Flächenstrahler

[yawg]

Membranmasse hat weiterhin nichts, aber auch überhaupt nichts mit Verzerrungen zu tun.
Weder nichtlineare noch lineare (zwischen denen man sauber unterscheiden sollte).

Aua! Wem willst Du das denn weismachen?
Masse hat alles mit Ein- und Ausschwingen zu tun, schau Dir mal die Impulsantwort eines Verstärkers an und dann die Antwort einer LS-Membran! Schon mal was von "Überschwingern" gehört?

Höhere Masse => steifere Membran => weniger Partialschwingungen

Daran wird sich nie was ändern. Eine schwerere Membran ist bei Lautsprechern mit nichtflächigem Antrieb besser. Es gibt weniger Partialschwingungen, die Resonanzfrequenz sinkt auch, so daß die Wiedergabe auch nach unten erweitert wird.
Nachteil: Wirkungsgrad und maximale Lautstärke sinken.

Wenn ich bei einem Projektor das 80 mm-Objektiv durch ein 135 mm-Objektiv ersetze, wird das Bild kleiner oder größer?

Höhere Masse > langsameres Einschwingen und langsameres Ausschwingen! Und das sind SEHR relevante Verzerrungen!

Wir reden hier doch vom VORTEIL des Flächenstrahlers, der über die gesamte Fläche angetrieben wird und damit keine steife Membran nötig hat, also perfekt arbeitet mit einer superleichten Membran, die fast masselos ist und damit bestes Ein/Ausschwingverhalten hat.

Klar, daß ein Kolbenlautsprecher eine schwere Membran braucht, weil er nur an einer Seite angetrieben wird und deshalb so steif wie möglich sein muß! Der Kolben-LS hat immer das Dilemma, so leicht wie möglich sein zu müssen, ABER AUCH so steif wie möglich. DAS ist auch sein großer Nachteil.

Gruß, Jörg.

[Frank Klemm]

Aua! Wem willst Du das denn weismachen?

Masse hat alles mit Ein- und Ausschwingen zu tun, schau Dir mal die Impulsantwort eines Verstärkers an und dann die Antwort einer LS-Membran! Schon mal was von "Überschwingern" gehört?

Höhere Masse => steifere Membran => weniger Partialschwingungen

Daran wird sich nie was ändern. Eine schwerere Membran ist bei Lautsprechern mit nichtflächigem Antrieb besser. Es gibt weniger Partialschwingungen, die Resonanzfrequenz sinkt auch, so daß die Wiedergabe auch nach unten erweitert wird.
Nachteil: Wirkungsgrad und maximale Lautstärke sinken.

Wenn ich bei einem Projektor das 80 mm-Objektiv durch ein 135 mm-Objektiv ersetze, wird das Bild kleiner oder größer?

Höhere Masse > langsameres Einschwingen und langsameres Ausschwingen! Und das sind SEHR relevante Verzerrungen!

Das klingt zwar für den laien plausibel, ist aber 100% falsch. Eine schwerere Membran schwingt schneller ein. Sie ist steifer. Erregungen der Schwingspule breiten sich schneller auf der Membran aus. Je dünner, um so langsamer
breiten sich die Schwingungen aus. Dünne Folien machen, was wie wollen, bei ihnen kann man NUR noch Flächenantriebe verwenden, wenn man partialschwingungsarme Wandler haben möchte.

Wir reden hier doch vom VORTEIL des Flächenstrahlers, der über die gesamte Fläche angetrieben wird und damit keine steife Membran nötig hat, also perfekt arbeitet mit einer superleichten Membran, die fast masselos ist und damit bestes Ein/Ausschwingverhalten hat. :roll:

Auch Flächenstrahler haben Partialschwingungen. Sobald Du Folien mit Metallbahnen verwendest, hast Du keinen Flächenantrieb mehr. Zwischen den Metallbahnen macht die Folie ziemlich böse Dinge, da sie weder innere Steifheit hat (dünn) noch durch ihre Form (keine Krümmung) irgendwas zu bieten hat.
Das ganze kann man sich schön interferometrisch ansehen, es sieht häufig deutlich schlechter als bei Kalottenhochtönern aus.

Auch im Tieftonbereich gibt es Partialschwingungen, die durch den unterschiedlichen Strahlungswiderstand von Innenbereichen und Randbereichen hervorgerufen werden.

Klar, daß ein Kolbenlautsprecher eine schwere Membran braucht, weil er nur an einer Seite angetrieben wird und deshalb so steif wie möglich sein muß! Der Kolben-LS hat immer das Dilemma, so leicht wie möglich sein zu müssen, ABER AUCH so steif wie möglich. DAS ist auch sein großer Nachteil.

Ich bestätige Dir hiermit eine erfolgreiche Gehirnwäsche der Audio-Industrie.

[OL-DIE]

Auch Flächenstrahler haben Partialschwingungen. ...
Das Ganze kann man sich schön interferometrisch ansehen, es sieht häufig deutlich schlechter als bei Kalottenhochtönern aus.

Hallo Frank Klemm,

ich bitte um Entschuldigung, wenn ich mich an dieser Stelle zu Wort melde, aber mich interessiert folgendes:
Wie stehst du zu dem Einsatz von Kalottenhochtönern im HiFi-Bereich? Bist du der Meinung, man könne die Partialschwingungen der Kalottenhochtöner wahrnehmen? Wenn ja, nur bei höheren Pegeln? Ist dieser Effekt verwandt mit dem sogenannten "Domkippen" der Kalotten? Ist deiner Meinung nach der Einsatz von mehreren Kalottenhochtönern sinnvoll (Lastverteilung, Rundumstrahlung bei den früheren Nubert-Pyramiden?)

Ich bitte nochmals meine Kettenfragen zu entschuldigen, aber vielleicht darf ich auf deine Antwort(en) hoffen.

Danke im Voraus und Gruß

OL-DIE

[Frank Klemm]

Auch Flächenstrahler haben Partialschwingungen. ...
Das Ganze kann man sich schön interferometrisch ansehen, es sieht häufig deutlich schlechter als bei Kalottenhochtönern aus.

Wie stehst du zu dem Einsatz von Kalottenhochtönern im HiFi-Bereich?

Es sind kostengünstige und hochwertige Wandler damit realisierbar.

Bist du der Meinung, man könne die Partialschwingungen der Kalottenhochtöner wahrnehmen?

Partialschwingungen haben mehrere Effekte. Zum einen eine tendenziell breitbandige Absenkungen des Frequenzganges durch Reduktion der effektiven Membranfläche.
Zum anderen Ausbildung von Feinstrukturen im Frequenzgang und Abstrahlverhalten.
Letzteres ist hörbar, wenn es unterhalb etwa 8...10 kHz auftritt. Mit modernen Kalotten im Bereich 20...30 mm Schwingspulendurchmesser läßt es sich erreichen, daß ausgeprägte Partialschwingungen, die zu solchen Feinstrukturen führen, erst oberhalb oder sogar weit oberhalb dieser kritischen Frequenz auftreten.

Wenn ja, nur bei höheren Pegeln?

Die Effekte sind weitgehend pegelunabhängig. Bei Metallmembranen befindet man sich noch mehrere Größenordnungen unterhalb der Grenze, an der nichtlineare Verformungen oder gar plastische Verformungen auftreten. Bei Textilmembranen kenne ich mich nicht aus.
Ich vermute aber auch keine Probleme.

Ist dieser Effekt verwandt mit dem sogenannten "Domkippen" der Kalotten?

Unter Dome-Kippen verstehe ich, daß die Mitte der Kalotte invers zur Schwingspule bewegt.
Es handelt sich dabei um Partialschwingungen. Diese bewirkt eine deutliche Reduktion des Amplitudenfrequenzgangs, meist kompensiert sie aber erst mal den sonst auftretenden Anstieg des Frequenzganges durch Bündlungseffekte. Ab wann die wesentlich kritischeren Feinstrukturen auftreten, hängt von vielen anderen Konstruktionsmerkmalen ab wie innere Dämpfung der Membran, Dämpfung der Sicke etc.

Durch moderne Entwurfswerkzeuge sind hier sehr große Erfolge der "Zähmung" zu verzeichnen.
Deutlicher als bei Hochtönern sind diese bei Tiefmitteltönern zu sehen. Vor 20 Jahren hätte man einen 20 cm-Tieftöner nie bis 3 kHz betreiben können, heutzutage ist das bei 2-Wege-Konstruktionen ziemlich üblich.

Ist deiner Meinung nach der Einsatz von mehreren Kalottenhochtönern sinnvoll (Lastverteilung, Rundumstrahlung bei den früheren Nubert-Pyramiden?)

Das hängt von den Zielen ab. Für eine präzise Ortung ist das abträglich, für eine diffuse Raumbeschallung ist das dagegen sinnvoll. Bei Einsatz mehrerer Wandler sollten diese allerdings weit auseinander sein, damit Interferenzen nicht zu breitbandigen Verfärbungen führen. Bei Einsatz ab 2 kHz sollte das was zwischen 30 und 100 cm sein,
genaueres läßt sich nur durch eine Simulations bestimmen, bei der dann auch Abstrahlungverhalten berücksichtigt wird.

Zur Beschallung von Zeiss-Planetarien werden auch Rundstrahler eingesetzt.

[OL-DIE]

Hallo Frank Klemm,

vielen Dank für deine hochinteressanten und informativen Antworten. Es ist nicht selbstverständlich, dass jemand derartig präzise auf den Punkt kommt wie du. Kompliment!

Gruß
OL-DIE

[G. Nubert]

Hallo "Forum und Jörg",

Jörg hat früher in Schwäbisch Gmünd gelebt und wir kennen uns, wie er schon geschrieben hat, seit 30 Jahren.

Vor einem Jahr habe ich ihm meine Sicht und "Philosophie" über Flächenstrahler per e-mail geschickt.

Dieser Text könnte vielleicht die fundierten Aussagen von Malte und Frank Klemm ergänzen. - Gleichzeitig stellt er eine "Art Versöhnung" zwischen den unterschiedlichen Sichtweisen dar.
HiFi soll ja "schön sein" und "Spaß machen"! - Erlaubt ist, was gefällt!

Hallo,
wir haben ab und zu Anfragen von Kunden, die entweder einen Flächenstrahler besitzen, oder sich für Flächenstrahler im Vergleich zu "konventionellen" Lautsprechern interessieren.

Nachfolgend der Text, der seit einigen Jahren die Basis meiner Antworten auf diese oder ähnliche Fragen darstellt (wird ab und zu geringfügig erweitert):

------------------
High-End-Hörvergleiche / Flächenstrahler

Wir hören in unterschiedlich zusammengesetzten Personen-Gruppen seit den frühen 70er Jahren immer wieder auch Flächenstrahler und haben einige davon sehr exakt unter die Lupe genommen.
Martin Logan, Magneplanar, Quad und manche andere Flächenstrahler klingen oft eindrucksvoll, sind jedoch relativ aufstellungskritisch. Das Hörempfinden verschiedener Menschen reagiert darauf von "absolut unerreicht" bis "eher enttäuschend".
Weil sich bei leichten Dipol-Membranen Veränderungen des Strahlungswiderstandes durch Rückwand-Reflexionen des Raumes wesentlich stärker bemerkbar machen als bei dynamischen Chassis, gibt es häufig (auch im Nahfeld) deutliche Beeinflussungen im Amplituden-Verlauf über der Frequenz und damit immer wieder unvorhersehbares Verzerrungsverhalten bei größeren Lautstärken; - manchmal auch deutliches "Mitsurren" der Membranen durch benachbarte Subwoofer.
Es gibt nur wenige Flächenstrahler, mit denen man wirklich "Live-Lautstärken" erreichen kann. Bei manchen von uns geprüften Modellen betrug der Wirkungsgrad weniger als 82 dB / 1 W / 1 m. Das heißt, man benötigt damit Verstärker mit der drei- bis vierfachen Leistung gegenüber konventionellen Lautsprechern. - Diese hohe Leistung wird aber meist nicht zuverlässig beherrscht.
Andere Modelle hatten ein Impedanz-Minimum von knapp über 1 Ohm, - verlangen also sehr laststabile Verstärker.

Einige Instrumente und z.B. Sopran-Stimmen erscheinen oft vertikal "überdehnt", - werden also "zu groß" abgebildet.

Andererseits regt ein gut aufgestellter Flächenstrahler durch seine Dipol-Abstrahlcharakteristik im unteren Mittenbereich den Raum weniger zu "Lateral- und Vertikal-Moden" (also stehende Wellen "quer" oder "vertikal" im Raum) an, was in manchen weniger bedämpften Räumen angenehmer klingen kann.

Insofern kann man nicht leicht vorhersagen, ob man mit einer sehr guten "konventionell bestückten" Lautsprecherbox glücklicher wird.

Messtechnisch kann man die Faszination, die ein gut aufgestellter Flächenstrahler aufbaut, nicht wirklich nachvollziehen.

Wenn man "Neutralität" sucht, ist ein guter Lautsprecher mit dynamischen Chassis sicher überlegen; - auch in der Impuls-Präzision, obwohl viele Leute gerade da meinen, Vorteile bei Elektrostaten zu erkennen.

Entgegen der "landläufigen" Meinung hat das Membrangewicht zunächst nichts mit der Impulspräzision zu tun, - sondern mit dem Wirkungsgrad. Viele Leute meinen, eine leichte Membran könne den unterschiedlichen elektrischen Signalen "leichter folgen". Natürlich ist bei geringerem Membrangewicht die "Anstiegsgeschwindigkeit" (z.B. bei einem Step-Signal) höher; - man muss aber berücksichtigen, dass dann auch die Amplitude des Gesamt-Signals höher wird! - Somit bringt das Ganze (bei gleicher Antriebskraft) also "nur" Wirkungsgrad-Vorteile, aber kein "besseres" Ein- oder Ausschwingen! - Tendenziell sind die Masse / Präzisions-Verhältnisse sogar umgekehrt! Leichtere Membranen haben meist größere Probleme mit Partial-Schwingungen und sind deshalb bei der Impuls-Präzision eher im Nachteil.
Ein gut gemachter Lautsprecher mit dynamischen Systemen ist in der Impulsverarbeitung nahezu perfekt, wenn seine Signal-Durchlaufverzögerung (group delay) mit den FIR-Filtern eines Digitalen Signal-Prozesor (DSP) linearisiert wird. Das kann ein Flächenstrahler nicht so gut, weil die Schwingungsverhältnisse auf der großflächigen Membran nicht so exakt definiert sind und die "speziellen" Abstrahl-Eigenschaften für jeden "mikroskopisch kleinen" Punkt im Raum unterschiedliche Verhältnisse erzeugen.

Es liegt nicht nur an der höheren Dynamik, dass praktisch alle Studio-Monitore mit dynamischen Chassis ausgerüstet sind. Bei Studio-Monitoren sucht man Präzision und Neutralität; - nicht so sehr "ein Klangerlebnis" oder "Faszination".

Aber in diesen beiden Punkten sind die besten Flächenstrahler schon beeindruckend.
-------------------

Vielleicht ist das keine "perfekt wissenschaftliche" Beschreibung des Sachverhalts, - aber es ist die Summe aus Erfahrungswerten bei eigenen Untersuchungen, aus vielen Gesprächen mit anderen Entwicklern und Kunden; - und aus den Auswertungen von Kunden-Rückmeldungen.

Gruß, G. Nubert

[AH]

Sehr vieles wurde ja bereits angesprochen und viele Vorurteile ausgeräumt. Um einen kleinen Einblick bezüglich Richtcharakteristik und nichtlinearer Verzerrungen von elektrostatischen Flächenstrahlern zu geben, hier einige Herstellermessungen der PAS GmbH:

http://www.pasystems.de/pasb.html
http://www.pasystems.de/pasc.html

Wenn man sich die einzelnen Disziplinen anschaut:

1. lineare Verzerrungen, komplexer Frequenzgang (Amplitude und Phase):

Hier zeigt sich die bereits von Frank Klemm angesprochene "Feinstruktur", welche ich für den etwas phasig wirkenden Klangeindruck solcher Wandler verantwortlich mache. "Phasig" meint, daß ein Lautsprecher alleine abgehört immer ein wenig "stereophon" klingt und leichten Druck auf den Ohren verursacht.

2. nichtlineare Verzerrungen:

Über 115dB/SPL bei 1% THD in 4m Entfernung scheinen mir für Heimtonanlagen ausreichend. Dies ist einer der Vorteile der Richtwirkung. Der Schalldruck nimmt nicht so stark als Funktion der Entfernung ab. Dies relativiert auch die relativ niedere Kennempfindlichkeit.

3. Abstrahlverhalten:

Die starke Richtwirkung macht das System attraktiv für Anwendungen, wo nicht 100.000€ zur Verfügung stehen, um diskrete Reflektionen raumseitig zu unterdrücken (was sich im Wohnraum meist auch aus optischen Gründen verbietet).
Die Fläche sollte aber wirklich groß sein, um wenigstens ab 500Hz (besser 250Hz) diese Richtwirkung zu erzielen.
Die unerwünschte rückwärtige Abstrahlung ist natürlich ein Problem, welches bisher von den Herstellern leider nicht angegangen wurde.

4. Kompression:

Von den nichtlinearen Verzerrungen her ist die Kompression gering (Energie für die Erzeugung von Oberwellen, fehlt ja der Grundwelle). Thermische Dynamikkompression ("Powerkompression") dürfte bei elektrostatischen Schallwandlern sehr gering sein.


In der Summe der Eigenschaften sehe ich existierende elektrostatische Lösungen gegenüber vollaktiven Mehrwegesystemen mit elektrodynamischen Schallwandlern im Nachteil. Vom Klangeindruck finde ich die bisweilen sehr starke Richtwirkung solcher Systeme als sehr positiv, Reflektionen werden gut unterdrückt. Das macht es auch leichter, in realen Räumen am Hörplatz eine perfekte Betriebsschallpegelkurve zu erzielen. Auch die Dynamik am Hörplatz ist größer, da Reflektionen die Dynamik nicht einebnen.
Leider sind die existierenden Entwicklungen nicht konsequent, während es sehr elaborierte vollaktive Mehrwegesysteme mit elektrodynamischen Wandlern gibt. Ich sähe durchaus Möglichkeiten, sich dem perfekten Lautsprecher* auch mit dem elektrostatischen Wandlerprinzip anzunähern. Gerade die Möglichkeit, sehr große Strahlerflächen ganz oder nur in Teilen ansteuern zu können, scheint mir vorteilhaft.
Natürlich läßt sich dies auch umgehrt durch eine große Anzahl elektrodynamischer Systeme erreichen.

* Der perfekte Lautsprecher ist aus meiner Sicht frei von linearen und nichtlinearen Verzerrungen und weist im gesamten Hörbereich (16Hz....16kHz) ein vollkommen gleichmäßiges Abstrahlverhalten auf, welche sich idealerweise an die Hörbedingungen anpassen läßt, also z.B. einen rotationssymmetrischen, variablen Öffnungswinkel von 30° (+/-15°) bis 90° (+/-45°), außerhalb dessen keinerlei Schallenergie abgestrahlt wird.

Gruß

Andreas

[yawg]

Hallo,

Ich will hier nicht die Diskussion Pro/anti Flächenstrahler aufwärmen. Wer hat der hat, jedem das Seine etc. pp. ...

ABER:

Das klingt zwar für den laien plausibel, ist aber 100% falsch. Eine schwerere Membran schwingt schneller ein.

Da hat wohl jemand die Basislektionen in Physik verschlafen. Jedes Kind weiß (dachte ich bisher!), daß schwerere Gegenstände mehr Masse und somit auch mehr Trägheit besitzen, also langsamer in Bewegung zu bringen sind.

Was nützt einem denn alles Spezialwissen, wenn man sich noch nicht mal auf den "gesunden Menschenverstand" verlassen kann???

Wundert mich schon sehr, daß obiges Zitat hier kommentarlos geschluckt wird.

Nichts für ungut! Vielleicht haben sich die sog. Naturgesetze ja inzwischen klammheimlich verändert

Gruß, Jörg.

[BlueDanube]

Jedes Kind weiß (dachte ich bisher!), daß schwerere Gegenstände mehr Masse und somit auch mehr Trägheit besitzen, also langsamer in Bewegung zu bringen sind.

Dann müsste ein Trabant eine höhere Beschleunigung als ein Ferrari haben, denn er hat eine geringere Masse!
Natürlich müsste der Trabant auch schneller durch die Kurven fahren können als ein Ferrari....

Verstehst Du jetzt, worauf es ankommt?

[yawg]

Dann müsste ein Trabant eine höhere Beschleunigung als ein Ferrari haben, denn er hat eine geringere Masse!
Natürlich müsste der Trabant auch schneller durch die Kurven fahren können als ein Ferrari....

Verstehst Du jetzt, worauf es ankommt?

Mal gaaaanz scharf nachdenken ...

Genau! Der Trabbi mit dem Ferrarimotor geht am schnellsten weg!

Worauf es ankommt: Möglichst starker Antrieb an möglichst geringer Masse.

Herr Klemm schrieb aber: Eine schwerere Membran schwingt schneller ein. Das ist völliger Unsinn! Bei GLEICH STARKEM Antrieb schwingt immer die LEICHTERE Membran schneller ein (und aus).

Wer's jetzt immer noch nicht begreift, sollte zurück auf die Grundschule ...

Gruß, Jörg.