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Bircher & Müller
Lautsprecher mit
Intelligenz
























...Steigerung der Präzision bei
der Musikwiedergabe, ...
































...Reduzierung von Eigenklang
des Lautsprechers, ...























...um als Ziel die Emotionen
der Musik möglichst unverfälscht
zu vermitteln.



Sensorgeführte Regelung bei Aktivlautsprechern



Die Verbindung von Mechanik und Elektronik ist in vielen Bereichen der Technik ein Schlüssel zu höherer Leistungsfähigkeit. Gerade dort, wo die Mechanik an prinzipielle Grenzen stößt, kann die Elektronik Bereiche erschließen, die ohne Elektronik niemals erreichbar wären. So war es nur mit elektronischer Regelungstechnik möglich, ein Antiblockiersystem für Automobile zu entwickeln und bei modernen astronomischen Teleskopen verbessern elektronisch gesteuerte Aktuatoren die Präzision und Abbildungsqualität der Optik. Ähnliche Möglichkeiten hat man bei Aktivlautsprechern.



Technisch gesehen ist ein Lautsprecher ein ganz spezieller Linearmotor. Und wie bei jedem Linearmotor kann man Geschwindigkeit, Beschleunigung und zurückgelegte Wegstrecke messen. Dass sich bei der Wiedergabe von Musik die Membran in Form von Schwingungen bewegt, ändert daran nichts: Die Geschwindigkeit und die Bewegungsrichtung ändern sich eben dauernd, die Position hat eine Mittelstellung, ein vorderes und ein hinteres Maximum und es wirkt ständig eine Beschleunigung von schnell wechselnder Größe und Richtung, die die Membran abwechselnd antreibt oder abbremst. Die Problematik ist bei konventionellen Lautsprechern wie bei geregelten Aktivlautsprechern gleich. Die Daten, die in der Praxis vorkommen, hängen von der Bauart eines Lautsprecherchassis und vor allem von der Verstärkerleistung ab. Kurzzeitige Spitzenwerte der Geschwindigkeit betragen bei einem Tieftöner etwa 2 Meter pro Sekunde, und die Beschleunigungen können mehr als 500g (!) betragen. Bei Mittel- und Hochtönern sind die Geschwindigkeiten geringer, die Beschleunigungen dafür aber noch größer. Wie bei jedem elektrisch angetriebenen Motor darf niemand ernsthaft erwarten, dass die angelegte elektrische Spannung exakt in die entsprechende Geschwindigkeit umgesetzt wird. Die bewegten Teile brauchen nämlich trotz der hohen Beschleunigungen eine bestimmte Zeit, bis sie die Endgeschwindigkeit erreicht haben und auch die Endgeschwindigkeit weicht von der Sollgeschwindigkeit ab, da Reibung, Dämpfung und elastische Teile der Aufhängung bremsende Wirkung haben.



Ungeregelte Lautsprecher bestimmen im Gegensatz zu geregelten Aktivlautsprechern die Membranbewegung allein durch die Größe der angelegten elektrischen Spannung. Eine HiFi-gerechte Genauigkeit hängt dann ganz davon ab, die mechanischen Einflüsse zu verringern und soweit diese bekannt sind, bei der Konstruktion mit zu berücksichtigen. Dazu werden einige elementare Einflussgrößen gemessen (Dämpfung, Elastizität und Membrangewicht) und berechnet, wie diese Größen die Bewegung beeinflussen. Hier müssen allerdings bereits starke Einschränkungen gemacht werden, damit das Verhalten vorhersehbar bleibt: Man nimmt zum Beispiel an, die Masse sei völlig starr und Dämpfung sowie Federkräfte seien konstant. In Wahrheit ist die Membran auch in sich elastisch (was wie eine sich verändernde Masse wirkt), die Dämpfung hängt von der Temperatur, der Auslenkung und verschiedenen Materialeigenschaften ab und die elastischen Kräfte stammen von verschiedenen Teilen der Konstruktion mit jeweils anderen Kennlinien und ändern sich mit der Alterung des Lautsprechers. Die vielen unterschiedlichen Lautsprecherkonstruktionen bieten nun
verschiedene näherungsweise Lösungen für die einzelnen Teile dieses
Themenkomplexes an.



Im Gegensatz zu einem gut konstruierten Aktivlautsprecher bleiben bei einem ungeregelten Lautsprecher nicht nur die real existierenden Abweichungen vom theoretischen Ideal weitgehend unbeachtet, sondern auch das, was die Regelungsechnik "Störgrößen" nennt. Dazu ein einfaches Beispiel: Mit Hilfe der oben erwähnten Größen ("Thiele-Small-Parameter") wird ein Dämpfungsmaterial für den Innenraum des Lautsprechergehäuses bestimmt. Nun reflektiert das Gehäuse einen Teil der nach innen abgestrahlten Schallenergie zur Membran zurück und beeinflusst dadurch deren Bewegung. Um diese Reflexion zu unterdrücken braucht man wieder eine bestimmte Menge an Dämpfungsmaterial in der Box. Diese Menge ist aber erheblich anders als die ursprünglich für eine korrekte Abstimmung der Grundresonanz berechnete Menge. Solche Widersprüche können zwar alchemistischen Eifer beflügeln, zeigen aber in Wahrheit nur, dass komplexe Aufgabenstellungen nicht mit eingleisig linearkausal gedachten Ansätzen zu lösen sind.



Die bei Aktivlautsprechern einsetzbare Regelungstechnik bietet hingegen die Möglichkeit der Vernetzung. Es gibt hier eben nicht nur die Einbahnstraße vom Vorverstärker über Endstufen zum Lautsprecher, sondern Verbindungen, die vom Ende dieser Kette zurück zur Eingangsstufe führen. Sensoren messen Ströme, die tatsächlich durch den Lautsprecher fließen und registrieren, wie sich die Membran in jedem Augenblick tatsächlich bewegt. Die Geschwindigkeit der Elektronik, die diese Signale auswertet, ist dabei um Größenordnungen höher als die schnellsten Bewegungen der Membranen. Wegen der innigen Vernetzung von Mechanik und Elektronik sollte man dabei die einzelnen Bereiche, wie zum Beispiel Endstufe, Lautsprecherchassis, Sensorik oder Regelstrecke nicht einzeln, sondern nur als Gesamtsystem betrachten.



Das menschliche Gehör besitzt die hochentwickelte Fähigkeit, Klänge zu analysieren, also beispielsweise Geräusche bestimmten Materialien zuzuordnen. Einzelne Materialien oder Materialkombinationen sind für das Ohr über einen komplizierten Auswerteprozess erkennbar an ihrem Klang, der durch bestimmte Materialeigenschaften festgelegt ist. Werden nun durch eine elektronische Regelung bestimmte Merkmale (z.B. in Frequenzgang, Zerfallspektrum oder Phasenverhalten) entfernt, dann werden nicht mehr diese lautsprechertypischen Klangstrukturen registriert sondern als Schallquelle wird folglich immer weniger der Lautsprecher und immer mehr die wiedergegebene Musik erkannt und erlebt. So befreien unsere Aktivlautsprecher von störenden Klangelementen und bieten eine drastisch gesteigerte Musikwiedergabequalität.










Intelligente Sensorregelung bei Aktivlautsprechern als
Schlüssel
zu höherer
Leistungsfähigkeit zur...





























...Verhinderung von dröhnender, mulmiger Wiedergabe, ...


























...Erkennung und Korrektur von Fehlern, ...