(Aktive) Elektrostaten - ein Hauch von Nichts

[Calvin]

In den etwa 100 Jahren elektromechanischer Tonwiedergabe hat sich der dynamische Tauchspulenlautsprecher als das dominierende Schallwandlerprinzip durchgesetzt. Günstig in Massen herstellbar, kompakt in der Bauweise, einfach einsetzbar und in Theorie und Praxis gut beherrschbar. Es ist aber keinesfalls die einzige Art Schallwandler zu konstruieren. So haben sich andere Wandler-Prinzipien behaupten können und kleine Nischen besetzt, weil sie über besondere technische und/oder klangliche Eigenschaften verfügen. Biegewellenwandler und Plasma-Lautsprecher seien als Vertreter genannt und eben auch der Elektrostat. Der elektrostatische Lautsprecher (ESL) ist ein Nischenprodukt, das sich in den letzten Jahren sogar langsam aber sicher größere Aufmerksamkeit und Verbreitung erarbeitet hat und nennenswerte Erfolge feiert.

Elektrostaten verfügen nicht über einen magnetischen Antrieb sondern einen elektrostatischen. Das verleiht ihnen nicht nur den Namen, sondern führt auch dazu, dass ein elektrostatischer Lautsprecher optisch eine andere Erscheinung aufweist.

In der Regel sind elektrostatische Wandler als sehr flache, jedoch großflächige Panele aufgebaut. Es kann sehr gut – und sollte sogar- auf Gehäuse verzichtet werden und mit geeigneter Materialwahl sind sehr ansprechend wirkende, transparente Designs möglich.

Was macht ein Elektrostat nun gleich und was anders als ein dynamischer Lautsprecher?

Die Gemeinsamkeiten erschöpfen sich darin, dass mittels einer schwingfähigen Membran elektrische Energie in Bewegungsenergie, also Schall umgewandelt wird.

In seiner am häufigsten auftretenden Bauform besteht der Elektrostat aus zwei feststehenden, schalldurchlässigen und mit wenigen Millimetern Abstand zueinander parallel angeordneten Elektroden, den so genannten Statoren. Mittig zwischen den Statoren ist eine in einem Rahmen straff gespannte Membran angeordnet, die schwach leitfähig beschichtet ist. Der Rahmen dient als Abstandhalter, Spannvorrichtung und häufig ist die elektrische Zuleitung in ihn integriert.

Es handelt sich also um einen prinzipiell sehr einfachen Aufbau, der mit weitaus weniger bewegten Teilen auskommt als der dynamische Wandler. Allein die Membran ist beweglich und kann ein gewisses Eigenleben erzeugen. Es fehlen dagegen Zentrierspinne, Sicke, Spulendrähte und resonierende Luftpolster, die wie Energiespeicher wirken.

Die Signalspannung wird auf den vorderen Stator und eine gegenphasige, invertierte Signalspannung auf den hinteren Stator geführt. Es entsteht ein elektrisches Feld zwischen den Statoren, das einen sehr hohen Grad an Homogenität besitzt. Homogen heißt, dass an jedem Punkt des Raumes zwischen den Statoren die gleiche Feldstärke herrscht. In der Praxis trifft das auch bis auf einen sehr kleinen Bereich in unmittelbarer Umgebung (~zehntel mm) der Statoren zu, in dem sich die Membran allerdings selten befindet. Vollständig homogen wäre das Feld nur, wenn die Statoren schallundurchlässige massive Bleche wären.

Homogen heißt auch, dass an jedem Punkt des Raumes zwischen den Statoren die gleiche Kraftwirkung auf eine Probeladung herrscht. Diese Probeladung wird als Ladung unmittelbar auf die Membran aufgebracht, die zu diesem Zwecke schwach leitfähig beschichtet ist, oder bei sogenannten Elektreten, als Materialeigenschaft quasi in das Membranmaterial eingebrannt ist.

Beim dynamischen Tauchspulenlautsprecher dagegen erzeugt der Signalstrom in der Schwingspule ein magnetisches Wechselfeld , welches sich am Gleichfeld des Magneten abstützt und die Spule bewegt. Dieser Energiewandlungsvorgang ist nur begrenzt linear und wird durch Effekte wie Hystere, Induktivitätsmodulation, Temperatur, etc. beeinflusst.

Die ortsunabhängige Kraftwirkung des elektrischen Feldes hat nun sehr vorteilhafte Eigenschaften. Die Antriebswirkung ist linear, ohne Hystereseeffekte. Es gibt auch keine Widerstands- und Temperatureffekte. Bedingt durch die Abwesenheit eines ohmschen Widerstandes (Rdc bei einer Schwingspule) weist ein ESL eine sehr hohe Effizienz auf. Bis zu 30% Wirkungsgrad im Mitteltonbereich sind möglich. Ein Wert, an den allenfalls sehr schmalbandige Hornlautsprecher heranreichen. In diesem Zusammenhang stehen auch die thermischen Effekte wie Power-Kompression, die einem dynamischen Lautsprecher um 3dB an linearem Schalldruck kosten. Der ESL dagegen kann nicht erhitzen. Thermische Kompression ist ihm unbekannt. Bis zu seinem Maximalpegel ist die Schalldruckentwicklung sehr linear.

Die elektrostatischen Kräfte im ESL sind allerdings um etwa 1-2 Zehnerpotenzen kleiner als die magnetischen Kräfte im dynamischen Lautsprecher und erzielen auch eine geringere Raumausdehnung. Um genügend und dem magnetischen Antrieb ähnliches Beschleunigungsvermögen zu erzielen, muss demnach die Membranmasse mindestens um 1-2 Zehnerpotenzen kleiner sein. Wie sieht es in der Praxis aus?

Die Membran besteht aus einer hauchdünnen Kunststofffolie mit Stärken von 25µm bei Bass-Panelen bis hinunter zu 0,9µm für Kopfhörer Anwendungen. Stärken um 4-6µm sind heutzutage die meist benutzten Werte. Das Membranmaterial ist sehr reissfest, aber auch sehr flexibel. Es braucht allerdings nicht auch steif zu sein, da ja die Antriebskräfte an allen Punkten der Membran gleich stark angreifen. Es ist die Art des Antriebes, der dieses vorteilhafte Membranmaterial erlaubt. Membranfolie unter 6µm Stärke sind so leicht, dass ihre Masse keinerlei Auswirkungen im Audiobereich hat.

Der ESL arbeitet mit einem Membranmaterial, das bei gleicher Fläche etwa 2-3 Zehnerpotenzen leichter ist. Das gleicht die geringeren Antriebskräfte mehr als nur aus. Allenfalls kleine Kalotten mit sehr starkem Antrieb können dem ESL-Antrieb im Beschleunigungsvermögen gleichziehen oder leicht übertrumpfen.
Zur Verdeutlichung: ein 38cm-Bass besitzt eine Membranfläche um 850cm², was einem eher kleinen ESL Panel entspricht, das für Frequenzen oberhalb 600Hz eingesetzt werden kann. Wir finden dabei bewegte Massen in einem Bereich von etwa 70-350gr. Eine 6µm starke ESL-Membran wiegt dagegen nur etwa 120mg. Das ist sogar weniger, als eine 19mm-Kalotte auf die Waage bringt, die allerdings nur 3-4cm² Fläche vorweisen kann.

An jeder Membran "klebt" eine dünne Luftschicht, die wie zusätzlicher Ballast mitbewegt wird, ohne einen direkten Nutzen zu erzielen. Diese Luftmasse ist um ein vielfaches größer als die Membranmasse und bestimmt daher wichtige Parameter wie z.B. die Grundresonanzfrequenz in ganz überwiegendem Maß. Weil die Masse der Membran keine Auswirkungen im Audiobereich hat werden Elektrostaten gelegentlich auch als masselose Lautsprecher bezeichnet. Die Mechanik der Membran fällt nahezu aus der Betrachtung heraus. Die elektrostatischen Antriebskräfte arbeiten sozusagen direkt auf die Luft. Daher werden auch keine klassischen Thiele Small Parameter ermittelt und angegeben.

Beim dynamischen Wandler wird aufgrund des niedrigen Wirkungsgrades der Energiewandlung an die kleinflächige Spule eine großflächige Membran angekoppelt. Trotzdem liegt die Effizienz typischerweise nur um 1%. Die Membran muss, um eine vollständig kolbenförmige Bewegung zu erzielen, extrem steif sein, was dem Ziel einer möglichst leichten Membran entgegen läuft. Die teils widersprechenden Ansprüche an die mechanischen Eigenschaften der Membran führen zusätzliche Problemstellen wie z.B. Partialschwingungen in das System ein. Die eigentlich erwünschte Bewegung erzielt so eine Membran dann auch nur in einem relativ kleinen Frequenzbereich von 1-2 Oktaven.

ESLs – Lautsprecher ohne Gehäuse:

Die Membran eines Lautsprechers sieht die Luft als Last, die zu treiben ist, analog wie ein Verstärker den Lautsprecher als Last sieht. Die Luft verhält sich mechanisch wie eine elektrische Impedanz und weist einen realen Anteil und einen komplexen Anteil auf. Es ist aber immer nur der reale Anteil, der zum Nutzsignal beitragen kann. Wünschenswert wäre also ein komplexer Anteil von 0% und ein realer Anteil von 100%.

So wie der Verstärker nur innerhalb eines gewissen Spektrums an Lasten gut funktioniert, so ist die Membran eines Lautsprechers nur innerhalb eines gewissen Frequenzbereiches optimal an die Luftlast angekoppelt. Die Membranen dynamischer Lautsprecher sind vergleichsweise klein zu den Wellenlängen der abzustrahlenden Töne. Erst in einem relativ hohen Frequenzbereich wird daher die mechanische Impedanz real (entsprechend einem rein ohmschen Widerstand) und damit die Kopplung der Membran an die Luft optimal. Im eigentlich interessierenden niedrigeren Frequenzbereich arbeitet der Lautsprecher auf eine Luftlast mit stark komplexem Anteil.

Dieser Fakt erst macht Gehäuse nötig, die den geringen Realanteil im Arbeitsbereich pimpen, so dass praktikable Schalldruckwerte erzielbar sind. Große Membranen verschieben den Übergang von komplexem zu realem Verhalten zu tieferen Frequenzen, wobei die Membranform zusätzlich eine Rolle spielt. Hohe schmale ESL-Membranen (Verhältnis Höhe/Breite= 8/1) sehen in ihrem gesamten Arbeitsbereich eine reale akustische Last. Die Kopplung der Membran an die Luft ist sehr günstig. Im Gegensatz zu dynamischen Lautsprechern stellen Gehäuse für derart konstruierte ESLs keine Verbesserung sondern eine effektive Verschlechterung der Verhältnisse dar.

Was bringt's?

Die üblichen großen Flächen, der geringe Hub, der lineare Antrieb, die gute Kopplung an Luft und die geringe Anzahl an Energiespeichern führen zu einem sehr guten Signal- und Klangverhalten. ESLs sind Wandler mit hoher Bandbreite, sehr exaktem Ansprechverhalten und sehr geringen Verzerrungen. In der Summe dieser Eigenschaften kommen andere Wandlerprinzipien allenfalls nahe. Die ganze Pracht entfaltet der ESL aber nur unter einer Bedingung, und die lautet: „geringer Hub“. Ein exakter Zahlenwert lässt sich nicht spezifizieren, aber erfahrungsgemäß sollte 1mm nicht wesentlich überschritten werden.

Bei vielen ESL Panelen lässt sich unter 200Hz, also der Bereich in dem nennenswerter Hub auftreten kann, dann auch ein sehr starker Anstieg der Verzerrungen messen. Selbst wenn das Verzerrungsniveau einen akzeptablen Wertebereich nicht verlässt und keine akustisch relevanten Auswirkungen hat, so unterliegt der ESL als gehäuseloser Wandler dem akustischen Kurzschluss und dämpft sich wertvollen Schallpegel selber weg. Bei einem 25cm breiten Panel macht sich der Effekt unterhalb ~600Hz zunehmend bemerkbar.

Typischerweise versucht ein Entwickler den Amplitudenabfall mittels akustischem Kurzschluss durch einen auf der Resonanzfrequenz überschwingenden Bass zu kaschieren. Gütefaktoren (analog Qtb) von 2 und mehr würden bei einer geschlossenen Box kaum Akzeptanz finden, bei Vollbereichs-ESLs sind sie durchaus üblich. Der Schalldruckgewinn durch die hohe Güte kaschiert um die Resonanzfrequenz herum den Schalldruckabfall. Im Grundtonbereich macht sich der akustische Kurzschluss jedoch bemerkbar. Es liegt nun an der Kunstfertigkeit des Entwicklers, dass sich das nicht in Form eines One-note-Basses, begleitet von dünnen Stimmchen und Grundtonanämie akustisch bemerkbar macht. Gänzlich beseitigen lässt sich der Effekt allerdings nur durch elektronisches Equalizing oder Einbau in ein Gehäuse inklusive Dämpfungsmaßnahmen.

Der hohe Gütewert der Resonanz hat auch zur Folge, dass die Membran eher an die Statoren heranschwingt oder gar gegen sie klatscht. Erweitert man aber den Abstand der Statoren um mehr Hub zu ermöglichen, sinken Wirkungsgrad und Dynamik überproportional stark ab und die nötigen Antriebsspannungen, steigen schnell auf unpraktikable Werte. Vollbereichs-ESLs sind daher prinzipiell keine guten Futterverwerter oder Dynamik-Freaks oder geben gerne den BiBaBass-Bär. Vom Tiefbass bis in den unteren Grundtonbereich ist der dynamische Lautsprecher die vorteilhaftere Wahl!

Hybrid-zwo-drei

Die Erkenntnis, dass die beiden Prinzipien quasi ihr frequenz-begrenztes Hoheitsgebiet haben, führte schon früh zu der Idee, beide Welten zu einer mit besseren Eigenschaften zu vereinen. Die Idee des Hybriden beschreibt einen Lösungsansatz, bei dem ein dynamischer Basslautsprecher und ein ESL-Mittelhochton-Panel kombiniert werden. In der Praxis hat es sich allerdings als sehr schwierig erwiesen, beide Welten harmonisch miteinander zu vereinen. So schwierig, dass Anhänger von Vollbereichs-ESL es sogar für unmöglich halten und das Märchen von der Unvereinbarkeit schneller Folie und träger Pappe entstand. (Sie schätzen die bruchlose Wiedergabe des Vollbereichs-ESL und akzeptieren dafür tonale und dynamische Mängel.)

Es ist aber durchaus möglich, Hybriden zu bauen, die es in Punkto bruchloses Klangbild mit Vollbereichs-ESL aufnehmen können und sich die Überlegenheit in ihren jeweiligen Teilgebieten erhalten. Im Grunde ist es nur eine Frage des Aufwandes ..., der zu treiben nötig wäre bzw. der tatsächlich getrieben wird oder wirtschaftlich vertretbar ist.

Mir sind nur zwei kommerzielle Produkte bekannt, die diesen Aufwand treiben oder trieben und vielleicht weitere zwei bis drei aus der Magnetostatenwelt, wo das Problem ähnlich in Erscheinung tritt. Es sind nicht nur technologisch, sondern auch preislich die Flaggschiffe der Hersteller. Bei den viel häufiger vorkommendenden und in der Presse überwiegend besprochenen kleineren Modellen lässt sich der Aufwand nicht treiben, und ein Kompromiss muss hier einfach akzeptiert werden.

... a little history repeating

Die positive Einschätzung von ESLs provoziert vermutlich die Frage, warum ESLs nicht die dominierende Technologie darstellen, oder zumindest weiter verbreitet wären.

Historisch gesehen ist das ESL-Antriebsprinzip sogar älter als das dynamische Tauchspulen Prinzip. Der dynamische Wandler war in der Praxis jedoch schneller anwendbar und fand schnell weite Verbreitung. ESLs kämpften zunächst mit unlösbaren Materialproblemen. Das Polyester Mylar, dessen Derivate heute noch zu den häufigst genutzten Membranmaterialien zählen, wurde erst Anfang der 40er Jahre des 20ten JHs von DuPont patentiert.

Die leitfähige Beschichtung der Membran stellt so große Anforderungen, dass selbst heute noch die Anzahl langzeitstabiler, geeigneter Beschichtungen vermutlich an den Fingern einer Hand abgezählt werden kann. Entsprechend häufig traten Probleme mit der Zuverlässigkeit auf. Quads große Leistung - als einer der bekanntesten Vertreter des Prinzips - ist es sicherlich, ziemlich zuverlässige und langzeittaugliche ESLs entworfen zu haben.

Ein weiterer Grund lag im Antriebssystem begründet. Zur Erzeugung des elektrischen Feldes sind weitaus höhere Spannungen nötig als es typische Verstärker liefern können. Elektrisch stellt ein Elektrostat einen ziemlich verlustarmen Kondensator dar. Ein Kondensator ist ein Bauteil mit konstant fallendem Widerstand mit steigender Frequenz und nahezu ausschließlich komplexem Anteil. Nur der kleine reale Anteil kann jedoch zur effektiven Schallerzeugung genutzt werden. Eine Eigenschaft, für die typische Verstärker nicht konstruiert sind und die sie gar nicht mögen. Angefangen über Clipping und Schwingneigung bis hin zum Exitus geht die Bandbreite an Fehlverhalten.

Bei ESLs steckt der Teufel im Detail. Es ist kaum zu glauben, wie etwas prinzipiell so simpel aufgebautes sich doch gleichzeitig auch mal divenhaft, tückisch und widerstrebend gebärden kann. Hinter jedem gut und langfristig funktionierenden ESL stehen tatsächlich viele Jahre an Entwicklungsarbeit, try-and-error und tiefgehendem Detail-Know-how.

Power to the people ...

Es gibt zwei Möglichkeiten, ein geeignetes Ansteuersignal für ein ESL-Panel zu erzeugen. Man baut entweder einen speziellen Hochvolt-Verstärker, der auch nur für diese besondere Anwendung tauglich ist, oder setzt zwischen einen üblichen Verstärker und den ESL ein koppelndes Bauteil, einen Übertrager ein. In beiden Fällen befinden sich keine Weichenbauteile zwischen Verstärker und ESL. Man kann also durchaus von zwei Arten des Aktivbetriebes sprechen. Einmal dem direkt gekoppelten Betrieb über Spezialverstärker und einmal dem Übertrager gekoppelten Betrieb über klassischen HiFi-Verstärker. Die besonderen Schwierigkeiten ausreichend hohe Signalspannungen an einer komplexen Last zur Verfügung zu stellen, führt dazu, dass von der theoretischen Überlegenheit direktgekoppelten Betriebes gegenüber einer Übertragerkopplung in der Praxis selten nennenswert etwas übrig bleibt.

Ein erstklassiger zum Panel passender Übertrager legt die Messlatte auf ein sehr hohes Niveau. Zu den aktiven Betriebsarten kommt der passive Betrieb mit Übertrager gekoppeltem ESL, der über einen HiFi-Verstärker, nachgeschalteter passiver Frequenzweiche und Übertrager erfolgt. Die beiden Übertrager gekoppelten Versionen haben sich aus praktischen Gründen, Kosten und nicht zuletzt sicherheitstechnischen Aspekten durchgesetzt und so können die meisten ESLs heute an übliche Verstärker angeschlossen werden weil in ihnen Übertrager verbaut sind.

Der Übertrager beeinflusst nun ganz entscheidend die elektrische Last, die der Verstärker sieht und die er zu treiben hat, wobei hier vor allem die Bereichsenden der Bandbreite den Limitationen des Übertragers unterliegen, während sich im mittleren Frequenzbereich der Übertrager fast wie sein theoretisches Ideal verhält.

Die eigentlich sehr hohe Effizienz des ESLs wird durch die Übertragerkopplung zu einem Großteil zunichte gemacht, so das Panele für Hybrid-ESLs etwa die Effizienz dynamischer Lautsprecher aufweisen und Vollbereichs-ESLs deutlich niedriger liegen.

Es tritt nun das auf den ersten Blick paradoxe Phänomen auf, dass ein hochwertigerer Übertrager dem Verstärker das Leben schwieriger macht als ein qualitativ minderwertigerer und auch dem Entwickler gewisse Möglichkeiten zur Amplitudenlinearisierung verringert. Als willkommene Folge wurden bis in die 90er Jahre hinein gerne billige Übertrager mit im Grunde miserablen Eigenschaften verbaut. Die Auswahl an nutzbaren Verstärkern wurde zwar größer, dafür wurde einiges an Klangpotential geopfert. Einzig den überragenden Eigenschaften der ESL ist es zu verdanken, dass diese Praxis nicht in einer klanglichen Katastrophe endete. Mittlerweile sieht man aber vermehrt sehr hochwertiges Übertragermaterial verbaut, mit dem die ESL ihre Vorteile auch zeigen können.

Gleichzeitig gab es auch Verbesserungen und Neuerungen bei den verwendeten Materialien und Techniken, die die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Panele erhöhen. Und während bei den dynamischen Boxen eine stetige Preissteigerung zu verzeichnen ist, stagnierten die Preise bei Elektrostaten, bzw. sanken sogar bei vergleichbarer Klangqualität.

Fin

ESL stellen ein Wandlerprinzip dar, welches richtig konzipiert und eingesetzt, hervorragende akustische Leistungen mit interessanter Optik verbindet. Es ermöglicht aussergewöhnlich realistische Klangbilder, es offenbart einen grandiosen Mikrokosmos an Details in der Musik und es macht nebenbei ganz einfach höllisch Spass.

Wie formulierte es Magnepan doch einst? Music doesn't live in Boxes!

Und zuletzt für die Regelungsfreunde: das elektrostatische Prinzip kann als kapazitiver Sensor zu Regelungsaufgaben verwendet werden. Der Beveridge Elektrostat, der in den 70er Jahren als erster das Prädikat „Superbox“ zugesprochen bekam, nutzte eine Teil seiner Membranfläche als Sensor und linearisierte dadurch seinen Amplitudengang.


©Calvin (Christoph Neuhaus)
01/2010

[wgh52]

Hallo Christoph,

herzlichen Dank für diese veritable, informative und unterhaltsame Einführung in die Welt der Elektrostaten! Es ist toll, dass Du Dir die Arbeit gemacht hast, dieses Wandlerprinzip mal allgemeinverständlich zu beschreiben und realistisch zu positionieren! Der Beitrag macht wirklich Lust auf "mehr ESL hören"!!!

Ein kleiner Nachtrag zum Absatz "elektrostatische Regelung": B&M Kalottenhochtöner der Classic Serie arbeiten mit einer kapazitiven/elektrostatischen Abtastung der Membranbewegung zur Generierung eines Gegenkopplungssignales welches den "Klirrfaktor" des Töners (in einem begrenzten Bereich) verringert. Ein bisschen Elektrostat habe ich also in meinen BM-8en...


Die aktiven DIS Elektrostaten arbeiten ja mit direkter Hochvoltendstufenansteuerung der Panele und davorgeschaltetem DSP. Was ist Dein Evaluationsergebnis dieses Prinzips, speziell: was kann ein DSP an ELS denn noch verbessern (wenn man mal den Raumeinfluss bei Seite lässt)??

Gruss,
Winfried

[Franz]

Danke Calvin,

das ist die Art von Beschreibungen, die ein HiFi-Freund sich wünscht: Kompetent, sachlich und vor allem allgemeinverständlich. Danke dafür, daß du uns diese Wandler, deren Technik und Klang näher gebracht hast.

Gruß
Franz

[BM Fan]

Hallo Calvin,
besten dank für diese sehr anschauliche Beschreibung.
Ich hatte selbst mal ein Hybrid. Das war schon ein Erlebniss.
Da ich aber aktiv verseucht bin habe ich den ELS wieder abgegeben. Und trotz der schlanken Bauweise war er zu gross für meinen Raum.
Als ich Deinen Bericht gelesen habe, habe ich mir Gedanken gemacht wie diese Folie es schafft Töne zu übertragen. Du hast ausführlich erklärt das die Feldstärke überall gleich ist. Die Spannung der Folie kann man vielleicht mit einem Trommelfell vergleichen. In der Mitte kann sie einen grossen Hub machen der zum Rand hin immer kleiner wird. Wie kommt es zur der Abstrahlung der verschiedenen Frequenzen, bzw. wie wird festgelegt welcher Teil der Membran welche Frequenz erzeugt? Sollt ich dies in Deinem Bericht überlesen haben, stupst mich darauf, und ich habe es dann nicht verstanden.

Gruß
Michael

[Aktivboxer]

Hallo Calvin,

Danke für den sehr interessanten Beitrag!
Anfang der 80er habe ich selbst mit ESL experimentiert. Bin beim Trägermaterial auf Polypropylenfolie mit organischer Beschichtung hängen geblieben. Angetrieben über Transistorendstufe + Aufwärtsübertrager. Aufgrund der relativ kleinen Maße (ca. 60x120) war neben den recht beachtlichen klanglichen Qualitäten letztendlich doch der fehlende Tiefbass und der moderate Maximalschalldruck das k.o.-Kriterium für dieses Prinzip.

Grüße

Lutz

[Fortepianus]

Hallo Christoph,

vielen Dank für diesen sehr interessanten Beitrag, die Funktionsweise ist sehr gut und verständlich beschrieben, finde ich.

Homogen heißt auch, dass an jedem Punkt des Raumes zwischen den Statoren die gleiche Kraftwirkung auf eine Probeladung herrscht. Diese Probeladung wird als Ladung unmittelbar auf die Membran aufgebracht, die zu diesem Zwecke schwach leitfähig beschichtet ist, oder bei sogenannten Elektreten, als Materialeigenschaft quasi in das Membranmaterial eingebrannt ist.

Wie darf ich mir das vorstellen - die beiden Statoren führen das gegenphasige Musiksignal mit hoher Spannung. Die leitfähige Folie dazwischen - liegt die schlicht auf Masse? Oder muss das floaten?

Noch eine Frage kam beim Durchlesen in mir auf: Gibt es nicht doch eine Wellenausbreitung längs in der Membran, da sie zwar überall gleich angetrieben wird, aber irgendwo eingespannt sein muss, wo der Hub zwangsläufig Null wird? Also gibt es doch irgendwo am Rand Orte mit unterschiedlicher Auslenkung. Diese ortsabhängige Auslenkung muss doch zwangsläufig zu einer Wellenausbreitung in Richtung des Gradienten, also in Richtung des Membranmaterials führen. Wie kriegt man diese Wellen so gedämpft, dass es keine unerwünschten Resonanzen gibt?

Es ist aber durchaus möglich, Hybriden zu bauen, die es in Punkto bruchloses Klangbild mit Vollbereichs-ESL aufnehmen können und sich die Überlegenheit in ihren jeweiligen Teilgebieten erhalten. Im Grunde ist es nur eine Frage des Aufwandes ..., der zu treiben nötig wäre bzw. der tatsächlich getrieben wird oder wirtschaftlich vertretbar ist.

Welche Eigenschaften muss denn der dyn. Bass mitbringen, damit er mit dem ESL harmoniert? Geht es da ums Abstrahlverhalten? Vielleicht hilft da ja ein Di- oder Ripolbass weiter?

Mir sind nur zwei kommerzielle Produkte bekannt, die diesen Aufwand treiben oder trieben und vielleicht weitere zwei bis drei aus der Magnetostatenwelt, wo das Problem ähnlich in Erscheinung tritt. Es sind nicht nur technologisch, sondern auch preislich die Flaggschiffe der Hersteller.

Welche sind das denn?

Zur Erzeugung des elektrischen Feldes sind weitaus höhere Spannungen nötig als es typische Verstärker liefern können.

Aber der Strom hält sich doch vermutlich in Grenzen - wieviel kV braucht man denn da?

Elektrisch stellt ein Elektrostat einen ziemlich verlustarmen Kondensator dar.

Wie groß ist die Kapazität, die man da laden muss?

Der Übertrager beeinflusst nun ganz entscheidend die elektrische Last, die der Verstärker sieht und die er zu treiben hat, wobei hier vor allem die Bereichsenden der Bandbreite den Limitationen des Übertragers unterliegen, während sich im mittleren Frequenzbereich der Übertrager fast wie sein theoretisches Ideal verhält.

Vermutlich wird die Kapazität des ESL und die Induktivität des Trafos erst mal einen prima Schwingkreis abgeben. Ist das der Grund, warum miese Übertrager aufgrund der höheren Dämpfung durch ihren ohmschen (Verlust-) Anteil einfacher zu handhaben sind?

Und zuletzt für die Regelungsfreunde: das elektrostatische Prinzip kann als kapazitiver Sensor zu Regelungsaufgaben verwendet werden.

Na, wie Winfried schon sagte, das ist natürlich ein Heimspiel für uns hier. Allerdings sind die nötigen Spannungen bei dem angesprochenen Hochtöner mit 280V Bias +-140V bei Vollausteuerung für Deine Verhältnisse Spielzeugspannung, nehme ich an.

Viele Grüße
Gert

[Speedy]

Hallo Gert,

Welche Eigenschaften muss denn der dyn. Bass mitbringen, damit er mit dem ESL harmoniert? Geht es da ums Abstrahlverhalten? Vielleicht hilft da ja ein Di- oder Ripolbass weiter?

so ähnlich macht das Martin Logan bei der Summit X, ein zweites Basschassis das nach unten und phasenversetzt abstrahlt. So soll der Dipolcharakter auch im Bass erhalten bleiben.

@Calvin
Super Beitrag, gut verständlich und informativ, Danke dafür.

Grüße
Speedy

[Uwe]

Hallo Christoph,

auch mir Herzlichen Dank für den sehr informativen Beitrag.

Ich frage mich nur, warum viele Hersteller trotzdem einen herkömmlichen Bass einsetzen, Du bezeichnest das als Hybrid.

Grüße Uwe

[Calvin]

Hi,

danke zunächst für das Lob. Rudolf und ich sehen den Beitrag nicht als Endpunkt, sondern eher als Startpunkt einer kleinen Reihe und vielleicht auch einiger daraus entwickelnden Threads.
Aufgeworfene Fragen werden darin dann sicher ausführlicher behandelt. Daher werde ich jetzt nur kurz eingehen.

was kann ein DSP an ELS denn noch verbessern?

Ein DSP kann elegant das equalizing übernehmen um gerade die Amplitudengang-Probleme im Bass-und Grundtonbereich zu beseitigen. Aber auch ein reines Mittelhochton-Panel muss typischerweise etwas gebügelt werden. Je nach Ausführung des Panels geschieht das am Panel selbst oder es wird extern durchgeführt.

Die meisten DSP-Filter erlauben auf Grund ihrer Kapazität nebenbei zusätzliche Filter z.B. gegen Raumeinflüsse zu setzen, was in klassischer analoger Technik einen hohen Schaltungsaufwand zur Folge hätte. DSP-Filterung ist in Hinsicht auf Flexibilität und Bauteilaufwand sehr begrüßenswert, jedoch sind aufgrund der nötigen AD und DA Wandlung auch immer analoge Ein- und Ausgangs-Schaltungen involviert, die m.A.n entscheidender für die Klangqualität des DSP-Filters sind als der rechnende DSP-Kern selbst. Die analogen Schaltungen sind meist simpel ausgeführt und reichen nicht an die Qualität dessen heran, was ein eigenständiger AD- oder DA-Wandler leisten kann. Man muss aufpassen, daß hier kein Flaschenhals entsteht, der die eigentlichen, guten Eigenschaften auffrisst.

In der Mitte kann sie (Membran) einen grossen Hub machen der zum Rand hin immer kleiner wird. Wie kommt es zur der Abstrahlung der verschiedenen Frequenzen, bzw. wie wird festgelegt welcher Teil der Membran welche Frequenz erzeugt?

Mir ist keine Veröffentlichung bekannt die die Membranbewegung vollständig beschreibt. Es herrschen zwei Ansichten vor, von denen eine die Vorstellung hat, daß sich die an den Rändern eingespannte Membran im ganzen gleichmäßig einer Kettenlinie gleich wölbt. Die zweite Vorstellung geht von einer eher translatorischen, kolbenförmigen Bewegung aus, bei der nur die randnahen Bereiche gewölbt sind, also ähnlich einer Sicke arbeiten. Tests mit Stroboskoplampen scheinen Vorstellung 2 zu stützen. Auf der anderen Seite sind hier wirklich nur kleine Hübe im Spiel, die eine genaue Aussage schwer machen.

Grundsätzlich arbeitet der Elektrostat mit seiner ganzen Fläche das komplette gelieferte Signal. Schaltet man jedoch einen Widerstand vor, dann bildet sich ein RC-Tiefpass, Höhen werden gedämpft. Setzt man nun mehrere ESLs nebeneinander, speist dem ersten das Signal ein, geht von dort über einen Widerstand zum Zweiten, dann liefert der erste das volle Spektrum und der Zweite das tiefpassgefilterte, ein höhenarmes Signal. Die Kette lässt sich beliebig erweitern. In der Praxis findet man aber selten mehr als 3 Elemente.
Anstatt nun mehrere einzelne Panele nebeneinander zu stellen, kann man auch ein entsprechend großes einzelnes bauen, dessen Statoren nun in Einzelstreifen aufgeteilt und über Widerstände verkettet werden. Das geht besonders einfach und unauffällig wenn die Statoren aus Drähten oder Stäben gebaut werden. Mit steigender Frequenz wird so die aktive Membranfläche verkleinert. Gleichzeitig kann so auch der Amplitudengang quasi im Panel selbst equalized werden (siehe Frage von wgh52) und die Abstrahlcharakteristik beeinflusst werden.

Wie darf ich mir das vorstellen - die beiden Statoren führen das gegenphasige Musiksignal mit hoher Spannung. Die leitfähige Folie dazwischen - liegt die schlicht auf Masse? Oder muss das floaten?

Der ESL, bzw seine Statoren hängen zwischen den Verstärker- oder Übertrageranschlüssen wie in einer massebezogenen Brückenschaltung. Bei den Verstärkern ist ein gemeinsamer Massepunkt vorhanden, beim Übertrager wird ein Mittelabgriff gewählt und auf Masse gelegt. Die Statoren werden invertiert und massesymmetrisch angesteuert. Der positiven Signalspannung auf einem Stator steht damit eine vom Betrag gleich große negative Signalspannung am anderen Stator gegenüber. Befindet sich eine Ladung irgendwo(!) zwischen den Statoren, dann wirkt eine Kraft von F=Q*Vsig/Dss auf die Ladung (F: Kraft in Newton, Q: Ladung in Coulomb, Dss: Abstand Stator-Stator in m). Die Membran auf Masse gelegt hätte keine Ladung zur Folge und somit keine Kraftwirkung, egal wie groß die Signalspannung gemacht wird. Die Ladung wird mit einem kleinen Hochvolt Netzteil das einerseits an Masse andererseits an der Membran hängt auf diese aufgebracht. Es dient aber nur dazu die durch Leckage entstehenden Ladungsverluste gelegentlich auszugleichen. Trennt man die Verbindung zum Netzteil (floaten) verbleibt die Ladung auf der Membran und nimmt langsam ab und das Panel wird mit der Zeit langsam leiser. Ist die Membran Elektret-beschichtet ist die Ladung eine feste Materialeigenschaft. Hier bedarf es keinerlei elektrischer Verbindung zur Membran.

Gibt es nicht doch eine Wellenausbreitung?

Die gibt es. Stehende Wellen bilden sich aus und es ist in der Tat nicht ganz trivial diese aureichend zu dämpfen.

Welche Eigenschaften muss denn der dyn. Bass mitbringen..?

Das wird in einem Folgebeitrag besprochen.

Welche (Marken) sind das denn?

Darauf gäbe es allenfalls eine PN-Antwort. Ich bin zwar aus privaten Gründen, dennoch aber als Gewerblicher gekennzeichnet, im Forum unterwegs. Daher möchte ich keine -im übrigen unerwünschte Eigenwerbung treiben und Fremdwerbung mache ich aus hoffentlich verständlichen Gründen auch nur in Ausnahmefällen.

Strom und Spannung und Kapazität?

Spannungsmäßig hangelt man sich gerade am Durchschlagswert für Luft entlang, der etwa 1,5-2kV/mm entspricht. Man kommt also schnell in Regionen in denen isolatorische Probleme auftauchen. Die Spanne geht von ~300V für Kopfhörer bis zu ~10kV für große Vollbereichler.

Der dabei auftretende Signalstrom hängt von der Kapazität des Panels, der Signalspannung und der Frequenz ab. Er steigt linear mit steigender Frequenz. Übliche Panelkapazitäten bewegen sich von wenigen 100pF bis etwa 2nF. Für 20kHz Bandbreite mit vollem Pegel sind dann von wenigen Dutzend mA bis zu mehrern hundert mA gefordert. Entsprechend den Eigenschaften dess Übertragers sind von einem HiFi-Verstärker dann übliche niedrigere Spannungswerte von wenigen Dutzend Volt und höhere Stromwerte von einigen Ampere gefordert.

schlechter übertrager besser?

Radio Eriwan sagt:"Im Prinzip ja!" Der elektrische Phasengang eines idealen Kondensators beträgt 90°.
Der Übertrager dreht die Phase teilweise zurück, um so besser je verlustreicher/schlechter er ist. Die maximale Phasendrehung kann bis zu unkristischen 30° gehen, bei guten Übertragern können aber durchaus in einem mittleren Frequenzbereich >80° übrigbleiben. Die Zeitschrift Audio führte das Blockdiagramm zur Veranschaulichung der Laststabilität von Verstärkern ein. Das ging bis +-60°, wobei viele Verstärker schon damit schon deutliche Schwierigkeiten hatten.

...warum viele Hersteller trotzdem einen herkömmlichen Bass einsetzen,..?

LS-Bau ist ein Kompromissspiel, bei dem man genauso häufig gewinnt wie verliert.
Die Fragestellung für einen Entwickler ist hier: Welchem Aspekt gebe ich Vorzug, bzw. das Nachsehen.
Beide, sowohl der Vollbereichs-ESL als auch der Hybrid weisen Pros und Contras auf. Klanglich ist der eine bruchlos, dafür der andere tonal ausgewogener.

Hat der Entwickler die Frage entschieden, bleibt nur übrig, in wie weit er die in Kauf genommenen Nachteile/Kompromisse mit den zur Verfügung stehenden Mitteln minimieren kann. Die konsequente Minimierung ist grundsätzlich aufwändiger/teurer/zu groß/zu häßlich/zu ungewohnt/was auch immer.

Calvin

[schauki]

Hallo!

Danke für die ausführlichen Posts.
Gibt es auch Messungen die du herzeigen kannst/willst.

Besonders interessant für mich:
- Verzerrungen (nichtlinear)
- Abstrahlverhalten



mfg

[wgh52]

Erstmal Danke für die ausführlichen Antworten! Wir lernen ja wirlich viel dazu!

Zum ELS Hybrid-Konzept kam mir eine Idee:
Hat schonmal jemand versucht einen geregelten Bass (a la B&M oder Silbersand) und ELS Panele über (steile) FIR Weiche und mit DSP Linearisierung zu realisieren? Die Präzision eines geregelten Basses und die des entzerrten Elektrostaten könnten doch sehr gut zusammenpassen (ich denke, dass das wohl eher im DIY als im gewerblichen Bereich angesiedelt wäre, aber wer weiss...).

Gruss,
Winfried

[DSP]

Hallo Calvin,

dass ich in diesem Forum mehr über ELS erfahre als in jedem Lehrbuch finde ich mehr als erstaunlich. Vielen Dank für deine intensive Aufklärung. Ich werde deine Ausführungen sicher noch einige Male lesen müssen, bevor ich alles verstehe. Dabei sitze ich meistens vor solchen Teilen und weiß was du meinst.

Wenn ich es nicht selber erfahren (gehört ) hätte, was insbesondere im Hoch-Mitteltonbereich noch passiert, im vergleich zu dynamischen Schallwandlern( egal welche Preisklasse) dann hätte ich das niemals geglaubt.
Ich denke, Du hast hiermit einen sehr guten Beitrag dazu geleistet, dass sich demnächst ein paar mehr High End-Interessierte für diese wie ich finde ein wenig „vergessene“ Technik interessieren werden.

Gruß
Jörg

[Kienberg]

Hallo Christoph,

besten Dank für diese umfangreiche, sehr gut verständliche Darstellung zur Technik der Elektrostaten und Deine hervorragende Q+A Abhandlung.

Immer wenn ich bei meinem Schwager in Palo Alto zu Besuch bin, höre ich dort mit viel Begeisterung dessen Infinity IRS 5. Er betreibt die jetzt schon seit fast 15 Jahren, musste allerdings schon einige Midrange EMIMS austauschen.

Weiter so, DANKE !!!

Gruss Sigi

[Calvin]

Hi,

sodele, nun folgt Teil 2, der sich auf Hybriden konzentriert, deren Problemstellen und der - nach meiner Sicht, Kenntnis und Erfahrung - technisch und akustisch vorteilhaften Lösungsvorschläge:


Wie im ersten Teil beschrieben, treffen die überzeugenden Fähigkeiten von ESLs nur innerhalb eines eingeschränkten Frequenzbereiches zu. Darüber hinaus sind teils deutliche Kompromisse zu akzeptieren. Einschränkungen in der Dynamik, vergrößerter Leistungsbedarf, enorme Baugröße um nur die Schärfsten zu nennen. Die Einschränkungen des Frequenzbereiches von Elektrostaten umfassen den kompletten Bassbereich und teils auch den Grundtonbereich und höchsten Hochtonbereich. Die Problemstellen Grundtonbereich und oberster Hochtonbereich lassen sich durch einfaches Equalizing des Amplitudenganges leicht beseitigen, auch in passiver Ausführung. Die Probleme im Bassbereich sind allerdings systemimmanent.

Als die Römer frech geworden ... auf der LolloHybrigida ...

Dass die oben genannte Erkenntnis nicht neu ist, zeigen viele Versuche, die das Problem mit mehr oder weniger Erfolg angehen. Die bekannteste Lösung ist der Hybrid-ESL, unter dem die Kombination eines dynamischen Basses mit einem elektrostatischen Mittel-Hochtonteil zu verstehen ist. Die Lösung des Bassproblems durch ein vorteilhafteres anderes Wandlerprinzip schafft nun aber ein Neues, nämlich die akustisch bruchlose Zusammenfügung der beiden Partner. Der nicht sonderlich gute Ruf von Hybriden zeigt, dass die bekannt gewordenen Inkarnationen eher als eine klangliche Verschlechterung denn als Verbesserung angesehen werden. Fans von Vollbereichs-ESLs schätzen deren bruchlose Darstellung meist mehr als die höhere Dynamik und tonale Ausgewogenheit und leichtere „Antreibbarkeit“ des Hybriden.
(Anmerkung: Neben diesen beiden Ausführungsformen gibt es noch 2- oder Mehrwege-ESLs mit mehreren physikalisch eigenständigen Panelen, die ich nicht in die Gruppe der Vollbereichswandler zähle. Diese bespreche ich in dem Text nicht näher, da sie die Probleme der Basswiedergabe und die Probleme des Überganges zwischen den einzelnen Zweigen vereinen statt lösen.)

Leider führten die mehrzahlig suboptimal ausgeführten Hybrid-Lösungen zu einer Legendenbildung.
„Träge Pappe und schnelle Folie lassen sich nicht vereinen“, ist oft zu hören, und so ist es leider auch durch Presseartikel wiederholt lanciert worden. Dass diese Behauptung einer signaltheoretischen Betrachtung nicht standhält, sei nur am Rande bemerkt. Zum Glück gibt es Zeitgenossen, die sich davon überzeugen lassen, dass Glaube und Wahrheit durchaus Gegensätze sein können.

Primus Optimus Hybridicus

Es gibt in erster Näherung zwei Gründe, die eine nahtlose Integration verhindern:
a) asymmetrische akustische Filterflanken der Frequenzweichenfunktion und
b) deutlicher Bruch in der Abstrahlcharakteristik im Übergangsbereich der Frequenzweiche

zu a) ESL-Panele weisen typischerweise eine starke Grundresonanz und einen sehr steilen Abfall im Amplitudengang unterhalb davon auf. Werden sie nah an bzw. sogar bis in Resonanz herunter betrieben, so erzeugt selbst ein flaches 6dB/Okt-Filter (elektrisch) eine steile Flanke von vielleicht 36-48dB/Okt akustisch. Der Bass läuft unbeschaltet dagegen ziemlich linear meist noch 1-2 Oktaven über die Trennstelle hinaus. Seine akustische Filterflanke entspricht dann weitgehend der elektrischen Filterfunktion. In passiver Ausführung sind selten mehr als -12dB/okt zu finden. In aktiver Technik sind größere Flankensteilheiten häufiger anzutreffen. Akustisch ergeben sich also gerade bei passiven Versionen stark unterschiedliche Filterverläufe, die auffällig werden.

zu b) Hohe schlanke Panele strahlen über nahezu ihren kompletten Arbeitsbereich eine dipolare Zylinderwelle (dpZw) in den Raum, währen der Bass in seinem Arbeitsbereich monopolar also weitestgehend kugelförmig abstrahlt und oft erst oberhalb der Trennstelle Bündelung beginnt. Bei diesen Formen der Abstrahlung ist die Anregung des Raumes und seiner Moden unterschiedlich. Genau genommen arbeitet der Monopol (Druckwandler) dort gut, wo es für die dpZw (Schnellewandler) ungünstig ist und umgekehrt. Stehen beide Schallquellen an der gleichen Position dann ist die Bandbreite von "einer steht optimal, der andere völlig verkehrt" bis zu "beide stehen halbwegs OK bzw. verkehrt" möglich. Die Variante "beide stehen optimal" trifft dagegen nicht zu!

Weiter kommt hinzu, das eine dpZw eine andere Schallpegelverteilung über die Entfernung aufweist als der Monopol. Beim Monopol nimmt ab der Membranoberfläche - beginnend mit Entfernungsverdopplung - die Schallintensität um -6dB ab. Bei der dpZW nimmt sie zunächst zu, erreicht zwischen 2 und 4m (bei Panelen >80cm Höhe) ihr Maximum und nimmt darüber hinaus mit nur -3dB pro Verdopplung des Abstandes wieder ab. Die Zahlen gelten streng genommen nur fürs Freifeld, der Effekt als solches ist aber in jedem Raum hörbar bzw. messbar und macht sich in lang gezogenen Räumen besonders bemerkbar. Die dpZw leuchtet den Raum in der Tiefe viel gleichmäßiger aus. Das Problem ist nun offensichtlich. Es gibt streng genommen nur eine einzige Hörentfernung, bei der die Pegelverhältnisse übereinstimmen. Sitzt man zu nah, ist der Bass zu laut, sitzt man entfernter, ist das Panel zu laut.

veni vidi hybri

Problem a) ist mit elektronischen Mitteln relativ einfach zu lösen, vor allem, wenn aktiv gefiltert wird, wo hohe Flankensteilheiten einfacher zu realisieren sind als auf passivem Weg und wo sie auch imagemäßig viel akzeptierter sind. Steile Filter führen jedoch erhöhten ungleichmäßigen Gruppenlaufzeitwerten und müssen daher sehr sorgfältig dimensioniert werden. Das gilt für analoge Weichen und digitale IIR-Filter. Digitale Weichen mit FIR-Filterung erlauben dagegen sehr steilflankige Filter und niedrigste Gruppenlaufzeiten, sind aber in puncto Kosten und Bedienbarkeit derzeit noch eine gänzlich andere Klasse.

Problem b) lässt sich nur durch ein geeignetes Basskonzept erzielen. Der dpZw des Panels müsste sich eine dpZw des Basses anschließen. Fast zwangsläufig führt das zu einem Dipol-Bassturm ausreichender Höhe. Damit ist eine dpZw bis etwa 100Hz herunter machbar, die zum Tiefbass dann allmählich in dipolare Keulen, bzw. dipolar kugelig übergeht. Entscheidend ist, dass im Übergangsbereich kein starker Bruch des Abstrahlcharakters auftritt. Erfolgt die Transition ausreichend sanft, bleibt der Übergang akustisch unauffällig.

Insofern sind Bemühungen mit einfachen Dipolbässen oder anderen gerichtet abstrahlenden Bässen vorteilhafter als einfache herkömmliche Systeme. Geschlossene geregelte Systeme wären sicher ebenfalls ein Schritt in Richtung Angleichung der Abstrahlung, da sie im Übergangsbereich der Weiche eine zylindrische Abstrahlung aufwiesen.
(Anmerkung: Erinnert sei an die „Tannenbäumchen“ der Zeitschrift Audio und Diagrammen in PA-Magazinen wie Production Partner.)

Erfüllt der Hybrid eine oder beide Bedingungen nicht hinreichend, dann zerfällt das Klangbild, und es entsteht tatsächlich der Eindruck, dass immer zwei getrennte Einheiten spielen statt einer einzigen und dass der Bass immer irgendwie hinterschleppt. Der Eindruck „träge Pappe und schnelle Folie“ drängt sich verständlicherweise auf, allein der daraus gezogene Schluss ist inkorrekt.

Sonus tonus uftata

Der Dipolbass ist durch seine sehr präzise schlackenlose Wiedergabe auch klanglich eine hervorragende Ergänzung zum ESL. Die Gruppenlaufzeit ist ein gutes Maß zur Beurteilung der Basspräzision. Im üblichen Hörraum werden GLZ ab etwa 10ms wahrnehmbar und mit steigender GLZ wird der Basseindruck immer verwaschener und dröhniger. Dipole liegen mit 6ms knapp vor geschlossenen Boxen mit 8-10ms. Bassreflex ist selten unter 15ms zu finden, gekoppelte Bandpässe noch schlechter. Allerdings ist das Klangbild von Dipol-Bässen insofern für manch Einen gewöhnungsbedürftig, dass sie nur Kontur aber keinen Druck im Tiefbass erzeugen. Das erzeugen akustische Instrumente zwar auch nicht (weder Kontrabass noch Orgel) aber bei elektronischer Musik vermisst man gerade in großen Räumen schon mal den gewohnten Druck. Das liegt auch an einem weiteren Phänomen des Dipols. Er regt den Druckkammereffekt nicht an, der bei Monopolen für einen Schalldruckanstieg unterhalb der niedrigsten Raummode sorgt. Es kommt – in der Theorie - sogar gar nichts mehr. In der Praxis bleibt zwar ein kleiner Rest, das gewohnte mächtige Fundament fehlt jedoch.

Ein oder mehrere Subwoofer eher klassischer Machart drängen sich als Lösung auf. Entgegen den üblichen Subs (Monopole), die durchaus bis 100Hz und höher übertragen, müssten es konsequenterweise Subs sein, die nur(!) unterhalb der niedrigsten Raummode arbeiten. Die obere Trennfrequenz sollte daher deutlich unter 60Hz liegen. Dann regt der Sub die Raummoden nicht mehr an, aber den „energiesparenden“ Druckkammereffekt, mit der Folge, dass nichts dröhnt und die Platzierung des Subs im Raum eine untergeordnete Rolle spielt bzw. der Sub da platzierbar ist, wo er bestens funktioniert. Unterschiedliche Laufzeiten spielen in der Subkontraoktave praktisch keine Rolle. Ein leistungsfähiges FIR-Digitalfilter könnte aber da noch Laufzeiten und Gruppenlaufzeiten korrigieren.

©Calvin
01/2010

[schauki]

Hallo!

Die GLZ analoger oder digital IIR Systeme haben einen starren Zusammenhang Amplitude und Phase. D.h. ein Lautsprecher ist von Haus aus minimalphasig. So wird z.B. ein geschlossener Subwoofer und ein Bassreflexsubwoofer beide mit analog/IIR EQs auf gleichen Amplitudengang auch immer die gleiche GLZ aufweisen.

Ohne Entzerrung entscheidet das Prinzip über Amplitudengang und demnach (bzw. halt zwingend) auch die Phase bzw. Gruppenlaufzeit.

Die Idee mit den Subs im Druckkammerbereich ist gut, leider in der Praxis halt zu weit unten. Kleinere Räume als welche mit zumindest in einer Dimension 5m sind ja kaum zu finden, und das sind dann halt so ~34Hz - aber sofern FIR verfügbar und dort einem etwas abgeht natürlich eine nebenwirkungsfreie Sache.

Eine weitere Sache, die passen würde, wäre das DBA, natürlich auch mit einer oberen Grenzfrequenz. Über 100Hz aber eigentlich nur in DIY machbar bzw. nur auf Anpassung auf den Raum, das geht leider nicht mehr von der Stange, was für einen Hersteller nicht unwichtig ist.

Bzgl. Abstrahlung allgemein: Ist die Krux wirklich im nur im Übergang zu finden (suchen)?
Klar, eine 2m hohe ESL bündelt vertikal stärker/früher als ein 38cm Konus. Aber es geht ja, sofern man ohnehin mit so raumhohen Teilen arbeitet, um eine vertikale Spiegleung an Boden/Decke, d.h. die Zylinderwelle ist als so gut anzusehen, dass es ein vertikales Abstrahlverhalten ja erst gar nicht "gibt". Somit interessiert doch vorrangig das horizontale. Und dieses ist abhängig von der Breite.

Wie du schon geschrieben hast, ist mit verschachtelten ESLs möglich hier manches zu gestalten. Aber will man nun über den Dipol hinausgehende (will man das überhaupt??) Bündelung dann brauchts halt auch vergleichbar breite Schallwände wie bei dynamischen LSP?

Interessant dazu wäre natürlich ein ESL mit z.b. Gesamtbreite 60cm und jew. 5mm breiten Einzel ESLs die man ja nach Bedarf ansteuern kann. Jetzt mal Dipol außen vor, kann man so von breiter Abstrahlung (HT macht nur der innere 5mm Streifen), bis recht hoher Bündelung (HT wird von vielen Streifen gespielt) so ziemlich alles machen was man will.

So meine Gedanken.

mfg