E.O.D.P. Technologie

E.O.D.P. | expanded omnidirectional directivity pattern. Eine Innovation zur Kontrolle des Abstrahlverhaltens und Minimierung der Verzerrungen!

Vor einigen Jahren beschäftigte sich unser Team mit der Verbesserung des Abstrahlverhaltens unserer Lautsprecher. Bei der Analyse gängiger Konzepte experimentierten wir auch mit der so genannten D'Appolito Anordnung. Dabei werden zwei Mitteltöner über und unter einem Hochtöner angeordnet. Beim Versuch das verbesserte vertikale Abstrahlverhalten auch auf die Horizontale zu übertragen entwickelten wir eine Reihe von verschiedenen Lautsprecheranordnungen aus Hochtönern und Mitteltönern.

Testlautsprecher mit 4 Mitteltönern
Testbox bei der akustischen Messung

Dabei konnten wir zeigen, dass die besten Ergebnisse durch eine symmetrische Anordnung von Mitteltönern erzielt werden. Am wichtigsten ist weiters ein möglichst kleiner Abstand der Chassiszentren und die Verwendung der richtigen Filtercharakteristik. Durch unzählige Testgehäuse hatten wir schließlich das Gefühl für die optimale Chassisgröße, Chassisanzahl und Positionierung.

Messgerät für Abstrahlverhalten
Messung der Wiedergabekurve unter Winkel

Während der Entwicklungszeit von etwa 2 Jahren war vor allem die enorme Anzahl an Einzelmessungen zermürbend. Jede Anordnung musste sowohl mit unterschiedlichen Drehwinkeln (0°-90° in 5° Schritten) als auch unter allen horizontalen und vertikalen Winkeln (0°-180° in 5° Schritten) gemessen werden. Darüber hinaus galt es dieselben Messungen mit unterschiedlichen Filtercharakteristiken und Flankensteilheit durchzuführen. Damit kommt jede getestete Anordnung auf mindestens 6498 Einzelmessungen, sofern man jeweils 3 verschiedene Filter und Flankensteilheiten verwendet und keine Laufzeitkorrektur verwendet. Die Einzelmessungen können in Polardiagrammen zusammengefasst werden und geben einen schnellen Überblick über Verbesserungen im Rundstrahlverhalten. Einen Einblick in die Messungen und Überlegungen gibt unser wissenschaftliches Paper zum Thema.

Wozu ein erweitertes Rundstrahlverhalten?

Energiefrequenzgang

Lautsprecher mit nur einem Hochtöner und einem Mitteltöner weißen häufig einen Knick im Energiefrequenzgang auf. Der Energiefrequenzgang berücksichtigt den Schallpegel des Lautsprechers neben der Hauptachse, also unter Winkel. Die Amplitude des Schalls unter Winkel hängt davon ab, wie groß ein Chassis ist und wie hoch die Frequenz ist. Große Chassis strahlen schon bei niedrigen Frequenzen nur noch wenig Schall zu den Seiten hin ab, während dies bei kleineren Chassis erst zu höheren Frequenzen hin der Fall ist. Dieses Phänomen heißt Bündelung.

 

Wenn nun die Trennfrequenz zwischen Mitteltöner und Hochtöner so hoch liegt, dass der Mitteltöner schon bündelt, der Hochtöner aber noch nicht, kommt es rund um die Trennfrequenz zu einem nichtlinearen Bereich im Energiefrequenzgang. Dieser sollte nach Möglichkeit linear verlaufen und stetig abnehmen. Dadurch klingt ein Lautsprecher zwar im Sweetspot optimal, kann bei einem Winkel von 15° aber ganz anders klingen. Bei größeren Winkeln wird der Unterschied noch größer. Sitzen nun mehrere Menschen auf einem Sofa vor dem Lautsprecher, kann dies bedeuten, dass jeder den Mitteltonbereich anders wahrnimmt.

Beugung der Abstrahlachse

Bei der herkömmlichen Anordnung von nur einem Hochtöner und einem Mitteltöner kann es je nach Frequenzweiche zu einer Beugung der Abstrahlachse nach unten oder oben kommen. Das heißt, dass die Hauptabstrahlachse und damit der Bereich in dem optimal gehört wird, nicht gerade nach vorne zeigt, sondern in Richtung einer Begrenzungsfläche des Raumes. Dadurch wird der Hörraum stärker angeregt und erzeugt störende Reflexionen, die zu Interferenzen des Nutzschalls führen. Dieser Umstand tritt auch dann auf, wenn die Schallentstehungsorte der Chassis unterschiedlich tief liegen. Nachdem Hochtöner und Tieftöner meistens eben auf derselben Schallwand befestigt sind, wird der Schall des Hochtöners vor dem Schall des Mitteltöners abgestrahlt. Auch so kommt es zu einer Beugung der Abstrahlachse nach oben oder unten, sofern nicht durch aktive Laufzeitkorrektur eingegriffen wird.

Anpassung an die Raumakustik

Durch die Anordnung von mehreren Mitteltönern rund um einen Hochtöner entsteht ein verbessertes Rundstrahlverhalten. Befindet sich einer unserer Lautsprecher in einem Raum der nicht optimal akustisch behandelt ist, kann durch Pegelanpassung und Optimierung der Laufzeitkorrektur eine Einstellung des Rundstrahlverhaltens vorgenommen werden. Liegt beispielsweise eine reflektierende Fensterfront neben den Lautsprechern, so kann der Schall der diese Front trifft vermindert werden, ohne den Gesamtpegel zu verändern. Das gleiche gilt für eine ungedämpfte Decke, den Boden oder glatte Wände. In einem Hörraum mit optimierter Raumakustik kann das perfekte Abstrahlverhalten des Lautsprechers genutzt werden, wodurch ein sehr großer Sweetspot entsteht. Dadurch kann auch ein breit sitzendes Publikum in den Genuss des perfekten Frequenzgangs kommen.

Geringe Intermodulationsverzerrungen

Überlegt man sich, welches bekannte Konstrukt ähnliche Eigenschaft aufweist, kommt man schnell auf einfache Koaxiallautsprecher. Unsere E.O.D.P. Technologie kommt einer punktförmigen Schallabstrahlung sehr nahe, hat aber einen entscheidenden Vorteil: Intermodulation.

 

Wenn ein Lautsprecherchassis sowohl eine tiefe Frequenz wiedergibt, als auch eine hohe, entsteht Modulation. Das heißt, dass nicht nur die beiden gewollten Frequenzen auftreten, sondern auch die Summe und Differenz aus beiden. Bei der Wiedergabe von Beispielsweise 100Hz und 1000Hz treten auch die nichtlineraren Frequenzen 900Hz und 1100Hz auf. Dieser Effekt ist am stärksten bei Breitbandlautsprechern zu bemerken, aber auch Koaxiallautsprecher weisen diesen Effekt deutlich auf. In der Blütezeit der Lautsprecherinnovationen konnte bewiesen werden, dass eine Verschiebung des Hochtöners aus dem Zentrum des Tieftöners zu einer enormen Verbesserung gegenüber einem Koaxialchassis führt. Deshalb werden die Mitteltöner in unserer E.O.D.P. Anordnung seitlich neben dem Hochtöner angeordnet.

Punktförmige Schallquelle

Um einer punktförmigen Schalquelle möglichst nahe zu kommen wird der Hochtöner in unserem Hifi-Lautsprecher elektrisch verzögert. Dies hat vor allem den Zweck eine ebene Installation auf derselben Schallwand zu ermöglichen. Würde man den Hochtöner nach hinten versetzen, dann bräuchte dieser zur optimalen Schallabstrahlung ein kleines Horn beziehungsweise Waveguide. Dadurch müsste aber der Abstand der Mitteltöner größer werden, was den Effekt unserer Innovation verschlechtert. Um das Optimum heraus zu holen setzen wir auf moderne Aktivelektronik, die es erlaubt den Hochtöner millimetergenau zu verzögern.

Verbesserungen durch die E.O.D.P. Anordnung im Überblick

+ Ausbildung einer zentralen Hauptabstrahlachse

+ kein Knick im Energiefrequenzgang

+ selber Frequenzgang unter Winkel

+ großer Sweetspot

+ keine Verschiebung der Abstrahlachse durch unterschiedliche tiefe Schallentstehungsorte

+ annähernd punktförmige Schallquelle

+ geringere Intermodulationsverzerrungen als bei herkömmlicher Koaxialanordnung

+ Anpassung an Raumakustik möglich