Bevorzugt man eher dezente Pegel, dann tut es auch eine Fünf-Watt-Triode
Alle unsere Messungen werden mit dem PC-basierten Messsystem „Monkey Forest“ mit einer Auflösung von 1 Hz oder kleiner bei einer Abtastrate von 96 kHz durchgeführt. Als Messmikrofon wird eine B&K-Kondensatorkapsel des Typs 4939 mit ¼ Zoll Durchmesser eingesetzt sowie ein Impedanzwandler des Typs 2670. Zusammen mit einer Kompensationsdatei erlaubt diese Kombination präzise Messungen bis 40 kHz. Die Signale des Messmikrofons werden mit einem B&K-Messverstärker des Typs 2610 verstärkt, bevor sie von einem hochpräzisen 24 bit/96 kHz- Messfrontend für die Messsoftware zugänglich gemacht werden. Auf der Ausgangsseite stehen bei der Standardmessung für passive Lautsprecher zwei kleine 20-Watt-Messverstärker zur Verfügung. Wenn es einmal ernst wird und Bedarf nach viel Leistung bestehen sollte, kommen eine Crown Reference I oder eine Crown I-T12000 HD zum Einsatz. Aktive Lautsprecher werden direkt aus dem Messfrontend mit einem Line- Pegel-Signal analog symmetrisch angesteuert.
Der Messraum ist als reflexionsarmer Halbraum mit einem absolut schallharten Granitboden aufgebaut und ermöglicht Freifeldbedingungen ab ca. 100 Hz aufwärts. Das Messmikrofon wird immer auf dem Boden platziert, sodass es für das Mikrofon keine sichtbaren Reflexionen von der Bodenfläche gibt. Messungen für den Frequenzbereich unterhalb von 100 Hz werden als Nahfeldmessungen direkt vor den Quellen durchgeführt und später in der Software mit der Fernfeldmessung automatisch kombiniert. Die Messentfernung sollte einer typischen Hördistanz entsprechen und kann maximal 8 m betragen. Kleine Lautsprecher werden meist in 2 m Entfernung, größere in 4 m oder 8 m Entfernung gemessen.
Mit der Voxativ PI stand erstmals ein Breitbandsystem im FIDELITY-Testlabor. Breitbandlautsprecher werden von ihren Liebhabern vor allem für die kompromisslose Abstrahlung aus einer Quelle geschätzt, wobei man einige Nachteile anderer Art wie die stark gebündelte Abstrahlung der Höhen, schwache Bässe und eher geringe Maximalpegel meist irgendwie in Kauf nimmt. Hier soll die Voxativ PI Abhilfe schaffen und in allen genannten Schwachpunkten nicht nur Verbesserungen bringen, sondern sogar zu neuen Höchstleistungen auflaufen. Wie kann das gehen? Die Erklärung steckt bereits ein wenig in der Historie der Voxativ- Systeme, deren Chassis nur unschwer als Nachfahren der berühmten Lowther-Systeme von Paul Voigt aus England zu erkennen sind. Paul Voigt entwickelte seine Chassis in den 50er Jahren, als Verstärkerleistung noch ein eher seltenes Gut war und somit eine hohe Sensitivity bei Lautsprechern ganz vorne auf der Wunschliste stand. Inès Adler mit ihrer in Berlin ansässigen Manufaktur Voxativ hat die Grundprinzipien von Paul Voigt wieder aufgegriffen und mit modernen Mitteln und Methoden ein Breitbandchassis entwickelt, das zum Thema Breitbänder neue Perspektiven eröffnen soll. Wie macht man das? Benötigt wird ein nicht zu kleiner Treiber, dessen Membran auch hohe Frequenzen noch gut abzustrahlen in der Lage ist. Für eine hohe Sensitivity muss der Antrieb möglichst kräftig und die bewegte Masse gering ausfallen. Der kräftige Antrieb setzt einen engen Luftspalt und eine kurze, leichte Schwingspule voraus. Umso nicht nur ein gutes Mitteltonsystem zu kreieren, bedarf es dann noch eines Horns für die Basswiedergabe, womit der Treiber auch bei geringen Auslenkungen in die Lage versetzt wird, hinreichende Schalldrücke zu erreichen. Bei Voxativ wurden diese Anforderungen in Form eines 7,5″-Chassis umgesetzt, dessen Membran noch mit einem Schwirrkonus für eine bessere und weniger gebündelte Höhenwiedergabe und einem kleinen Phaseplug in der Mitte ausgerüstet wurde. Basierend auf diesem Grundkonzept entwickelte das Team um Inès Adler in den vergangenen Jahren bei Voxativ eine ganze Reihe von Treibern, die sich vor allem in der Antriebseinheit unterscheiden. Hier gibt es Modelle mit Ferrit-, Neodym- und Alnico-Magneten sowie zwei ganz außergewöhnliche Varianten mit Feldspulen. Alle Lautsprechersysteme von Voxativ sind nach dem Prinzip des Direktstrahlers mit einem Back-Loaded- Horn aufgebaut. Ganz neu hinzugekommen ist das Modell PI (griechisch „?“). Die PI wird alternativ mit einem Ferrit- oder Neodym-Treiber bestückt und verfügt aufgrund ihrer kompakten Abmessungen nur über ein eher kurzes Horn, das sich ausgehend von der oben liegenden Treiberkammer nach unten hin öffnet und über die seitlichen rundum liegenden Öffnungen am Boden des Gehäuses abstrahlt. Aufgrund der limitierten Abmessungen kann das Horn nicht als echtes Basshorn betrachtet werden, sondern eher als eine Art Mischung aus Bassreflexresonator, Bandpasskammer und Hornansatz. Bei Voxativ bezeichnet man das als AST („Acoustic Stealth Technology“). Um auch noch das letzte bisschen Sensitivity aus der Box herauszuholen, wurde auf Dämmmaterial in der Box völlig verzichtet, was sicherlich ein diskussionswürdiger Punkt ist. Während des Tests stellte sich heraus, dass die zwangsläufig entstehenden Gehäuseresonanzen durch einen soliden Stand des Gehäuses zumindest darin gehindert werden, die Gehäusewände als solche anzuregen. Filter gibt es bei Voxativ nicht, weder passive noch aktive noch digitale. Der Ansatz lautet immer, zunächst zu versuchen, mögliche Probleme im Kern der Sache akustisch zu lösen und nicht die Symptome mit Filtern zu korrigieren. Das ist grundsätzlich zu befürworten.
Nachdem wir uns alle konstruktiven Besonderheiten und Leckerbissen der Voxativ angeschaut hatten, ging es nun mit dem PI-Pärchen ins Aachener Messlabor, wo der nicht ganz alltägliche Lautsprecher bereits mit großer Spannung und Neugierde erwartet wurde. Geliefert wurde die PI mit Ferrit-Chassis und zwei zusätzlichen, alternativ einzubauenden Neodym-Treibern.
Elektrische Impedanz
Beginnend mit der elektrischen Impedanz in Abbildung 1 zeigt die PI hier einen für eine Bassreflexbox typischen Verlauf, wenngleich sie keine echte Bassreflexbox ist. Vom Grundsatz her bleibt aber das Prinzip eines akustischen Resonators, der von der Membranrückseite angetrieben wird. Die Resonanzfrequenz liegt in der Mitte zwischen den beiden Peaks bei ca. 80 Hz. Zu den hohen Frequenzen hin steigt die Impedanzkurve nur ganz geringfügig an, was durch eine niedrige induktive Komponente erreicht wird und eine kräftige Höhenwiedergabe bewirkt.
Frequenz- und Phasengang
Wirklich interessant wurde es dann bei der ersten Frequenzgangmessung. Gemessen wurde unter Freifeldbedingungen in einem Halbraum auf schallhartem Boden. Der Messabstand betrug 4 m mit dem Messmikrofon auf der Mittelachse des Treibers. Abbildung 2 zeigt die Ergebnisse für beide Treibervarianten mit Ferrit und Neodym. Der Verlauf ist im Prinzip identisch mit einem Plus in der Sensitivity für das Neodym- Modell von 1,5 dB.
Die Sensitivity des Treibers mit einer kontinuierlich ansteigenden Kurve von ca. 93 dB bei 200 Hz bis auf 110 dB (!) bei 10 kHz ist, verhalten ausgedrückt, spektakulär. Oberhalb von 10 kHz fällt die Kurve dann bis auf einen schmalen Einbruch bei 14,1 kHz gleichmäßig wieder ab. Auch das ist erwähnenswert, wenn man bedenkt, dass wir es hier mit einem 7,5″-Chassis zu tun haben. Schaut man bei den tiefen Frequenzen, dann gibt es bei 100 Hz noch mal einen eher schmalen Anstieg bis auf 100 dB, darunter fällt die Kurve dann mit 24 dB/Oct. ab. Echten Tiefbass kann man der PI somit nicht entlocken. Das relativiert sich aber beim Betrieb in normalen Räumen, wo je nach Aufstellung und Raummoden die Raumakustik der Box wieder auf die Sprünge hilft (siehe auch Messung im Hörraum in Abbildung 11).
Ein Pegelanstieg um mehr als 10 dB von den Tiefen zu den Höhen wirft jedoch zunächst einmal auch die Frage auf, wie das ohne Mithilfe von elektrischen Filtern klingt. Hat man sich vorher noch gefragt, wie man die PI wohl am besten so aufstellt, dass der Treiber 50 cm über dem Boden der Box in Ohrhöhe kommt, dann klärt sich diese Frage jetzt zusammen mit dem Frequenzgang. Bewegt man sich aus der Mittelachse heraus, dann verschwindet die Hochtonüberhöhung zügig, wie die unter einem Winkel von 20° außerhalb der Mittelachse gemessene grüne Kurve in Abbildung 2 zeigt. Stellt man die PI also etwas zu tief auf, dann relativiert sich der Verlauf auf natürlichem Wege.
Nicht ganz unkommentiert bleiben sollten die scharfen, schmalen Gehäuseresonanzen bei 620 Hz, 1,22 kHz und noch zwei weiteren höheren Frequenzen. Deren Ursache dürfte darin zu suchen sein, dass keinerlei Dämmmaterial verwendet wurde. Da der Einsatz von Dämmaterial dem Wirkungsgrad Abbruch tun würde, entschied man sich in Berlin dafür, es wegzulassen. Die Auswirkungen in der Praxis sind weniger tragisch, als die Einbrüche im Frequenzgang zunächst vermuten lassen.
Sprungantwort
Die auf der Mittelachse gemessene Sprungantwort der PI ist geprägt von einer kräftigen Höhenbetonung. Das tieffrequente Einschwingen fällt dementsprechend schwach im Vergleich zum ersten scharfen Peak aus. Die drei kleineren Peaks korrespondieren mit dem Verlauf der Phase in den Höhen, die hier nicht ganz konstant ist und zu geringfügigen zeitlichen Verschiebungen führt. In Relation zu einem Mehrwege-System ist die Sprungantwort jedoch weiterhin sehr homogen.
Spektrogramm
Das Spektrogramm der PI zeigt die vier schon bekannten Gehäuseresonanzen und eine kräftigere Resonanz bei 100 Hz durch die AST bzw. den Bassreflexresonator, die man als gewollt betrachten muss. Die vier Gehäuseresonanzen fallen schmal aus, was den Eindruck bestätigt, dass ihre Auswirkungen in der Praxis eher zweitrangig sind. Seitens Voxativ wurde auch schon angedeutet, dass man über eine optionale Nachrüstung mit Dämmmaterial nachdenkt. Der Anwender sollte jedoch nicht versuchen, einfach nur irgendwie Dämmmaterial in das Gehäuse einzubringen, da sonst der Charakter der Box nachhaltig gestört werden könnte.
Überraschend gut fällt das Spektrogramm oberhalb der Gehäuseresonanzen aus, wo sich die Membran trotz ihrer Größe nahezu perfekt verhält. Vermutlich gelingt es hier gut, die Außenbereiche der Membran zu den hohen Frequenzen hin kontrolliert abzukoppeln, sodass die Mitte bzw. der Schwirrkonus ungestört agieren können.
Isobaren
Beim Thema Directivity sind die Möglichkeiten für einen direkt strahlenden Breitbänder recht eingeschränkt. Aufgrund der großen Membranfläche kommt es zu einer mit der Frequenz kontinuierlich zunehmenden Bündelung der Schallabstrahlung. Dem kann man in eher engen Grenzen entgegenwirken, wenn es gelingt, die Außenbereiche der Membran zu den Höhen hin „mechanisch“ abzukoppeln. Die bei manchen Tieftönern auf der Membran zu findenden Ringe werden z. B. hierzu eingesetzt. Der Treiber der PI verwendet einen sogenannten Schwirrkonus, der, kleiner als die normale Membran, ohne äußere Einspannung auf die große Membran aufgesetzt ist und bevorzugt die hohen Frequenzen abstrahlen soll, während man versucht, die große Membran mechanisch durch die Art der Befestigung an der Schwingspule abzukoppeln. Neben der Membrangröße spielt bei tieferen Frequenzen auch noch die Ausdehnung der Frontplatte eine Rolle für das Abstrahlverhalten.
Die Ergebnisse für die Messungen des horizontalen und vertikalen Abstrahlverhaltens zeigen die Abbildungen 6 und 7 in der Isobarenform. Oberhalb von 2 kHz setzt in beiden Ebenen eine verschärfte Bündelung ein, weshalb bei den hohen Frequenzen noch ein Öffnungswinkel (– 6 dB) von ca. 30° abzulesen ist. Wie bereits zu Beginn angesprochen, ist die günstigste Hörposition ohnehin eher etwas außerhalb der Mittelachse, sodass sich der Hochtonfrequenzgang über das Abstrahlverhalten und die Winkelung der Box zum Hörerplatz in gewisser Weise einstellen lässt.
Paarabweichung
Zu den die handgefertigten Chassis der Voxativ-Lautsprecher stellt sich einem Außenstehenden unweigerlich die Frage, wie es hier mit Fertigungstoleranzen im Vergleich zu Großserienprodukten aussieht, die täglich zu Hunderten aus einer unermüdlich immer gleich agierenden Fertigungsstraße fallen. Abbildung 8 zeigt dazu die Differenzfunktion der Frequenzgänge der beiden zum Test gestellten PIs. Die Kurven wurden dazu zunächst mit 1/3 Oct. Breite geglättet und dann durcheinander dividiert. Die maximale Abweichung liegt demnach bei 1,1 dB, was als gut vertretbar und für die Anwendung als unproblematisch eingestuft werden kann.
Maximalpegel und Verzerrungen
Im Vorfeld der Messungen entstand unabhängig von den PIs eine Diskussion über notwendige Verstärkerleistungen, um Musiksignale mit unverfälschter Dynamik wiedergeben zu können. Nehmen wir als Beispiel eine typische HiFi-Box mit einer mittleren Sensitivity von 83 dB 1 W/1 m. Für sie wird für einen mittleren Abhörpegel (Leq) von 85 dB in 4 m Entfernung eine mittlere Leistung (PRMS) von 25 W benötigt. Geht man jetzt davon aus, dass bei guten unkomprimierten Aufnahmen die Signalspitzen um mindestens 12 dB über dem Mittelwert liegen, dann wird dafür bereits eine Leistung von 400 W erforderlich, wo für viele HiFi-Verstärker die Luft bereits dünn wird. Nur 3 dB größere Spitzenwerte verlangen dann nochmals eine Verdopplung der Leistung. Selbst wenn die Leistung auf elektrischer Seite zur Verfügung steht, stellt sich dann noch die Frage nach der Powercompression durch die Lautsprecher bei so hohen Leistungswerten, womit die Signaldynamik dann auch wieder beschnitten wird. Liegt die mittlere Sensitivity des Lautsprechers jetzt anstatt bei 83 bei 97 dB, so wie bei den PIs von Voxativ, dann kommt man für gleiche Schalldruckwerte mit einer um den Faktor 25 geringeren Leistung aus. Das bedeutet: Die PIs sind nicht nur bestens geeignet für eher leistungsschwache Verstärker – wie es viele Röhrenendstufen prinzipbedingt sind –, sondern auch für die Wiedergabe mit hoher Signaldynamik. Genau hier liegt auch der oft geschilderte Unterschied, wenn Lautsprecher zwar neutral und irgendwie schön klingen, aber trotzdem nicht ansprechend sind in ihrer Wiedergabe, wo also einfach die Dynamik im Signal verloren geht. Für die Praxis folgert man daraus, dass Lautsprecher mit einer hohen Sensitivity hier einen grundsätzlichen Vorteil bieten. Falls sich die Sensitivity dann doch eher in normalen HiFi-Größenordnungen von 85 dB 1 W/1 m abspielt, hilft nur möglichst viel Verstärkerleistung, wobei es ohne Weiteres einige 100 W sein dürfen. Die Leistung muss dabei keinesfalls konstant geliefert werden, wie man es immer wieder hört. Es reicht völlig aus, wenn der Verstärker die hohen Spannungen und Ströme für wenige Sekunden aufrechterhalten kann.
Zurück zu den Lautsprechern. Es stellt sich noch die Frage, in welcher Qualität diese den hohen Schalldruck umzusetzen in der Lage sind. Wir betrachten dazu eine Messreihe aus Abbildung 9, bei der Verzerrungsgrenzwerte von 3% und 10% vorgegeben wurden und dann ermittelt wurde, welchen maximalen Schalldruck der Lautsprecher dabei bezogen auf 1 m Entfernung unter Freifeldbedingungen erreicht. Zusätzlich gibt es in diesem Messalgorithmus noch eine Leistungsbegrenzung, um wenig verzerrende Lautsprecher nicht irgendwann durch eine Überlastung zu zerstören. Die Messung erfolgt dabei mit 185 ms langen Sinusburst-Signalen. Für die PI betrug die maximal zugeführte Leistung 25 Watt, das heißt dort, wo beide Kurven zusammenfallen, wurde die Messung durch den Leistungswert begrenzt und nicht durch die Verzerrungen.
Die zusätzlich eingezeichnete grüne Kurve zeigt den rechnerisch möglichen Wert, der sich aus der Sensitivity von 1 W/1 m und der maximalen Leistung von 25 W (+ 14 dB) ergibt. Oberhalb von 300 Hz wird dieser rechnerische Wert auch nahezu konstant erreicht. Bei tiefen Frequenzen kommt schließlich irgendwann auch die dafür notwendige größere Membranauslenkung ins Spiel, die dann zu Verzerrungen führt. Wie sich aus den Kurven entnehmen lässt, ist die PI somit für 105–110 dB in weiten Bereichen gut und legt in Höhen dann nochmals um 10 dB zu, was sich außerhalb der Mittelachse mit dem Frequenzgang allerdings auch wieder entsprechend relativiert. Mit einem soliden 30-Watt-Verstärker erlauben die PIs schon eine entspannte und verzerrungsarme Live-Dynamik.
Die zweite Messreihe zum Thema Verzerrungen beschäftigt sich mit den Intermodulationsverzerrungen. Der Lautsprecher wird dazu mit einem Multisinussignal, bestehend aus 60 Sinussignalen in 1/6 Oct. Abstand, belastet. Die spektrale Zusammensetzung dieses Signals entspricht einem mittleren Musikspektrum nach EIA-426B, der Crestfaktor liegt bei praxisgerechten 12 dB. Ausgewertet wird anschließend, welche nicht zum Anregungssignal gehörenden Komponenten, also Verzerrungen der Lautsprecher für dieses Signal erzeugt hat. Dazu gehören die harmonischen Verzerrungen der Sinussignale und alle Intermodulationsprodukte. Für die PI wurde die Messung für einen Mittlungspegel LAeq von 85 dBA in 2 m Entfernung durchgeführt. Umgerechnet entspricht das einem Pegel von 91 dBA in 1 m Entfernung. Der dabei gemessene Peakwert LZpk lag bei 100 dB. Werte in dieser Größenordnung entsprechen einer schon recht gehobenen Abhörlautstärke. Die Verzerrungswerte betragen dann in der Summe – 20 dB (10%). Man bewegt sich damit in einer Größenordnung guter großer 3-Wege-Standboxen, was für einen Breitbänder speziell beim Thema Intermodulationsverzerrungen ein großes Lob ist.
Im Hörraum
Für einen ersten Hörtest wurden die PIs in einem akustisch stark bedämpften Hörraum mit einer konstanten Nachhallzeit von ca. 0,2 s ab 200 Hz aufwärts aufgebaut. Im Umfeld des Hörplatzes, der sich ca. 15° außerhalb der Mittelachsen der Lautsprecher befand, wurden zunächst für jede Box 30 Frequenzgänge aufgenommen und anschließend energetisch gemittelt, womit sich die durch Interferenzen bedingte Feinstruktur herausmittelt. Das Ergebnis zeigt die rote Kurve aus Abbildung 11. Aus dieser Messung wurde ein Filter (grüne Kurve) abgeleitet, der zum einen die Eigenarten des Raumes bei tiefen Frequenzen korrigiert, die Höhenbetonung der Lautsprecher ein wenig anpasst und die zwei Resonanzstellen bei 620 Hz und 1,22 kHz leicht zügelt. Als Ergebnis mit Filter stellt sich dann ein ebenfalls wieder gemittelter Verlauf entsprechend der blauen Kurve ein.
Zur Ansteuerung der PIs wurde ein McIntosh MC275 neuerer Bauart eingesetzt. Die Filter wurden als IIRFilter in einem HD2-Digitalcontroller von Four Audio umgesetzt, der das Audiosignal direkt via Dante-Netzwerk vom Medienserver erhielt.
Der sich nun einstellende Höreindruck war tatsächlich verblüffend. Der schon fast etwas überdämpfte Hörraum macht es den meisten Lautsprechern sonst eher schwer, noch eine ordentliche Dynamik zu erzeugen. Nicht so bei den PIs, die hier zusammen mit den maximalen 60–70 W der Röhrenendstufen zu echter Hochform aufliefen. Die nur kurz geplante Hörsession geriet deshalb auch deutlich länger als geplant und wurde nur durch einen nachfolgenden Termin zwangsläufig beendet. Die Wiedergabe der PIs kann mit kurzen Worten als überraschend neutral, hochdynamisch und in der Quellenortung als absolut präzise beschrieben werden. Ohne das geschilderte Filter gab es wie erwartet eine Tendenz zur Höhenlastigkeit. Die anderen Eigenschaften wurden dadurch nicht beeinflusst. Weiteres zum Thema Hörerfahrungen mit den PIs ist in Roland Krafts Artikel zur Voxativ PI zu lesen.
Fazit Messwerte
Aus messtechnischer Sicht ist die Voxativ PI schon allein aufgrund ihres ungewöhnlichen Konzeptes mit einem horngeladenen 7,5″ großen Breitbandchassis eine hochinteressante Kandidatin. Die von Voxativ herausgestellten Eigenschaften – sehr hohe Sensitivity, ausgedehnter Frequenzbereich und geringe Verzerrungen – lassen sich ausnahmslos messtechnisch gut nachvollziehen. Das gilt auch für typische Problemstellen solcher Lautsprecherkonzepte, die hier jedoch allesamt gut im Griff sind. Der kräftige Anstieg zu den Höhen im Frequenzgang auf Achse sollte für einen ausgeglichenen Höreindruck durch eine entsprechende Aufstellung und Ausrichtung ebenso berücksichtigt werden wie ein solider Stand der Boxen, um das Gehäuse zu beruhigen. Die empfohlene Verstärkerleistung liegt bei 30–100 W für denjenigen, der auch gerne einmal laut hört. Bevorzugt man eher dezente Pegel, dann tut es auch eine 5-Watt-Triode, die der PI mindestens die Dynamik entlockt, die viele moderne, schlanke HiFi- Säulen erst bei 100 W und mehr, wenn überhaupt, zu erreichen in der Lage sind.
