenzgang von 0 und 30 Grad. Nun sollte die zu intensive Stimmbetonung weg sein. Der Klangtest bestätigt, das die Stimmen jetzt natürlich und unangestrengt klingen. Es ist weiterhin alles klar und die Musik gewinnt zusätzlich an Detailreichtum und Ortbarkeit. Der Bass wirkt sogar noch straffer und gibt dem Klangbild zusätzliche Struktur. Die Bühnenausleuchtung und Ortung der einzelnen Instrumente hat nochmals deutlich zugenommen und geht über die Boxen hinaus.

Klangeindrücke

Es ist wie, als würden man die Leinen loslassen und Musik flutet den Raum. Eine Musikkonserve nach der anderen wird aufgelegt und es macht einfach unglaublich viel Spass Musik zu geniessen. So unangestrengt schön und emotional kann Musik klingen. Das Fuzzy Konzept mit der Transmissionline (von Hobby HiFi entwickelt) geht bei meinen konstruierten Lautsprechern voll auf und zeigt wie gut Bass klingen kann. Das Keramik Chassis von Accouton beweist sein Klasse als Bass in einer Transmissionline. Der Bass geht tief und ist unglaublich straff, so dass die verschiedenen Schattierung der Musik auch im Tiefton klar ersichtlich sind und das Klanggeschehen ganzheitlich erscheinen lässt. Die Dynamik ist begeisternd und die Bassstrukturen bleiben auch dann erhalten, wenn man mit forcierter Lautstärke hört. Aber das muss man nicht, denn auch beim Leisehören steht die Musikbühne da. Der Übergang vom Keramikbass zum Bändchenhochtöner von Fountek gelingt nahtlos und ergänzt es zu einem harmonischen Klangbild. Wenn man diesen Bändchenhöchtöner zu beschreiben versucht, dann fällt auf, dass alles so leicht und natürlich klingt. Damit dieser Hochtöner seine Ausnahmeerscheinung zeigen kann, ist die Entzerrung im bereits erwähnten Bereich notwendig und dann scheint keine Limitation vorhanden zu sein.

LePremier AMR-TL
LePremier AMR-TL

Zusammenfassung

In diesem Projekt wurde zugebenermassen nur allerfeinste Hardware ausgesucht. Trotz der bereits sehr vielen realisierten Projekte habe ich bei diesem Vorhaben vieles davon zum ersten Mal angewendet und ausprobiert. Es ist innovativ, risikobehaftet und benötigt eine Portion Courage. Der Einsatz und das zugrundeliegende Konzept mit der Fuzzy Transmissionline, in Kombination mit diesen beiden Chassis und der Einsatz der Aktivtechnologie muss dabei auch noch gelingen. Und neben den Berechnungen blieb es ja nicht nur bei der Konstruktion von einem Gehäuse, der unterschiedlichen Möglichkeiten der Bedämpfung und vieles mehr. Der Aufwand war hoch, Geduld und Mut wurden belohnt. Diese Lautsprecher gehören zu meinen Referenzlautsprechern. Sie zeigen auf wie Musik begeisternd natürlich klingen kann und wie das Aktiv- und TL-Konzept aufgeht. Diese aktiven Lautsprecher sind eine Alternative zu ausgezeichneten Passivlautsprechern, die ich ebenfalls schätze und entwickelt habe. Die Lautsprecher sehen mit dem europäischen Nussbaumfurnier zudem schick aus. Ein Hör-, Seh- und Anfasserlebnis. The Listening Experience!

Diese Lautsprecher erhalten deshalb die Namensgebung: LePremier AMR-TL (Active Master Rozek – Transmission Line).

Transmission Line Standlautsprecher

Transmission Line – Projekt – Finales Gehäuse

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Es ist über ein halbes Jahr her, als ich über dieses äusserst interessante Projekt berichtet habe. Zuletzt habe ich aufgezeigt wie die störenden Kammfiltereffekte reduziert werden können.

Mit dem neuen Gehäuse wurden einige Korrekturen und Änderungen durchgeführt. Das Gehäuse ist etwas grösser geworden, um hinter dem Hochtöner dem Luftstrom mehr Raum zu geben. Der Hochtöner hat ein sehr grosses Gehäuse, welches weit nach hinten reicht. Im Testgehäuse, welches mit Schrauben auseinandergenommen werden konnte, wurde dieser mögliche negative Effekt festgestellt. Dadurch musste die Konstruktion der TL neu berechnet werden und hatte Einfluss auf die Gehäusegrösse. Bei einer Transmission Line kann man ohne weiteres das Gehäuse noch grösser machen aber es ist die Kunst die Proportionen trotzdem in einem vernünftigen sowie wohnraumfreundlichen Rahmen zu halten.

Da es sich um die finalen Gehäuse handelt, wurde neu Birkensperrholz eingesetzt, mit europäischem Nussbaum furniert und anschliessend geölt. Die Fräsungen für die Lautsprecherchassis und Terminals wurden teilweise mit Schablonen millimetergenau durchgeführt. Für die Verkabelung wurde sehr hochwertiges Material verwendet, welches durch die Konstruktion eine gute Schirmung aufweist. Die Bedämpfung wurde mit verschiedenen Materialien an dedizierten Orten im Gehäuse ebenfalls mit Sorgfalt platziert, da sie bei einer Transmission Line einen grossen klanglichen Einfluss haben.

Die Kabel wurden für die Anschlüsse an die Terminals und Lautsprecherchassis beschriftet und vorbereitet. Schrittweise werden jetzt die Chassis montiert. Demnächst kommt der Moment, wo die ersten Messungen stattfinden werden sowie das Design des Frequenzgangs.

Philips Audio Monitor

Projekt PM – Teil 3

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Während den letzten Sommermonaten haben Philip und ich die Boxen zusammen verleimt und geschliffen. Danach wurden die Frequenzweichen montiert, das Dämpfungsmaterial integriert und nach der Grundierung mehrere Lagen an weisser Farbe aufgetragen und dazwischen geschliffen. In den letzten Schritten wurden die Lautsprecher-Chassis sorgfältig mit den Kabeln verlötet und in die Gehäuse verschraubt.

Abschliessend wurden die Lautsprecher angeschlossen und einem ausführlichen Test unterzogen. Die Gesichter sind zufrieden. Es baut sich eine schöne und weite Bühne über die Boxen hinaus auf. Die Musik wirkt räumlich, Stimmen absolut real und der Bass ist tief, straff und voller Energie. Ob Jazz, Pop, House oder Klassik, die Lautsprecher mögen jede Art von Musikmaterial. Damit macht es Spass zu hören.

NFM Prototyp

Near Field Monitor – Teil 2

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Inzwischen wurden die Testgehäuse gebaut, verschiedenes Dämm- und Bedämpfungsmaterial nach Mass geschnitten und in den Gehäusen individuell für Bass und Mittelton installiert. Nachdem die Chassis installiert waren, wurden initiale Messungen von jedem Chassis durchgeführt.

Es wurden Nahfeldmessungen durchgeführt sowie aus einem Meter Distanz in unterschiedlichen Winkeln von 0 bis 30 Grad. Dadurch kann man das Verhalten der Chassis kennen lernen und die Reflektionen durch das Gehäuse, welche Erhöhung und Auslöschung von Frequenzanteilen hervorbringen. Das Wasserfallspektrum zeigt für alle Chassis ein äusserst schnelles, gleichmässiges Ausschwingen der Chassis, welche ohne Resonanzen ist.

Mit diesen Erkenntnissen wurden nun die Frequenzweichen entwickelt. Es wurde sehr viel Aufwand in die Entwicklung investiert. Mehrere Filtertopologien wurden ausprobiert. Das Resultat ist, dass zwischen Bass und Mittelton 12 dB Filter zum Einsatz kommen und zwischen Mittel- und Hochton 18 dB das gewünschte Ergebnis abliefern. Nicht nur im Frequenzgang unter unterschiedlichen Winkeln ist das Ergebnis sehenswert, sondern auch klanglich. 31 Hz (-6 dB) werden im Bass geschlossen erreicht und der sehr ebene Frequenzgang geht locker über 30 kHz.

Und wie klingt es? Man probiert verschiedenste Musik aus wie Klassik, Pop, House, Blues, Jazz usw. und hört nicht auf zu hören, weil man die Musik neu entdeckt. Stimmen bzw. die Personen stehen vor einem als seien sie real. Der Raum öffnet sich von den Boxen nach hinten. Tiefe Bässe erhalten eine feine Struktur und schweben im Raum. Man erkennt wie die Musik abgemischt wurde.

Die Prototypen wurden durch den zukünftigen Besitzer in mehreren Hör-Sessions mit seinen hervorragenden Röhrenendstufen von Vacuum State und eigenen Aufnahmen aus dem Tonstudio getestet. „Es hört sich wie ein PA an aber ich höre keine Verfärbung … es klingt so schön und natürlich“ waren Kommentare, welche das Go geben, um die finalen Boxen zu bauen. Dazu gehören auch auf Mass gefertigte Boxenständer.

NFM Prototyp

Near Field Monitor

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Bei der Entwicklung eines Lautsprechers geht man immer Kompromisse ein. Nahfeld Monitoren sind bekannt, dass sie im Klang ehrlich sein sollen, nichts verschönern, beziehungsweise das Haar in der Suppe aufzeigen. Das hört sich nach kompromisslos an. Ist das überhaupt möglich?

Bei einem Nahfeld Monitor hört man aus geringer Entfernung, um Raumreflexionen möglichst zu vermeiden. Der Höreindruck wird dadurch weniger beeinflusst und ist direkt. Bei einem Abstand von ca. einem Meter oder kürzer ist natürlich ein Breitbänder ausgezeichnet. Aber dieser schafft es weder nach ganz unten, in die tiefen Frequenzen und oft auch nicht bis in die allerhöchsten Höhen mit exzellenter Linearität. Das ist der Anspruch, den man bei Nahfeld Monitoren hat. Ein Zweiweglautsprecher ist da schon viel besser. Die Höhen schafft er locker und linear. Inzwischen gibt es auch Chassis, welche sich niedrig ankoppeln lassen und dadurch ein harmonisches Tonbild aus kurzer Distanz abgeben können. Aber für standesgemässe Dynamik im Tiefbass fehlt es dann meistens doch.

Bei einem klassischen Dreiweglautsprecher, wo die Chassis vertikal ausgerichtet sind, ist die Schwierigkeit, dass die Entfernung der Chassis zueinander zu gross ist, um bereits aus kurzer Distanz ein harmonisches Klangbild zu produzieren. Wenn man aber die Anordnung ändert, zum Beispiel den Bass auf der Seite und nebenan den Mittel- und Hochton vertikal platziert, dann sind alle Chassis möglichst nah beieinander. Das sieht vielleicht ein bisschen Retro im Regalboxenformat aus, hat aber unbestreitbare Vorteile, dass man ein harmonisches Klangbild bereits aus kurzer Entfernung bilden kann. Und wenn dann der Bass nicht in Bodennähe ist, sondern erhöht, dann profitiert man von weniger unmittelbaren Reflexionen. Man profitiert von einem direkten Klang, welcher so wenig wie möglich von Raumreflexionen beeinflusst ist. Die standesgemässe Dynamik und ein linearer Frequenzgang von 30 Hz bis 30 kHz sollte jetzt möglich sein, da jedes Chassis seine Stärken ausspielen kann. Damit wären wir beim kompromisslosen Lautsprecher. Ausser, dass solche Lautsprecher sehr viel aufwändiger sind zu konstruieren und mehr kosten.

Das macht den Reiz aus: im Klang einen kompromisslosen Near Field Monitor für ein Tonstudio zu bauen. Ein erster Prototyp ist im Bau.

Transmission Line – Projekt – Kammfilter

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Mittlerweile sind die Messungen mit dem ersten Probegehäuse durchgeführt worden. Die grundsätzliche Konstruktion und die gezielte Bedämpfung zeigen ihre Wirkung wie sie in der Simulation berechnet wurden.

Eines der primären Ziele bei einer Transmission Line ist es, dass die klang-schädlichen Auslöschungen und Spitzen im Frequenzgang, auch als kammfilterartiges Verhalten beschrieben, reduziert werden. Dieses Verhalten ist besonders im Bass omnipräsent. Auf den Bildern erkennt man von links nach rechts drei Simulationen und zwei Messungen: Bild 1 zeigt eine Transmissionline, wo der Treiber am Anfang der Line steht und die ganze Länge bis zur Mündung genutzt wird. Der Einbruch des Kamms ist bei 200 Hz, breitbandig und hat eine Wirkung von fast 20 dB.

TL Projekt erste Simulationen und Messungen
TL Projekt erste Simulationen und Messungen

Bild 2 zeigt eine neue Simulation, wo der Bass Treiber nach dem ersten Drittel der Line positioniert wird. Gegenüber vorher erkennt man, dass der Kamm sich in höhere Frequenzen verschoben hat und schmalbandiger wurde. Die nächsten beiden Kämme sind ebenfalls reduziert worden.

Bei Bild 3 wird die selbe Position des Treibers wie vorher beibehalten und an einer berechneten Stelle ein interner Helmholtz-Absorber für den tiefsten Kamm hinzugefügt und mit der Dämpfung gespielt. Man erkennt, dass die Ausprägung des Kamms im Bass- und Grundton wesentlich reduziert werden konnte.

Die Bilder 4 und 5 zeigen die gemessenen Resultate mit dem Probegehäuse ab 100 Hz. Einmal ohne sowie mit einem ersten Entwurf einer Frequenzweiche. Bedingt durch die Aussenmasse des Gehäuses kann man in Bild 4 sehr gut die leichte Erhöhung zu den höheren Frequenzen (Baffle Step) erkennen. Man sieht aber auch, dass der interne Helmholtz-Absorber im Bass seine Wirkung nicht verfehlt hat und die gezielte Dämpfung der kammfilterartigen Übertragung auf ein Minimum reduziert werden konnte. Die aufwändigen Tests sind erfolgreich abgeschlossen worden und verbesserte Gehäuse werden gebaut.