In unserer Branche sagt man oft: „Ein linearer On-axis-Frequenzgang ist eine Bedingung für einen gut klingenden Lautsprecher – aber nicht die einzige.“
Gut, vielleicht hören Sie diesen Spruch gar nicht so oft, aber er ist trotzdem wahr! In dieser Ausgabe des Consultant Courier befassen wir uns mit dem Frequenzgang, der Hauptabstrahlrichtung sowie der Richtcharakteristik von Lautsprechern und mit den verschiedenen Arten, wie diese Daten dargestellt werden.
Die Richtcharakteristik beschreibt den Unterschied zwischen dem On-axis- und dem Off-axis-Verhalten eines Lautsprechers. Sie wird bei verschiedenen Frequenzen und Winkeln zur Hauptabstrahlrichtung sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Ebene des Lautsprechers gemessen. Bei Lautsprechern mit zwei oder mehr Wegen macht sich ein ungünstiges Off-axis-Verhalten oft am stärksten im Bereich der Trennfrequenz zwischen den Lautsprechern bemerkbar, da die Übergangsfrequenz typischerweise in der Mitte des Frequenzbereichs der menschlichen Stimme liegt – also dort, wo das Ohr am empfindlichsten ist.
Bei der Messung und Darstellung der Richtcharakteristik kommt es auf einige Variablen an: Sowohl die Frequenz, die Amplitude, der Off-axis-Winkel als auch die Ausrichtung des Lautsprechers spielen eine Rolle. Ein vollständiges Abbild der Richtcharakteristik eines Lautsprechers in einem einzigen Diagramm darzustellen, ist daher eine ziemliche Herausforderung. Im Folgenden werden wir uns einige Diagrammtypen ansehen, die zur Darstellung dieser Daten genutzt werden, um einen bestmöglichen Einblick in die Richtwirkung eines Lautsprechers zu bekommen.
Polardiagramme
Abbildung 1 zeigt eine der gebräuchlichsten Darstellungen der Richtcharakteristik: ein 360° -Polardiagramm. Das Verhältnis von Lautstärkepegel und Off-axis-Winkel wird für mehrere Frequenzen separat in einem polaren Raster dargestellt. In diesem Diagramm repräsentiert die schwarze, äußere Linie die polare Ansprache bei 500 Hz. Gemäß der Legende stehen die anderen Farben für höhere Frequenzen. 0 dB auf dem zweiten Kreis von außen repräsentiert den normalisierten Schalldruckpegel des Lautsprechers, der meistens (aber nicht immer) On-axis ist. Mit einem solchen Polardiagramm können wir die Off-axis-Messungen für eine Handvoll Frequenzen recht schnell bewerten, um mögliche Probleme zu erkennen.
Vorteile von Polardiagrammen:
- Das Verhältnis zwischen Lautstärkepegel und Off-axis-Winkel wird auf eine intuitive Weise dargestellt.
Nachteile:
- Um die Richtwirkung eines Lautsprechers über den gesamten hörbaren Bereich darzustellen, werden meist mehrere Diagramme benötigt. Wenn zu viele Frequenzen in einem einzigen Polardiagramm dargestellt werden, wird das Diagramm zu unübersichtlich, um noch aussagekräftig zu sein.
- Bei den üblichen Abständen von einer oder einer halben Oktave zwischen den gemessenen Frequenzen können schmalbandige Abweichungen verschleiert werden oder ganz verschwinden.
Off-axis-Frequenzgangdiagramm
Abbildung 2 zeigt eine andere verbreitete Darstellung der Richtcharakteristik von Lautsprechern. Der Frequenzgang in der Hauptabstrahlrichtung wird zusammen mit 10 in Intervallen von 10° gemessenen Off-axis-Kurven in einem Diagramm dargestellt. Die obige Abbildung zeigt die Polardiagramme für den QSC SR-5152 15 Zoll 2-Wege-Lautsprecher.
Der On-axis-Frequenzgang des Lautsprechers ist auf 0 dB normalisiert und die Y-Achse repräsentiert die Pegelabweichungen über und unter den normalisierten Schalldruckpegel. Es gehört zum normalen Verhalten jedes Lautsprechers, dass der Frequenzgang bei höheren Frequenzen gegenüber dem Off-axis-Winkel abnimmt (oberhalb der Frequenz, bei der der Lautsprecher im Wesentlichen omnidirektional arbeitet). Bei minderwertigen Lautsprechern treten große (> 4-6 dB) Abweichungen in einer oder mehreren der Off-axis-Kurven auf. Diese Abweichungen sind besonders hörbar, wenn sie im Bereich der menschlichen Stimme liegen.
Vorteile von Diagrammen, die den Frequenzgang in Abhängigkeit vom Off-axis-Winkel darstellen:
- Durch die Darstellung des Schalldruckpegels auf der dB-Skala und der Frequenz auf einer logarithmischen Skala ähneln diese Diagramme typischen Frequenzkurven.
Nachteile:
- Die polare Abdeckung wird weniger anschaulich visualisiert als in einem Polardiagramm.
Off-axis-Frequenzgangdiagramm – Wasserfall-Variante
Dieselben Daten, die in Abbildung 2 gezeigt werden, können auch in einem Wasserfalldiagramm dargestellt werden. In diesem Fall werden die Off-axis-Kurven auf der Z-Achse dargestellt und die Graphen sind in Abhängigkeit von der Amplitude schattiert. Es ist erkennbar, dass diese Darstellung die Daten oberhalb von 40° Es ist erkennbar, dass diese Darstellung die Daten oberhalb von 40° off-axis verdeckt. Dies kann problematisch sein, wenn der Lautsprecher kein symmetrisches Off-axis-Verhalten oberhalb von 0° aufweist.
Polare Karten
Der nächste Diagramm-Typ, die sogenannte polare Karte, ist im Grunde genommen eine Draufsicht von oben auf das Wasserfalldiagramm und veranschaulicht die Daten zur Richtcharakteristik sowohl für positive als auch für negative Off-axis-Winkel. Abbildung 4 zeigt eine polare Karte für den QSC SR-5152 15 Zoll 2-Wege-Lautsprecher, die auf den gleichen Daten wie Abbildung 2 basiert.
Eine polare Karte dient dazu, entweder die horizontale oder die vertikale Richtwirkung eines Lautsprechers für die vorderen 180° des Abdeckungsbereichs darzustellen. Die X-Achse zeigt den Off-axis-Winkel von -90° bis +90° , wobei die gerade, mit 0° bezeichnete Linie, die Hauptabstrahlrichtung des Lautsprechers markiert.
Auf der Y-Achse sind die Frequenzen auf einer logarithmischen Skala abgetragen. In einer polaren Karte repräsentieren Farben und Farbabstufungen den relativen Schalldruckpegel. In dieser Abbildung steht der weiße Bereich für den höchsten relativen SPL und der blaue Bereich für den geringsten. Außerdem zeigt der Bereich zwischen den grauen, gestrichelten Linien das Verhalten des Lautsprechers zwischen +30° und -30° neben der Hauptabstrahlrichtung.
Dieser Abdeckungsbereich wird oft als entscheidend für eine vorteilhafte Richtcharakteristik angesehen, da in diesem Bereich viele der Zuhörer vom direkten Schallsignal erreicht werden. Zudem verursacht der Schall, der in kleineren Winkeln neben der Hauptabstrahlrichtung abgestrahlt wird, viele der frühen Reflexionen, die die Zuhörer hören. Das direkte Signal und die frühen Reflexionen haben einen großen Einfluss darauf, wie die Zuhörer die Klangqualität wahrnehmen.
Dieser Abdeckungsbereich wird oft als entscheidend für eine vorteilhafte Richtcharakteristik angesehen, da in diesem Bereich viele der Zuhörer vom direkten Schallsignal erreicht werden. Zudem verursacht der Schall, der in kleineren Winkeln neben der Hauptabstrahlrichtung abgestrahlt wird, viele der frühen Reflexionen, die die Zuhörer hören. Das direkte Signal und die frühen Reflexionen haben einen großen Einfluss darauf, wie die Zuhörer die Klangqualität wahrnehmen.
Gezackt aussehende Frequenzkurven sollten generell vermieden werden – insbesondere solche, die im Bereich der Übergangsfrequenz schmaler und darüber breiter werden. Dies deutet in der Regel darauf hin, dass die Richtwirkungen des Tieftöners und des Hochtöners im Bereich der Übergangsfrequenz schlecht aufeinander abgestimmt sind. Kein EQ kann dieses Problem beheben, da sich eine Korrektur mittels EQ in der Hauptabstrahlrichtung negativ auf das Off-axis-Verhalten auswirkt.
Abbildung 5 zeigt die polare Karte für einen anderen Lautsprecher mit mindestens zwei gravierenden Problemen (zum Vergleich wurden die gleichen Markierungen wie in Abbildung 4 hinzugefügt). Die Richtwirkung wird im Bereich von 1 kHz bis 2 kHz erheblich schmaler, bevor sie im Bereich zwischen 3 kHz und 6 kHz deutlich breiter wird.
Zwischen 8 kHz und 16 kHz wird die Kontrolle über die Abstrahlung teilweise wiedererlangt, aber dann ist der Schaden bereits angerichtet. Bei 1,5 kHz wird die Richtwirkung auf +/-15° geschmälert. Dies legt nahe, dass die Trennfrequenz zum Hochtöner zu hoch ist und der Tieftöner gezwungen wird, weit oberhalb des Bereichs zu arbeiten, in dem er eine akzeptable Breite der Richtwirkung aufweist.
Die zweite Besonderheit knapp unter 4 kHz deutet auf ein Hochtonhorn hin, dessen Austrittsöffnung vertikal und horizontal zu klein bemessen ist, um eine gute Kontrolle über die Richtwirkung bis hinunter zur Trennfrequenz zu bieten.
Fazit
Obwohl dieser Artikel keinen umfassenden Blick auf alle Möglichkeiten zur Darstellung der Richtcharakteristik geben konnte, haben wir die gebräuchlichsten Diagramme vorgestellt, die in den Datenblättern der meisten Lautsprecher verwendet werden. Jedes der gezeigten Diagramme kann wertvolle Informationen über das Verhalten eines Lautsprechers liefern. Jedoch erscheint die polare Karte am besten geeignet, hörbare Abweichungen hervorzuheben, die in den anderen Diagrammen nicht so offensichtlich sind.
Auch zeigt dieser Diagrammtyp deutlich, wenn ein Lautsprecher eine gut kontrollierte Richtcharakteristik über den gesamten Frequenzbereich aufweist. Es lohnt sich also, sich mit dem Lesen polarer Karten zu befassen, da Sie aus ihnen viele Informationen über einen Lautsprecher gewinnen können.