Passive Lautsprecherzeilen

d&b Audiotechnik xC-Serie im Test

Die passiven Lautsprecherzeilen der xC-Serie von d&b Audiotechnik bieten neben einer variablen Hochtoneinheit auch ein kardioides Abstrahlverhalten. Im folgenden Testbericht werden die Lautsprecher mit ihren Eigenschaften sowie eingesetzten Technologien, Messgrößen und Messverfahren ausführlich erläutert.

Passive Lautsprecherzeilen
(Bild: d&b Audiotechnik)

Den meisten Lesern dürfte die Marke d&b Audiotechnik durch Installationen in Theatern, Konzertsälen und auch von großen Festivals bekannt sein. Als Anbieter von Komplettlösungen mit einem breiten Portfolio für mobile Beschallungen und für das Installationssegment benötigt man nicht nur das große Line-Array für die Halle, sondern auch die ganze Palette kleinerer Tools für Randbereiche, Foyers, Konferenzräume und vieles mehr. In öffentlichen Räumen treffen dabei oft zwei konträre Ansprüche aufeinander.

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Die moderne Architektur mit viel Glas, Sichtbeton und großen, offenen Konstruktionen führt zu eindrucksvollen, aber auch akustisch schwierigen Räumen. Dennoch möchte man in diesen Räumen optisch unauffällig eine möglichst lückenlose Beschallung in hoher Qualität ermöglichen. Benötigt werden somit dezente, kompakte Lautsprecher, die auch in einer akustisch schwierigen Umgebung noch gut zurechtkommen.

Lautsprecher für schwierige Akustik

Eine Kirche, so sagt man, hat eine gute Akustik, wenn es reichlich Nachhall für die dort dargebotene Kirchenmusik mit Orgel und Chor gibt. Für Sprache ist jedoch genau das Gegenteil der Fall, da ist der lange Nachhall denkbar ungünstig. Gute Akustik hängt also von der Anwendung ab. Nehmen wir als zweites Beispiel ein Foyer in einem modernen Museum, das auch für Vorträge und Veranstaltungen genutzt werden soll. Die akustischen Verhältnisse können dort je nach Größe und Ausstattung mit denen einer Kirche vergleichbar sein. Trotzdem möchte man bei Vorträgen oder Vernissagen die Ansprachen gut verstehen können. In beiden Fällen kommt es somit aus ganz unterschiedlichen Gründen zu akustischen Verhältnissen, die einer guten Sprachverständlichkeit im Wege stehen.

Die Beschallungstechnik kann hier für Abhilfe sorgen durch spezielle Lautsprecher, die ein ausgeprägtes Richtverhalten auf die Zuhörerbereiche ausweisen und möglichst wenig Schall in den umgebenden Raum abstrahlen. Durch ein solches Richtverhalten wird viel Schall direkt zu den Zuhörern gebracht (Direktschallanteil) und gleichzeitig der Nachhall des Raumes möglichst wenig angeregt (Diffusfeldanteil). Ein gutes Verhältnis von Direktschall und noch einiger früher Reflexionen zum Diffusfeld bedingt eine gute Sprachverständlichkeit. Genau dieses Verhältnis drückt auch das akustische Klarheitsmaß C50 aus, bei dem der Energiegehalt des Schalls in den ersten 50 ms nach dem Eintreffen des Direktschalls in Relation zu den späteren Anteilen ab 50 ms gesetzt wird. Je größer das Verhältnis ist, umso besser ist die Sprachverständlichkeit.

Für die Lautsprecher bedeutet das, ein möglichst der Anwendung entsprechendes, gezieltes Richtverhalten aufzuweisen. Wie man das vom Grundsatz her am besten erreicht, zeigen die alten Kirchenbeschallungen mit schlanken Lautsprecherzeilen. Als moderne Alternative dazu gibt es seit einigen Jahren die DSP-gesteuerten Zeilen deutlich größerer Länge, die bei großer Reichweite ein elektronisch einstellbares Abstrahlverhalten bieten und sich damit flexibel anpassen lassen. Mit zwei solchen Zeilen entsprechender Länge lassen sich auch 40 m lange Kirchenschiffe noch gut beschallen. Dem gegenüber steht der große technische Aufwand, der in einer solchen Zeile und nicht zuletzt auch in der zugehörigen Software für die Konfiguration steckt. Dementsprechend hoch sind die Kosten. Unbestritten der hohen Qualität der DSP-Zeilen werden deren Möglichkeiten jedoch oft gar nicht oder nur in geringem Maße genutzt. Hier kommt jetzt die xC-Serie von d&b ins Spiel. Mithilfe passiver Filter, einfacher mechanischer Einstellmöglichkeiten und eines 2-Wege- Konzepts versucht man, sich dem gewünschten Verhalten möglichst gut anzunähern, ohne jedoch den großen Aufwand einer DSP-gesteuerten Zeile einsetzen zu müssen.

Konzept der xC-Serie

Die xC-Serie umfasst aktuell zwei Lautsprechertypen, 16C und 24C, sowie den Extender 24C-E, der als Erweiterung zur C24 eingesetzt werden kann (ausführliche Informationen in einem separaten Artikel ab Seite 105). Rein äußerlich handelt es sich um schlanke Zeilen mit einer Querschnittsfläche von 124×124 mm und einer Länge von 65 cm bei der 16C und von 100 cm bei der 24C. Der Extender hat bei gleichem Querschnitt eine Länge von 70 cm.

Beide Lautsprecher sind vom Prinzip als Zeilen aufgebaut. Grundsätzliche Unterschiede gibt es jedoch beim Hochtöner, der bei der 16C als Horn ausgeführt ist und bei der 24C als gekrümmte Zeile. Die Besonderheiten beider Modelle zeigen sich, wenn die Frontgitter entfernt werden. Die 16C ist mit vier 4″-Tieftönern und einem zentral angeordneten Hochtonhorn bestückt. Die beiden innen nahe zum Hochtöner liegenden Tieftöner sind mit einer Art Phaseplug abgedeckt, der wiederum an der Oberfläche, ebenso wie der Rand des Hochtonhorns, mit Schaumstoff belegt ist. Beides dient dazu, reflektierende Flächen im Umfeld des Hochtöners zu vermeiden.

Die 16C (links) und 24C sind vom Prinzip als Zeilen aufgebaut.
BILD 1: Die 16C (links) und 24C sind vom Prinzip als Zeilen aufgebaut. Grundsätzliche Unterschiede gibt es jedoch beim Hochtöner, der bei der 16C als Horn ausgeführt ist und bei der 24C als gekrümmte Zeile. (Bild: d&b Audiotechnik)

Ein weiteres wichtiges Detail verbirgt sich fast unsichtbar auf der Rückseite der Zeile. Hier sind längliche Öffnungen angebracht, die auf der Innenseite mit einem Strömungswiderstand belegt sind und tieffrequenten Schall phasengedreht so abstrahlen, dass in der Summe ein kardioides Richtverhalten entsteht (Details siehe Kasten „Kardioid für die Tiefen“). Die 16C als kurze Zeile hat als Hauptabstrahlrichtung die 0°-Achse senkrecht zur Front, so dass sie typischerweise knapp über Kopfhöhe mit einer leichten mechanischen Neigung eingesetzt wird. Der Aufbau der größeren 24C unterscheidet sich deutlich von der 16C. Hier kommen sechs 4″-Tieftöner als Zeile zum Einsatz, an die sich unten noch eine leicht gekrümmte Hochtonzeile mit sechs Hochtönern anschließt.

Über eine interne passive Filterung ist die Hauptabstrahlrichtung der sechs Tieftöner um ca. 5° nach unten geneigt. Der Öffnungswinkel der Hochtonzeile beträgt 20°, wobei die Neigung der Hochtonzeile mechanisch zwischen 0° und 14° stufenlos eingestellt werden kann. Das bei der 16C eingesetzte Kardioid-Prinzip kommt auch in der 24C zum Einsatz. Auf den ersten Blick scheinen die Tieftöner direkt abzustrahlen, was jedoch täuscht. Bei genauerem Hinsehen erkennt man, dass die Membranen durch eine Art Phaseplug oder Wellenformer großteils abgedeckt sind. Damit lässt sich das Abstrahlverhalten beeinflussen und die Sensitivity selektiv erhöhen. Von vorne betrachtet sind die Abdeckungen wie eine Membran gestaltet, so dass sie kaum vom dahinter liegenden Treiber zu unterscheiden sind. Die optional zur 24C gehörige Extension 24C-E enthält weitere sechs Tieftöner in einem 70-cm-Gehäuse. Die elektrische Ankopplung erfolgt über ein internes passives Filter, so dass die Extension über die 24C mit versorgt wird. Mechanisch werden die beiden Teile über ausziehbare Schienen zu einer Einheit fest miteinander verbunden.

Zubehör

Gute professionelle Lautsprecher zeichnen sich nicht nur durch ihre akustischen Eigenschaften, sondern auch durch entsprechendes Zubehör für die Aufstellung und Montage aus. Bei d&b gibt es für die xC-Serie zwei Wandhalter und einen Montageadapter. Bei den Wandhaltern kann für die einfache senkrechte Montage parallel zur Wand der Montagewinkel genutzt werden (Bild 02), mit dem eine sehr wandnahe Anbringung möglich ist. Die Zeile kann mit dem Wandhalter horizontal ausgerichtet werden. Soll die Zeile auch vertikal ausgerichtet werden, dann kann dazu der dreh- und neigbare Wandhalter aus Bild 03 genutzt werden.

Für alle anderen mobilen oder festen Anbringungen gibt es den Montageadapter (Bild 04), an dem ein Hochständerflansch, ein TV-Zapfen oder eine kleine Flugschiene befestigt werden kann. Möchte man die Zeile in eine Traverse hängen, kann der TV-Zapfen noch mit einer entsprechenden Rohrkralle bestückt werden. Der elektrische Anschluss der xC-Serie erfolgt immer niederohmig – es gibt also keinen 100-V-Übertrager. Schaut man sich die Anschlusswerte mit einer Nennimpedanz von 12 Ù und einer Spitzenbelastbarkeit von 600 W für die 24C an, entspricht das einem Spitzenwert der Spannung von 85 V. Der Gewinn beim Übergang auf ein 100-V-System im Hinblick auf geringere Leitungsverluste wäre somit nur gering. Eine Verdopplung des Kabelquerschnittes ist im Vergleich dazu bereits wirksamer.

Der Säulenadapter Z5446 für die Stativaufstellung zusammen mit dem Z5024 Hochständerflansch
Bild 04: Der Säulenadapter Z5446 für die Stativaufstellung zusammen mit dem Z5024 Hochständerflansch. Alternativ kann auch auf einen TV-Zapfen adaptiert werden. (Bild: Anselm Goertz)

16C und 24C

Zum Einstieg in die Messergebnisse gibt es in ABB. 01 zunächst die Frequenzgänge der Lautsprecher pur ohne den zugehörigen Verstärker mit Controller. Niemand würde die Lautsprecher so betreiben, aber die Messung gibt einen guten Aufschluss darüber, was die eigentlichen Fähigkeiten des Lautsprechers sind und was mithilfe von Filtern erreicht wird. Beiden Kurven für die 16C und 24C ist gut anzusehen, dass man jegliche Equalisierung des Verlaufs sinnigerweise dem Controller überlässt. Die internen Filter sind nur für die Trennung zwischen Hoch- und Tieftöner zuständig sowie für das leichte Beamforming in der 24C bei den Tieftönern. Erwartungsgemäß sind die Hochtöner in beiden Zeilen lauter als die Tieftöner, was vor allem für den Kompressionstreiber mit Horn in der 16C (blaue Kurve) zutrifft. Unterhalb von 300 Hz beginnen die Kurven abzufallen, so dass man im Bassbereich keine allzu großen Pegel mehr erwarten sollte.

Frequenzgang und Sensitivity der 16C (blau) und 24C (rot). Beide Kurven beziehen sich auf 2,83V/1m
ABB. 01: Frequenzgang und Sensitivity der 16C (blau) und 24C (rot). Beide Kurven beziehen sich auf 2,83V/1m. Die Messung erfolgte ohne Controller nur für den jeweiligen Lautsprecher. (Bild: Anselm Goertz)

Wichtig für eine durchsetzungsfähige Sprachübertragung ist vor allem der Frequenzbereich von 300 Hz bis 3 kHz, wo beide Zeilen eine hohe Sensitivity aufweisen. Auch darüber hinaus gibt es für die höheren Frequenzbänder noch reichliche Reserven. Rechnet man für 16C einmal ganz einfach und überschlägig mit einer mittleren Sensitivity von 95 dB, folgt daraus bei einer Spitzenbelastbarkeit von 500 W (+27 dBW) ein rechnerischer Spitzenpegel von 122 dB. Genau diesen Wert zeigt auch das Datenblatt, gemessen mit einem Pinknoise- Signal mit 6 dB Crestfaktor. Für ein typisches Sprachsignal mit mehr tieffrequenten Anteilen fallen die Werte etwas geringer aus.

Sobald ein Lautsprecher mit einem zugehörigen Systemverstärker verkauft und betrieben wird, ist die elektrische Impedanz für den Anwender mehr oder weniger unwichtig, da der Hersteller sich ja bereits um ein harmonisches Zusammenspiel bemüht hat. Trotzdem gibt der Impedanzverlauf auch noch Aufschluss über einige konstruktive Details. Die Kurven aus ABB. 02 lassen anhand des Maximums die Grundresonanz der Tieftöner im Gehäuse bei 65 bzw. 70 Hz erkennen. Die Minima der Impedanzkurven liegen bei 5,2 Ù (16C) und 7,1 Ù (24C). Das Datenblatt empfiehlt für die zugehörigen Verstärker, pro Kanal maximal eine 24C mit Extender, zwei 24C oder drei 16C zu betreiben.

Impedanzverlauf der 16C (blau) und 24C (rot)
ABB. 02: Impedanzverlauf der 16C (blau) und 24C (rot). Die Impedanzminima liegen bei 5,2 Ω (16C) bzw. 7,1 Ω (24C). (Bild: Anselm Goertz)

Durch die Limitereinstellungen für die Lautsprecher in den Verstärkern wird die maximale Ausgangsspannung so begrenzt, dass es auch für drei parallel betriebene 16C trotz der dann recht niedrigen Gesamtimpedanz zu keinen Problemen mit dem maximal zulässigen Ausgangsstrom der Verstärker kommt.

Controller und Endstufen

Wie bei allen Lautsprechern im d&b-Programm ist für den Betrieb eine passende Endstufe mit dem zugehörigen Filter- und Limiter- Setup erforderlich – ohne geht es nicht. Auf Fremdprodukte mit vermeintlich passenden Setups zurückzugreifen ist ebenfalls nicht ganz unkritisch: Die Filterfunktionen lassen sich vielleicht noch ganz gut nachstellen, die sehr differenzierten mehrbandigen Limiter können jedoch kaum auf andere DSP-Systeme übertragen werden.

Wie die Filter für die xC-Serie genau abgestimmt sind, zeigt ABB. 03 mit den drei Kurven für die 16C, 24C und 24C mit Extender. Global betrachtet wird mit den Filtern der Verlauf der Sensitivity der Lautsprecher kompensiert. Da das immer nur in einem gewissen Rahmen sinnvoll machbar ist, beschränkt man sich auf einen Bereich von ca. 100 Hz bis 17 kHz. Unterhalb von 100 Hz kommt zum Schutz der Lautsprecher dann noch ein Hochpassfilter 2. Ordnung hinzu. Möchte man auch unterhalb von 100 Hz noch signifikante Pegel erreichen, bedarf es eines passenden Subwoofers, wie z. B. des 12S-SUB, der sich im TOP/ SUB-Modus von den zugehörigen Verstärkern betreiben lässt.

Filterfunktion in den d&b-Verstärkern für die drei Modelle der xC-Serie
ABB. 03: Filterfunktion in den d&b-Verstärkern für die drei Modelle der xC-Serie: 16C (blau), 24C (rot) und 24C-E (grün). (Bild: Anselm Goertz)

Im Detail betrachtet werden vor allem für die 16C einige Überhöhungen im Frequenzgang des Hochtöners gezielt kompensiert. Die empfohlenen Verstärker für die xCSerie sind die beiden vierkanaligen Modelle aus der Installationsserie 10D und 30D. Werden nur zwei Kanäle benötigt, bietet sich auch der kleinere D6 an. Wie sich die Lautsprecher zusammen mit den Controllern darstellen, zeigt ABB. 04. Die Frequenzgänge der drei Varianten verlaufen von ca. 100 Hz bis 17 kHz weitgehend geradlinig. Die 24C fällt oberhalb von 10 kHz etwas stärker ab, was sich so auch im Datenblatt zeigt und für die Praxis als unproblematisch zu bewerten ist.

Frequenzgänge der 16C (blau), 24C (rot) und 24C-E (grün) mit Controller gemessen
ABB. 04: Frequenzgänge der 16C (blau), 24C (rot) und 24C-E (grün) mit Controller gemessen. Die Kurven sind bis auf die Randbereiche weitgehend identisch. Der nutzbare Frequenzbereich erstreckt sich von ca. 100 Hz bis 17 kHz. (Bild: Anselm Goertz)

Directivity

Das räumliche Abstrahlverhalten eines Lautsprechers, auch als Directivity bezeichnet, ist eines der entscheidenden Kriterien für einen Beschallungslautsprecher. Bei der Bewertung der Directivity gibt es kein gut oder schlecht, sondern nur passend oder unpassend. Ein sehr breit strahlender Lautsprecher wäre so z. B. in einem halligen Raum völlig unpassend, aber als Frontfill auf der Bühnenkante für eine breite Zuhörerfläche genau richtig. Umgekehrt wäre ein eng abstrahlendes System nahe an einer ausgedehnten Publikumsfläche ungünstig, dafür aber in einer halligen Umgebung genau richtig. Zeilenlautsprecher werden nun typischerweise dort eingesetzt, wo sich die Zuhörer auf einer weitgehend ebenen und sich in die Tiefe des Raumes ausdehnenden Fläche vor dem Lautsprecher befinden. Um auch in halligen Räumen nicht zu viel Diffusschall zu erzeugen, ist daher ein relativ breites horizontales und ein enges vertikales Abstrahlverhalten anzustreben. Genau das macht die Zeile.

Für die Messung des Abstrahlverhaltens in der einen oder anderen Ebene wird der Lautsprecher im reflexionsarmen Raum an einer Drehvorrichtung montiert und in der betreffenden Ebene von –180° bis +180° eine volle Kreisbahn gedreht. Die Messung erfolgt typischerweise in 5°-Schritten, so dass eine Ebene mit 73 Einzelmessungen erfasst wird. Früher, als die Polarmessung noch mit Pegelschreibern auf kreisrundem Papier erfolgte, wurden die Ergebnisse als Polardiagramme dargestellt. Die anschaulichen Diagramme stellten so die gemessenen Pegelwerte in Abhängigkeit vom Winkel dar. Diese Art der Darstellung ist jedoch pro Kurve auf eine Frequenz oder einen Frequenzbereich beschränkt. Bei mehreren Kurven in einem Diagramm wird es zudem schnell unübersichtlich.

In Zeiten der PC-Messtechnik hat sich daher das Isobarendiagramm durchgesetzt. Die x-Achse zeigt die Frequenz, die y-Achse den Winkel, und der Pegel wird über der aus x- und y-Achse aufgespannten Fläche entweder als Gebirge oder farblich differenziert aufgetragen. Die Darstellung erfolgt dabei meist relativ zur Hauptabstrahlrichtung. Nehmen wir z. B. in ABB. 05 die 1 kHz-Linie und folgen dieser von unten (–180°) über die Mitte (0°) bis oben (+180°), dann zeigt der Farbverlauf den Pegel bei 1 kHz in Abhängigkeit vom Winkel an, so wie es auch aus einem Polardiagramm für 1 kHz abzulesen wäre.

In der Isobarengrafik sind jetzt alle Polarmessungen für alle Frequenzen in dieser Form nebeneinander von den tiefen (100 Hz) bis zu den höchsten Frequenzen (20 kHz) aufgereiht. Das Isobarendiagramm liefert damit einen kompletten Überblick über alle Winkel der betreffenden Ebene für den gesamten Frequenzbereich. Die eigentlichen Isobaren sind die Grenzlinien des Farbwechsels. Der Übergang von Orange nach Gelb bedeutet einen Pegelabfall gegenüber der Hauptachse von 6 dB.

Genau das ist auch der Wert, der typischerweise als nomineller Abstrahlwinkel angegeben wird. Wie sich schon an ABB. 05 erkennen lässt, schwankt der Wert stark in Abhängigkeit von der Frequenz. Der als nomineller Abstrahlwinkel angegebene Wert ist daher meist ein Mittelwert für einen mittleren bis hohen Frequenzbereich, wo der Abstrahlwinkel weitgehend konstant ist bzw. die Isobaren parallel zu den Winkellinien verlaufen. Für die Isobaren aus ABB. 05 könnte man so einen Wert von ±45° (90° insgesamt) oberhalb von 3 kHz als Mittelwert der –6-dB-Linie angeben. Sinnvoller als der Einzahlparameter des Öffnungswinkels ist natürlich die Darstellung der kompletten Isobarendiagramme für die horizontale und vertikale Ebene, so wie es auch im Datenblatt der xC-Serie gemacht wird.

Die horizontalen Isobaren der 16C aus ABB. 05 lassen drei Dinge erkennen: Für höhere Frequenzen ab 3 kHz ist der Öffnungswinkel weitgehend konstant bei ca. 90°. Ein solches Verhalten ist typisch für ein kleines CD-Horn (CD = Constant Directivity). Unterhalb von 2 kHz, wo die 4″-Treiber übernehmen, öffnet sich zunächst der Abstrahlwinkel zu tieferen Frequenzen hin. Die übliche Erwartung wäre jetzt, dass sich die Isobaren immer weiter öffnen und bei den kleinen Abmessungen des Treibers dann bald die vollen 360° erreichen. Das ist hier aber nicht so. Unterhalb von 1 kHz bleibt das Abstrahlverhalten auch wieder annähernd konstant bei ca. 200° mit einem Minimum auf der Rückseite bei + oder –180°. Was wir hier sehen, ist das Verhalten eines Kardioid-Strahlers.

Horizontale Isobaren der 16C
ABB. 05: Horizontale Isobaren der 16C. Im Tieftonbereich ist die Kardioid-Konstruktion gut zu erkennen. Oberhalb von 2 kHz weist das Hochtonhorn einen Abstrahlwinkel von ca. 90 auf. (Bild: Anselm Goertz)

ABB. 06 zeigt die Isobaren der 16C für die vertikale Ebene. Das kleine Hochtonhorn wird hier mit nominellen 40° angegeben, die es bei den kompakten Abmessungen aber nicht bis 2 kHz hinab einhalten kann. Daraus resultiert dann die kleine Sprungstelle beim Übergang auf die 4″-Tieftöner. Durch den Abstand für den Hochtöner bedingt, erzeugt die Zeile zwischen 1 und 2 kHz bei ±80° kleine seitliche Nebenmaxima. Die Aufweitung der Isobaren zu den tiefen Frequenzen fällt in der Vertikalen aufgrund der großen Ausdehnung der Strahlerfläche deutlich schwächer aus, was den gewünschten Zeileneffekt ausmacht. Eine weitere Öffnung der Isobaren wird auch hier durch das Kardioid-Prinzip verhindert.

Vertikale Isobaren der 16C
ABB. 06: Vertikale Isobaren der 16C. Der Übergang von der Zeile auf das Horn bei 2 kHz ist zu erkennen. Das Horn schafft es hier noch nicht ganz, an den 40 Öffnungswinkel der Zeile anzusetzen. (Bild: Anselm Goertz)

Der Gehäusequerschnitt und die Tieftontreiber in der 24C entsprechen dem der 16C. Die kleinen Waveguides an der Hochtonzeile sind horizontal nominell ebenfalls für 90° definiert. Grundsätzlich ist daher für die horizontale Ebene ein der 16C sehr ähnliches Abstrahlverhalten zu erwarten. ABB. 11 zeigt die zugehörigen Isobaren. Deutlich anders verhält sich die 24C jedoch in der vertikalen Ebene. Die Hauptabstrahlachse ist um 5° nach unten geneigt, und die mit 20° Öffnungswinkel arbeitende Hochtonzeile kann zusätzlich noch mechanisch von 0 bis 14° geneigt werden. ABB. 07, 08 und 09 zeigen dazu die Isobaren für Einstellungen von 0°, 6° und 14° Neigung, was sich in allen drei Fällen gut nachvollziehen lässt.

Maximalpegel – was geht?

Wie die Diskussionen mit Anwendern, Planern und Entwickler zeigen, ist das Thema Maximalpegel bei Lautsprechern ein äußerst unklares. Verwirrende Aussagen und unscharfe Angaben in den Datenblättern einiger Hersteller tragen dazu bei. Bevor man in das Thema einsteigt, sind daher zunächst einige Werte zu definieren: Auf der akustischen Seite gibt es den Schalldruck, der meist als Mittlungspegel Leq über einen definierten Zeitraum angegeben wird, und es gibt den Spitzenpegel Lpk. Betrachtet man z. B. ein nicht komprimiertes rosa Rauschen, sind die Spitzenwerte in diesem Signal ungefähr um den Faktor Vier größer als der Mittlungspegel. Dieses Verhältnis nennt man auch Crestfaktor. Gleiches gilt für die elektrische Seite. Hier sind es der Effektivwert und der Spitzenwert der Spannung, die das Signal statistisch beschreiben. Für ein Sinussignal als Beispiel beträgt der Spitzenwert das 1,414-Fache (3 dB) des Effektivwertes. Wichtig ist es zudem zu wissen, dass bei akustischen Messungen zum erreichbaren Maximalpegel von Lautsprecheranlagen immer der Mittlungspegel Leq zur Bewertung verwendet wird.

In den Testberichten verwenden wir schon seit längerer Zeit zwei Methoden zur messtechnischen Bestimmung des Maximalpegels von Lautsprechern: Zum einen die Messung mit 185 ms langen Sinusburst-Signalen, zum anderen die Messung mit einem Multitonsignal. Bei der Messung mit Sinusburst wird der Pegel mit einem Sinussignal für eine Frequenz so lange erhöht, bis ein bestimmter Verzerrungsanteil, typisch 3% oder 10 %, erreicht wird. Der dabei gemessene Schalldruck wird als Mittlungspegel für die Dauer der Messung als Messwert festgehalten. Diese Messung wird über einen zu definierenden Frequenzbereich in Schritten von 1/12-Oktaven durchgeführt. ABB. 12 zeigt diese Messung für die 16C und 24C. Am globalen Verlauf und an der Gleichmäßigkeit der Kurven lässt sich ablesen, in welchen Frequenzbereichen ein Lautsprecher Stärken und Schwächen hat und ob es lokale Schwachpunkte gibt. Die 16C und 24C zeigen beide ausgeglichene Kurven ohne Schwachstellen. Es wird aber auch sichtbar, dass die Lautsprecher unterhalb von 150 Hz deutlich nachlassen. Für eine ernsthafte Basswiedergabe sollte man daher einen Subwoofer einplanen.

Maximalpegelmessung mit Sinusburst-Signalen für maximal 10% Verzerrungen für eine 16C (blau) und für eine 24C (rot)
ABB. 12: Maximalpegelmessung mit Sinusburst-Signalen für maximal 10% Verzerrungen für eine 16C (blau) und für eine 24C (rot). (Bild: Anselm Goertz)

Die häufig gestellte Frage ist nun, was kann man für die Praxis aus den Kurven in ABB. 12 noch ableiten? Schafft die 24C 133 dB, die der höchste Punkt der Kurve zeigt oder 120 dB, wo ungefähr der Mittelwert der Kurve liegt? Beides lässt sich nicht so einfach pauschal sagen, da die Werte in der Praxis immer vom Signalspektrum und der Signalstatistik abhängen. Aus diesem Grund gibt es noch die zweite Messung mit einem Multitonsignal. Die Basis des Multitonsignals besteht aus 60 Sinussignalen mit Zufallsphase, deren spektrale Gewichtung beliebig eingestellt werden kann. Für die Messungen ABB. 13 und ABB. 14 wurde eine Gewichtung entsprechend eines mittleren Musiksignals (grüne Kurve) gewählt. Der Crestfaktor des so synthetisierten Messsignals, der das Verhältnis vom Spitzenwert zum Effektivwert beschreibt, liegt bei einem praxisgerechten Wert von 4 entsprechend 12 dB.

Für den aus dieser Art der Messung abgeleiteten Verzerrungswert werden alle Spektrallinien aufaddiert, die nicht im Anregungssignal vorhanden sind, d. h., die als harmonische Verzerrungen oder als Intermodulationsverzerrungen hinzugekommen sind. Wichtig ist es dabei zu beachten, die Frequenzen des Anregungssignals so zu generieren, dass sie nicht mit den harmonischen Verzerrungsanteilen zusammenfallen, da sie sonst nicht mehr ausgewertet werden könnten. Auch bei dieser Art der Messung wird der Pegel so lange erhöht, bis der Gesamtverzerrungsanteil (TD = Total Distortions) einen Grenzwert von 10 % erreicht.

Unter diesen Bedingungen erreichen die 16C und 24C für ein typisches Musikspektrum nach EIA-426B bezogen auf 1 m Entfernung im Freifeld unter Vollraumbedingungen einen Spitzenpegel von 118 bzw. 121 dB. Der Mittlungspegel lag bei 105 bzw. 109 dB. Das Datenblatt gibt für die 16C mit 122 dB und für die 24C mit 126 dB etwas höhere Spitzenwerte an, die dann allerdings auch ohne Verzerrungslimit und mit einem Pinknoise mit 12 dB Crestfaktor als Anregungssignal gemessen wurden. Da im Pinknoise erheblich mehr hochfrequente Energie enthalten ist, können Signalpeaks auch höher ausfallen. Hinzu kommt, dass bei einem Pinknoise der Hochtöner einen größeren Anteil am Gesamtsignal hat und somit seine hohe Sensitivity besser zur Geltung kommt.

Für den Planer stellt sich neben den Werten aus dem Datenblatt immer die Frage: „Welchen Pegel kann ich mit bestimmten Signalen, etwa für Musik, für Sprache oder auch für Alarmierung erreichen?“ Fallen die Werte in der Realität zu gering aus, kann im Zweifel eine mögliche Abnahme verweigert werden. Plant man mit zu viel Sicherheit, könnten die Kosten aus dem Ruder laufen. Damit beides nicht passiert, bedarf es einer verlässlichen Planung und Vorhersage. Für die Simulationssoftware EASE stellt d&b die Lautsprecherdaten im aktuellen GLL (Generic Loudspeaker Library)-Format für die xC-Serie zur Verfügung. In dieser GLL-Datei sind die drei Lautsprechermodelle enthalten.

Stellt man dort als Exciter ebenfalls ein EIA-426B Spektrum ein, berechnet die GLL für eine 24C einen Maximalpegel von 112,7 dB bezogen auf 1 m Entfernung. Der Unterschied von 3,7 dB zur Messung wird darin begründet sein, dass bei Signalen mit einem hohen Crestfaktor immer der Spitzenwert der limitierende Faktor ist und sich der Mittlungspegel daraus durch Abzug des Crestfaktors ableitet. Für die Messung bedeutet das: Der Peaklimiter greift zuerst ein, auch dann, wenn die maximale RMS-Leistung für den Lautsprecher noch gar nicht erreicht wird. Verringert man jetzt den Crestfaktor des Signals, bleibt der gemessene Peakwert des Schalldrucks unverändert, und der Mittlungspegel steigt an. Das ist so lange möglich, bis auch der RMS-Limiter eingreift. Für die 24C ist das bei 125 W der Fall.

Um diesen Wert mit einem Crestfaktor von 12 dB zu erreichen, müsste der Verstärker allerdings 2 kW Spitzenleistung liefern. Das verhindert jedoch der Peaklimiter. Ist in der GLL der RMSWert für die Leistung der 24C auf 125 W gesetzt, wird der rechnerische Wert von 112,7 dB nur dann erreicht, wenn man auch am Verstärkerausgang auf die 125 W RMS kommt. Verhindert der Peaklimiter dies aufgrund des hohen Crestfaktors des Signals, sind im Mittlungspegel entsprechende Abstriche zu machen. Für die korrekte Planung und Simulation ist es daher wichtig zu wissen, welche tatsächliche RMS-Leistung mit einem typischen Testsignal überhaupt erreicht wird. Liegt diese unter dem in der GLL festgelegten Wert der RMS-Leistung für den Lautsprecher, sind entsprechende Abstriche für den berechneten Leq zu machen.

Hörtest

Für den Hörtest wurde eine 24C im Lager neben dem Messraum aufgebaut, wo Hörentfernungen bis zu 18 m möglich sind. Der Betrieb erfolgt mit einem D80-Controller-Amp. Zufällig bot sich auch die Gelegenheit des direkten Vergleichs mit einer anderen, ebenfalls ca. 1 m langen passiven Zeile, die insgesamt jedoch deutlich voluminöser und schwerer war. Zwei Unterschiede wurden dabei direkt deutlich. Beide Zeilen waren tonal weitgehend ausgeglichen; im Tieftonbereich klang die 24C im Vergleich jedoch etwas dünner, was jetzt nicht weiter verwundert. Möchte man ernsthaft Musik wiedergeben, sollte man die Zeile mit einem passenden Subwoofer aus dem d&b Programm ergänzen. Bei Sprache ist der Unterschied jedoch weniger relevant und kann sich sogar je nach Räumlichkeit zum Vorteil umkehren, wenn der tieffrequente Hall im Raum nicht so sehr angeregt wird, was man natürlich auch über entsprechende Filterung erreichen kann. Wichtiger für die Sprachqualität ist jedoch das Kardioid-Abstrahlverhalten – hier liegt einer der ganz großen Pluspunkte der xC-Serie. Bei gleichbleibendem Direktschall wird insgesamt deutlich weniger tieffrequente Energie in den Raum eingebracht. Die Wiedergabe wird dadurch weniger durch die Raumakustik beeinflusst und merklicher direkter. Im Höreindruck macht sich das dadurch bemerkbar, dass auch bei großen Entfernungen noch ein ganz klarer Bezug zur Quelle vorhanden ist und man sich direkter angesprochen fühlt.


Kardioid für die Tiefen

Speziell für tiefe Frequenzen wünscht man sich häufig ein ausgeprägtes Richtverhalten der Lautsprecher, um den dort ohnehin schon kräftigen Nachhall eines Raumes nicht unnötig anzuregen oder um möglichst wenig Richtung Bühne oder zu den Mikrofonen hin abzustrahlen. Der gewünschte Effekt lässt sich durch verschiedene technische Ansätze erreichen: eine ausgedehnte Strahlerfläche, ein großes Horn oder auch durch eine Kardioid-Anordnung. Für einen Zeilenlautsprecher bleibt wegen der beengten Platzverhältnisse nur die letztgenannte Möglichkeit.

Das Kardioid-Prinzip basiert auf zwei Quellen, die in einem definierten Abstand hintereinander angeordnet sind – dabei ist die hintere zusätzlich verpolt und mit einem Delay belegt. Diese verpolte zweite Quelle ist durch die Abstrahlung von der Rückseite der Membran im Lautsprechergehäuse bereits vorhanden. Wird der von der Rückseite phaseninvertiert abgestrahlte Schall noch so verzögert, dass er zeitgleich mit den auf dem Umweg und das Gehäuse dort ankommenden vorderen Anteilen eintrifft, kommt es zur gewünschten Auslöschung auf der Rückseite und somit zu einem kardioidförmigen Abstrahlverhalten. Für das schlanke Gehäuse der xC-Serie liegt der Umweg in einer Größenordnung von 10 bis 15 cm, woraus sich ein frequenzunabhängiges Delay von 0,36 ms ergeben würde. Es stellt sich die schwierige Frage, woher in einem passiven Lautsprecher das Delay kommt?

Schaut man genauer hin, dann entspricht das erforderliche Delay weitgehend der Phasendrehung, die auch ein einfaches Tiefpassfilter 2.Ordnung nach sich zieht. D.h., man müsste „nur“ an den rückseitigen Öffnungen des Gehäuses ein Material einbringen, das wie ein akustischer Tiefpass wirkt. Die Lösung wurde in Form einer speziellen Lage Basotect, einem Melaminharz-Schaumstoff, gefunden und funktioniert bestens. BILD 07 zeigt eine der hinteren Gehäuseöffnungen. Die damit erreichte Rückwärtsdämpfung bei 180° beträgt ca. 15 dB über einen weiten Frequenzbereich. Zur Seite bei ±90° sind es ca. 6 dB. Beide Werte sind auch im Isobarendiagramm aus ABB. 10 wiederzufinden. Streng nach der Devise „keine Wirkung ohne Nebenwirkung“ hat auch das Kardioid- Prinzip einen Nachteil: Die Abstrahlung nach vorne wird durch die hinteren phasengedrehten Quellen etwas geschwächt. Unterhalb von 250 Hz fällt der Pegel gegenüber einer ein fachen Quelle mit 6 dB pro Oktave ab, so dass bei 100 Hz ca. 7,5 dB verloren gehen.

Horizontale Isobaren der 24C. Das Kardioid-Verhalten ist deutlich zu erkennen und bewirkt bis zu tiefsten Frequenzen eine ausgeprägte Richtwirkung
ABB. 10: Horizontale Isobaren der 24C. Das Kardioid-Verhalten ist deutlich zu erkennen und bewirkt bis zu tiefsten Frequenzen eine ausgeprägte Richtwirkung. (Bild: Anselm Goertz)

Ein weiterer Pluspunkt des Kardioid-Aufbaus macht sich bei der Wandmontage der Lautsprecher bemerkbar. Durch die schallharte Wand entsteht hinter dem Lautsprecher gespiegelt an der Wandfläche eine Spiegelquelle, die sich für die Abstrahlung in den Raum mit entsprechendem Zeitversatz mit der eigentlichen Quelle überlagert. Die Folgen sind Interferenzstörungen (ABB. 11) bei der Abstrahlung in den Raum und eine vor allem bei tiefen Frequenzen ungewollte Hauptabstrahlrichtung entlang der Wand und nicht wie gewünscht nach vorne.

Vergleich der resultierenden Frequenzgänge im Raum bei der Wandmontage einer einfachen Quelle (oben) und einer Kardioid- Quelle (unten), jeweils mit der durch die schallharte Wand entstehenden Spiegelquelle
ABB. 11: Vergleich der resultierenden Frequenzgänge im Raum bei der Wandmontage einer einfachen Quelle (oben) und einer Kardioid- Quelle (unten), jeweils mit der durch die schallharte Wand entstehenden Spiegelquelle. (Bild: Anselm Goertz)

Preise

Die Listenpreise für die xC-Serie betragen:

  • 16C 1.420 €
  • 24C 2.695 €
  • 24C-E 1.620 €
  • 30D 5.900 €
  • 10D 3.375 €

Die beiden Verstärkermodelle sind vierkanalig und mit entsprechenden Controllern ausgestattet. Beide Verstärker sind in der Lage, die xC-Serie-Lautsprecher voll auszunutzen. Für Kombinationen mit Subwoofern wäre der etwas kräftigere 30D vermutlich die bessere Wahl. Die Verstärker bieten darüber hinaus noch eine ganze Reihe weitere Features wie Fernsteuerung und Fernüberwachung via OCA, ein Weitbereichsschaltnetzteil mit PFC, analoge und digitale Eingänge und vieles mehr. Ein Testbericht der beiden Modelle 10D und 30D findet sich in der Professional System Ausgabe 6.2015.

Fazit

„Es muss nicht immer eine DSP-gesteuerte Zeile sein“, könnte ein mögliches Fazit lauten. d&b zeigt, wie man auch mit klassischen Methoden wie passiver Filterung, Extendern, Kardioid-Technik und einfacher Mechanik für viele Anwendungsfälle zu einem guten Ergebnis kommen kann. Messtechnisch können die schlanken Zeilen mit einem kontrollierten Abstrahlverhalten und hohen Maximalpegelwerten überzeugen. Im Höreindruck bestechen die direkte Wiedergabe und die gute Sprachverständlichkeit. Auch bei den Sekundärtugenden merkt man der xC-Serie ihre Herkunft an. Von der Verarbeitungsqualität über die Ausstattung mit Zubehör bis zur Bedienung und dem technischen Support spielt hier alles auf höchstem professionellem Niveau.


>>Extender für die d&b Lautsprecherzeile 24C der xC-Serie<<

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