Dies ist ein Artikel aus 1980 - noch vor der CD

Februar 2023 - Hier unser Vorwort zu den nachfolgenden Ausführungen - sowohl in der GRUNDIG- Fachpressekonferenz im Juni 1979 als auch in den "GRUNDIG TECHNISCHE INFORMATIONEN" 6/1980.
Die CD war zwar mehr oder weniger leise angekündigt und bereits in Holland bei Philips vorgestellt worden, aber noch nicht da. Die überhaupt verfügbare beste Audio-Qualität für den Normalverbraucher war die 33er Langspiel- Schallplatte und der UKW Rundfunk, dort aber nur, wenn es sich um Direktübertragungen von Konzerten gehandelt hatte. Und damit ist diese nachfolgende Erkenntnis nicht auf die Zeiten der modernen digitalen Programmquellen übertragbar.

Der geregelte Lautsprecher - seine Vor- und Nachteile

GRUNDIG TECHNISCHE INFORMATIONEN 6/1980 - Seite 320 - von A. GLAAB - Den nachfolgenden Beitrag entnahmen wir - mit freundlicher Genehmigung - der Zeitschrift HiFi exklusiv 12/79.

Der Artikel entstand nach einem Kurzvortrag des Leiters des GRUNDIG Entwicklungslabors für Lautsprechersysteme, Lautsprecherboxen, Auto- und Reisesuper, Herrn Dr. A. Glaab, auf der GRUNDIG-Fachpressekonferenz am 21.6.1979.

Wir halten die darin geäußerten Argumente pro und contra für so interessant, daß wir diese den Lesern der TI nicht vorenthalten wollen.
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Thema: Prinzipien der Nachrichten- und Regelungstechnik

In der Nachrichten- und Regelungstechnik hat sich seit vielen Jahren das Prinzip der Gegenkopplung als ein besonders wirkungsvoller Weg zur Verbesserung der Signalverarbeitung erwiesen.

Es liegt deshalb nahe, diese Methode auch bei den elektro-mechanischen Wandlern anzuwenden. Dieses geschieht z. B. mit gutem Erfolg bei Schneidköpfen, die zum Schneiden der Schallplatten-Folien benutzt werden. Bei Lautsprechern ist die technische Lösung der Gegenkopplung aufwendig und kompromißbeladen, so daß man sorgfältig prüfen muß, ob die Nachteile nicht überwiegen.
Bei der Regelung von Lautsprechern werden im wesentlichen 3 Prinzipien angewendet:

der Abstandsmesser nach dem kapazitiven Prinzip,
der Schnellemesser nach dem induktiven Prinzip und
der Beschleunigungsaufnehmer nach dem piezoelektrischen Prinzip.

Erläuterungen zur Gegenkopplung

Den drei Lösungswegen ist der Gedanke gemeinsam, daß durch die Gegenkopplung der Zusammenhang zwischen der Klemmenspannung des Lautsprechers und seiner Membrangeschwindigkeit "linearisiert" (??) wird.

Anmerkung : Das ist eine unglückliche Umschreibung des Sinns einer Korrektur. Eigentlich soll nur die völlig synchrone Bewegung der Membrane eines Chassis mit der vom Vorverstärker angelieferten Signalspannung erzwungen werden.

Da der Schalldruck eines Lautsprechers bei einer gegebenen Frequenz proportional der Membrangeschwindigkeit ist, bedeutet die Gegenkopplung auch eine verbesserte Linearität zwischen Schalldruck und Klemmenspannung. Hinzu kommt, daß Eigenschwingungen der Membran bei geeigneter Ausführung der Gegenkopplungen bedämpft werden können und damit der Frequenzgang des Schalldruckes ausgeglichener verläuft.

Im folgenden werden die drei Lösungswege kurz erläutert.
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(1) Der kapazitive Abstandmesser

Der kapazitive Abstandmesser hat den Vorteil, daß der Gegenkopplungsgrad über einen großen Frequenzbereich ebenfalls groß sein kann, und daß bei geeigneter Elektrodenausbildung auch Verformungen der Membran infolge von Eigenschwingungen erfaßt werden. (ANmerkung : Kommt fast nur bei Bass-Membranen vor)

Als grundsätzlichen Nachteil der kapazitiven Abstandsmessung ist die Änderung der Signalspannung reziprok zum Abstand zu nennen, d. h., die kapazitive Abstandsmessung erzeugt mit zunehmender Auslenkung der Membran wachsende nichtlineare Verzerrungen.

Ein weiterer gravierender Nachteil ist die Kleinheit der Signalspannung, die man aus dem kapazitiven Aufnehmer gewinnt. Die Spannung muß deshalb sehr hoch verstärkt werden, was den gesamten Störabstand des Verstärkers verschlechtert. Weiterhin begrenzen die Elektroden insbesondere im Tieftonbereich das Hubvermögen des Lautsprechers und damit den maximalen Schalldruck.
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(2) Der Schnelleaufnehmer

Der Schnelleaufnehmer benutzt im allgemeinen das Magnetfeld des Lautsprechers mit und ist konstruktiv einfacher auszuführen als der kapazitive Aufnehmer. Da er nur die Schnelle der Schwingspule mißt, kann er Eigenschwingungen der Membrane nicht erfassen und funktioniert nur zufriedenstellend, solange die Membrane kolbenförmig schwingt.

Leider trifft dieser Zustand nur in einem kleinen Frequenzbereich zu. Ein weiterer Nachteil folgt aus der Tatsache, daß das Magnetfeld nicht konstant ist, sondern in nichtlinearer Weise vom Schwingspulenstrom des Lautsprechers moduliert wird.
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(3) Der Beschleunigungsaufnehmer

Der Beschleunigungsaufnehmer erfaßt auch nur die Bewegung der Schwingspule bzw. des Membranhalses. Hinzu kommt, daß der Phasengang des Aufnehmers so ungünstig ist, daß man nur mit kleinen Gegenkopplungsgraden in einem relativ kleinen Frequenzbereich arbeiten kann. Zudem bewirkt die Masse des Aufnehmers eine Reduzierung des LS-Wirkungsgrades.

Anmerkungen :

Auch wenn der Herr Dr. Glaab das hier so untermauert, ist nicht alles an den hier gelieferten Argumenten schlüssig. Wie einige Konstruktionen der Vergangenheit (sogar aus 1970) gezeigt hatten, ist eine Regelung bzw. Korrektur der Schwingung der Membrane z.B. eines Tieftöners ausserordentlich sinnvoll.

Prinzipiell muß diese Regelung (also der gesamte Regelkreis) um mindestens Faktor 100 schneller funktionieren als die zu regelnde Regelgröße, und das ist die zu übertragende Fequenz der Membrane. Darum ist es bei Mittelhochtönern und reinen Hochtönern bereits schwierig, diese Regelfrequenzen in einem Regelkreis überhaupt und dazu in der Grundig Massenproduktion kostengünstig zu realisieren.

In der Infinity Servostatic 1 ist der Basswürfel mit solch einem Regelkreis ausgestattet. Das 38cm Basschassis hat die ganz normale Schwingspule in der gängigen 8 Ohm Technik, als dem Nenn-Scheinwiderstand von 8 Ohm. Diese Schwingspule ist für mehr als 100 Watt Sinus ausgelegt. Die beiden Infinity-Ingenieure hatten sich aber bei ihren Chassis-Herstellern eine zweite Spule auf den Spulenkörper wickeln lassen, die nur etwa 1% des Gewichtes der Hauptspule ausmachte und die eine kleine Spannung zurück an den Regelkreis liefert.

Diese Spannung war ein exaktes Abbild der Bewegung der Bass-Membrane und ermöglichte die Korrektur des Signals des 70 Watt Kraftverstärkers (in der Servostatic 1 in der Frequenzweiche enthalten) durch den Vergleich mit der angelieferten Eingangsspannung vom Vorverstärker.

Der Frequenzbereich war auf maximal 170 Hertz nach oben hin begrenzt und die Schallplatten lieferten keine Audio-Nutzfrequenzen unterhalb von 40 Hertz - außer vielleicht einem Rumpeln des Platten-Laufwerks.

Andere Entwickler wie bei CANTON hatten große Probleme mit bereits angemeldeten Patenten, die sie irgendwie umrunden mußten oder aber sie mußten neue Konzepte konstruieren.

Wichtiger ist hingegen, daß die CD bzw. die elektronischen Medien die Schallplatte qualitativ deutlich überholt hatten. Der Frequenzbereich von 20 bis 20.000Hz ist jetzt wirklich verfügbar. Der Dynamkibereich kann jetzt technisch auf 65db ausgeweitet werden. Ob das wirklich sinnvoll ist, ist eine andere Sache. Der Unterschied zwischen sehr aufwendig korrigierten Boxen und den herkömmlichen nicht korrigierten aktiven und auch passiven Boxen ist von der Qualität der Quelle abhängig. Die (richtig teure) CANTON CA30 und auch diverse (ebenfalls sehr teure) Tonstudio Monitoren hatten gezeigt, daß da noch einiges an Feinheiten herauszuholen ginge (wenn die Elektronik auch langzeitstabil wäre). Am Ende ist es eine Preisfrage und damit im Grundig Hifi-Segment nicht zu realisieren.

Abwägung aller Vor-und Nachteile

: Die XSM 3000 aktiv

Nach Abwägung aller Vor-und Nachteile der geregelten Lautsprecher- Box sind wir im Hause Grundig zu dem Schluß gekommen, daß der ungeregelte Lautsprecher insgesamt Vorteile vor den Ausführungs- formen der geregelten Lautsprecher hat.

Die Vorteile werden noch größer, wenn man die Einsparungen gegenüber den geregelten Lautsprechern dazu benutzt, die elektro-mechanische Kopplung zwischen Membran und antreibender Spannung zu verbessern, z. B. durch stärkere Lautsprechermagnete.

Aus diesen Gründen haben sowohl die aktiven Grundig-Lautsprecher, die vor eineinhalb Jahren (1978) auf den Markt gebracht wurden, als auch die neuen Lautsprecher keine Gegenkopplung des Lautsprechers selber erhalten.
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Betrachtung der vermeintlichen Vorteile

Zum Schluß sollen noch einige vermeintliche Vorteile des gegengekoppelten Lautsprechers erwähnt werden. Man behauptet z. B., die Gegenkopplung ermögliche eine besonders weit hinabreichende Baßwiedergabe. Eher ist das Gegenteil der Fall, weil die Gegenkopplung die Grundresonanz und damit den Schalldruckpegel in diesem Frequenzbereich bedämpfte.

Bei geregelten Lautsprechern wird dieses Verhalten durch eine elektrische Entzerrung kompensiert, dasselbe ist aber auch bei jeder ungeregelten aktiven Box möglich.

Ebenso kann die Schalleistung einer Lautsprecherbox im Baßbereich nicht durch die Regelung vergrößert werden, weil die Schalleistung ausschließlich von der Membrangröße und der Membrangeschwindigkeit (bzw. der Membranamplitude) abhängt.

In einem weiteren Fall wird einem bestimmten geregelten Lautsprecher nachgesagt, der Klirrfaktor sei durch die Gegenkopplung im Baßbereich besonders niedrig. Wir haben mehrere solche Lautsprecher eingehend vermessen und haben dabei herausgefunden, daß der Klirrfaktor höher ist als der von ungeregelten Lautsprechern aus eigener Produktion. Natürlich hat dieses Ergebnis nichts mit dem Prinzip „ungeregelt-geregelt" zu tun, es zeigt aber, wie es primär auf die Qualität der Gesamtentwicklung ankommt.
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