Koaxial-Lautsprecher haben eine sehr lange Tradition. Schon 1956 wurden Konstruktionen beschrieben, die bis heute ihre Faszination nicht verloren haben.

Man beachte nur nachfolgende seinerzeit kommerziell erfolgreiche Lautsprecher und vergleiche sie mit heutigen Typen:

 

Koax alt 1

Koax alt 2

Abbildungen aus: Hi-Fi Loudspeakers and Enclosures by Abraham B. Cohen, 1956, Rider Publication, LCCC Number 56-8363.

Für diese Schätzchen bezahlen Liebhaber heute sehr viel Geld.

Mitte der siebziger Jahre hatte ich ebenfalls Koaxial-Chassis verbaut (Altec 604 und ein paar japanische Treiber), die ich nur sehr ungerne wieder abgegeben habe.

Mit koaxialer Anordnung der Chassis kann man ein grundsätzliches Problem eines Mehrwege-Lautsprechers lösen, nämlich die Hörentfernungsabhängigkeit der korrekten Summierung der einzelnen Schallquellen. Die vertikalen Komponenten fallen heraus und man hat es nur noch mit zwei hintereinanderliegenden Quellen zutun, deren korrekte Positionierung im Digitalzeitalter durch Einfügen eines entsprechenden Delays eines der einfacheren Übungen ist - sofern das Ganze aktiv betrieben  wird.

Natürlich gibt es beim Koax-Betrieb auch neue Probleme, das soll garnicht verschwiegen werden, aber bei geschickter Konstruktion sind auch diese einfach lösbar.

Man hat z.B. bei einem in den Polkern des Tieftöners integrierten Horn-Hochtöner immer das Phänomen der Reflektionen des Schalls am Innenrand des Horns, das sich ja dann innerhalb der Tieftönermembran fortsetzt. Mit einem im betreffenden Frequenzbereich leicht welligem Amplitudengang und einer entsprechenden Abstrahlcharakteristik wird man hier also leben müssen, ein Frequenzschrieb sieht hier zu im Vergleich zu anderen Hochtonbauformen etwas gewöhnungsbedürftig aus. Solange diese Welligkeiten in Bandbreite und Amplitude innerhalb einer gewissen Toleranz bleiben (das tun sie bei unserern neuen Lautsprechern), sind sie aber unauffällig.

Der nächste Punkt, der oftmals zu Lasten des Koax-Prinzips vorgebracht wird, sind durch die Bewegung der Tieftonmembran versuchte IM-Verzerrungen des vom Hochtöner abgestrahlten Schalles.

Dem läßt sich aber leicht entgegentreten, indem man dafür sorgt, daß die Tieftonmembran eben keine nennenswerten Bewegungen ausführt.

Das geschieht in der Praxis durch Wahl eines Chassis mit hohem Wirkungsgrad (starker Antrieb in Verbindung mit großer Membranfläche) und durch Entlastung des Lautsprecher im unteren Bereich durch Hinzufügen eines separatem Tieftonchassis, womöglich aktiv angesteuert und entzerrt.

Damit kann man gleichzeitig auch sehr effektiv potentiell möglichen Doppler-Verzerrungen begegnen.

Eine große Membran bietet anderseits wieder sehr viel Angriffsfläche für stehende Gehäusewellen, so daß hier sich hier das Prinzip der offenen Schallwand anbietet - die Verbindung mit einem aktiven Subwoofer bietet sich auch hier wiederum geradezu an.

Um die Gesamtgröße des Lautsprecher nicht ins Unermeßliche wachsen zu lassen (pro zu gewinnender Oktave "nach unten" müßte die Membranfläche vervierfacht werden, wenn man es unter Beibehaltung des hohen Gesamtwirkungsgrades passiv ausführen möchte), ist man auf eine aktive Entzerrung des Tieftöners angewiesen.

Damit sind im Grunde genommen auch schon die Konstruktionsprinzipien der neuen TMR-Lautsprecherboxen beschrieben.

 

Warum hat man das Koax-Prinzip in der Vergangenheit nur selten (und wenn dann nur im Profi-Bereich) auf dem Markt beobachten können?

Der Hauptgrund liegt (zumindest für mich) darin, daß die nötigen Werkzeuge zur Optimierung des Prinzips (z.B. DSP, verbessertes Membran- und Magnetmaterial, leistungsstarke und zuverässige Class-D-Verstärker) erst in jüngster Zeit von ihren Kinderkrankheiten befreit, mittlerweile klanglich unbedenklich und in ihren Kosten drastisch gesenkt wurden. Auch ist die Konstruktion und Fertigung von Koaxial-Chassis teuer und aufwendig, aber mittlerweile beherrschen eine ganze Reihe von Herstellern diese Kunst, so daß die Chassis durch den Marktdruck mittlerweile mit anderen Bauprinzipien wettbewerbsfähiger sind.

Selbstverständlich gibt es auch sehr schöne Konstruktionen. die ohne hohen Wirkungsgrad durch Antrieb und Membranfläche auskommen, bei denen ist dann entweder die Mittelhochtoneinheit vor dem Tieftöner  am Korb angeflanscht oder flach innerhalb der ebenfalls flachen Tieftonmembran integriert.

Im zweiten Fall bedeutet das aber einen erheblichen konstruktiven Aufwand, der auch seinen  Preis hat.

Im ersten Fall steht man vor dem Problem, daß innerhalb der Tieftonmembran oft nicht genug Platz für ausreichend große Mittelhochtoneinheiten vorhanden ist, so daß zu geschlossenen Mitteltoneinheiten und, je nach gewünschtem Schalldruck, zu mehrfachen konventionellen Hochtontreibern gegriffen werden muß.

Das Ergebnis hängt dann wie immer von der jeweiligen Ausführung ab. Leider geht dabei natürlich der koaxiale Vorteil der Abstandsunabhängigkeit der Schallsummierung verloren und es wird ein entsprechender Mindestabstand erforderlich.

Am Beispiel unseres verwendeten 25cm-Koax-Chassis soll hier die Wirksamkeit unserer angewandten Maßnahmen anhand von vorläufigen Messungen vorgestellt werden (die Gehäusekanten des Labormusters waren weder abgerundet, noch die Chassis bündig in die Frontwand eingelassen, Messungen in unserem Hörraum).

Das Chassis wird grundsätzlich rein passiv in den beiden Frequenzbereichen Mittel- und Hochton getrennt, da verschiedene Parameter der Lautsprecherchassis (u.a. Impedanz) sowieso nicht direkt aktiv angesprochen werden können. Allerdings sind die betreffenden realen Verlustwiderstände kleiner 0,2 Ohm (Tieftöner) oder gleich Null (Hochtöner). Der Tieftöner wird  zusätzlich aktiv zum Subwoofer durch einen Hochpass entlastet. Die vorliegenden Messungen beziehen sich nur auf das reine Koax-Chassis im offenen Gehäuse, ohne Aktiv- oder DSP-Unterstützung.

Charakteristisch für einen guten Koax-Lautsprecher ist, daß er schon im direkten Nahfeld (1cm) eine homogene Schallabstrahlung beherrscht.

Alle nachfolgenden Messungen sind im Nahfeld (1cm) mit einem Pegel entsprechend 90dB/1m gemacht worden.

FG Ph Nahfeld

Gruppenlaufzeit 25 Nahfeld

Verzerrungen

Sprungantwort

 Durch den Einsatz des DSPs werden sich natürlich noch weitere Verbesserungen in Bezug auf Phase und Amplitude ergeben.

Weiter gehts mit IM-Verzerrungen. Zweimal klassisch mit IMD (jeweils verdoppelter Schalldruckpegel), danach Multitone.

IMD Nahfeld

IMD 2

Die Anregungssignale waren hier 250Hz und 8kHz im Leistungsverhältnis 1:4.

Bei der zweiten IMD-Messung wurde der Pegel um 6dB angehoben.

Die zwischen den Signalen auftretenden Verzerrungsprodukte sind fast ausschließlich harmonische Klirrspitzen. Um 8kHz und 16kHz (harmonisches Klirrprodukt des HT) herum sind IM-Produkte zu verzeichnen, die aber jeweils -50dB (ca. 0.3%) nicht überschreiten.

Multitone

 

Bevor hier im nächsten Teil weitere Bilder und Messungen veröffentlicht werden, hier kurz eine Skizze, die ungefähr darstellt, wie die Lautsprecherboxen (hier die "25") in etwa aussehen werden. Die Bespannung vorne und hinten ist bündig in der Wand eingelassen und wird geringen bis keinen Einfluß auf die Schallabstrahlung haben.