Idealer Lautsprecher, was steckt dahinter?

[richi44]

Der ideale Lautsprecher, zumindest im Tieftonbereich, hat keine Eigenresonanz. Und er macht genau das, was das Tonsignal verlangt. Und er interessiert sich nicht um das Gehäuse.

Das erste Bild ist die Simulation eines bestehenden Tieftonlautsprechers mit den tatsächlichen Parametern, vor allem Qts, also die Systemgüte. Diese beträgt 0,32. Das Resultat ist ein geschlossenes Gehäuse mit einer Systemgüte von 0.707 und einem Volumen von 5,7 Liter.
   
Jetzt kann man sich fragen, was passiert, wenn die Lautsprechergüte tiefer wäre, also ein Chassis wie man es in einem Radio oder einer offenen Schallwand antrifft.
   
Da die Lautsprechergüte hier mit 0,707 angenommen ist, kann die Systemgüte bei einer geschlossenen Box nicht unter diesen Wert fallen. Bei 100 Liter (gegenüber ursprünglich 5,7 Liter) ist der Verlauf prinzipiell gleich, allerdings mit einer tieferen Grenzfrequenz. Verwendet man anstelle der 100 Liter ein Gehäuse von 10'000 Liter, so ändert sich kaum etwas.
   
Dies, weil sich auch an der Gesamtgüte wenig ändert.
Das bedeutet doch, dass dieser eigentlich ideale Verlauf bei hoher Lautsprechergüte erstens zu einem ausgeglichenen und ebenen Frequenzgang führt, andererseits aber riesige Gehäuse verlangt, weil der Einfluss der eingeschlossenen Luft (zusätzliche Federwirkung) sonst eine Resonanzüberhöhung zur Folge hätte.
   
Man kann sich jetzt mal fragen, wie sowas zustande kommt.
Tatsache ist, dass die Luft im Gehäuse eine Masse hat und eine Federwirkung besitzt. Tatsache ist aber auch, dass die Lautsprechermembran (zusammen mit der Umgebungsluft) eine Masse besitzt und es „Federn“ gibt (Sicke, Zentrierung) und dass daraus ein schwingungsfähiges Gebilde entsteht. Und klar ist weiter, dass einerseits die Wirkungen des Gehäuses, also Masse der Luft und Federwirkung der Luft mit den Massen und Federn des Chassis zusammenwirken und folglich einen Einfluss auf die Resonanz und die Systemgüte haben werden.
Und ausserdem ist klar, dass z.B. eine Sicke aus einem stark dämpfenden Material mit hoher innerer Reibung die Bewegung hemmt. Dies wird deutlich in der Zahl Qtm, also der mechanischen Güte des Lautsprechers.

Hier als erstes die Daten, die beim Originallautsprecher möglich wären (Qms weicht hier vom tatsächlichen Lautsprecher ab, was aber belanglos ist).
   
Vergleichen wir diese Daten (vor allem Qes) mit jenen, wenn Qts 0,707 wäre, so ist die Abweichung bei Qes sichtbar, während Qms gleich bleibt.
   
Und nehmen wir ein Qts von 0,05 an, so sehen wir wiederum die Auswirkung auf Qes.
   
Jetzt können wir daraus schliessen, dass eine grössere Zahl bei Qts den Einfluss des Gehäuses vergrössert. Wir schliessen daraus aber auch, dass die grössere Güte einher geht mit einer schwächeren Bedämpfung. Ist also Qts gross, so wird automatisch Qes gross. Und da bei einem grossen Qts die Bedämpfung abnimmt und Qes gross wird, müssen wir daraus schliessen, dass Qes für die Bedämpfung massgebend ist. Qes ist eigentlich der elektrische Verlust. Je höher Qes ist, desto höher ist der elektrische Verlust.

Nehmen wir nochmals einen Lautsprecher mit einem schwachen Magneten, wie er in der Anfangszeit des Radios üblich war (starke Magnete waren kaum herzustellen), so ist in einem offenen Gehäuse eine recht grosse Membranauslenkung möglich und damit ein Bass, während ein geschlossenes Gehäuse nicht in Betracht kam, weil es die Membranbewegung zu stark beeinträchtigte. Jetzt die Frage, wie es zu dieser grossen Membranauslenkung kommt:
Vom Verstärker gelangt die Ausgangsspannung an die Schwingspule und lässt in ihr (dank des Drahtwiderstandes) einen Strom fliessen, der ein Magnetfeld erzeugt, das zusammen mit dem Feld des Magneten eine Auslenkung zur Folge hat. Die Kraft dieser Auslenkung hängt von der Stärke der beiden Magnetfelder ab. Um nun die Membran zu bewegen welche zusammen mit der Umgebungsluft eine bestimmte Masse hat, ist eine Kraft nötig. Und je weiter die Auslenkung oder je schneller die Auslenkung, umso mehr Kraft ist nötig. Oder anders rum: Bei einem bestimmten Strom resultiert eine bestimmte Kraft, welche eine bestimmte Beschleunigung der Masse zur Folge hat. Und damit wird klar, dass mit einer vorgegebenen Beschleunigung bei wenig Zeit (hohe Frequenz) die Bewegungsstrecke klein sein muss, bei längerer Zeit (tiefe Frequenz) die Auslenkung grösser sein kann. Und dann gibt es da noch die Strahlungsdämpfung. Und diese ist zumindest im Bass frequenzabhängig. Dies führt letztlich dazu, dass das Verhältnis Auslenkung (= verschiebbares Luftvolumen) zu Frequenz quadratisch erfolgt und damit der für uns massgebende Schalldruck frequenzlinear wird. Damit also der Schalldruck linear bleibt, darf die elektrisch erzeugte Kraft nicht zu stark werden oder richtiger gesagt stimmt diese Linearität nur, wenn der Wirkungsgrad des Lautsprechers nicht zu hoch wird.

Jetzt überlegen wir uns mal was passiert, wenn der Wirkungsgrad höher wäre. Dann würde die Schwingspule einfach nur dem Strom folgen und nichts anderes. Dies wäre dann der Fall, wenn die Schwingspule fast keinen Widerstand hätte. Und das würde bedeuten, dass bei einem angenommenen Eingangssignal ein beinahe unendlicher Strom fliessen würde und damit eine fast unendliche Kraft wirken würde. Dies hätte eine unvorstellbare Beschleunigung und damit Bewegung zur Folge. Aber diese Bewegung der Schwingspule (eines Leiters in einem Magnetfeld) führt seinerseits zu einer Spannung, welche der angelegten Signalspannung entgegen wirkt und diese fast vollständig aufhebt. Die Schwingspulenbewegung wäre damit signalspannungsabhängig, aber auch frequenzabhängig, letzteres aber mit einer Auslenkungshalbierung bei doppelter Frequenz. Nun habe ich aber eingangs des letzten Abschnittes geschrieben, dass das Verhältnis Schalldruck zu Frequenz nicht linear ist, sondern quadratisch. Nur wenn die Membranauslenkung bei doppelter Frequenz auf einen Viertel sinkt, wird die gehörte Lautstärke linear. Und dazu das folgende Bild:
   
Hier haben wir eine Güte des Lautsprechers von 0,05 was auch eine entsprechende elektrische Güte zur Folge hat. Und diese elektrische Güte würde bedeuten, dass der Wirkungsgrad dieses Lautsprechers irgendwo bei 99% liegt. Und wir sehen an dieser Kennlinie dass der Frequenzgang im Prinzip gerade verläuft, jedoch mit einem Bassabfall. Dies bedeutet auch, dass hier die Auslenkung bei hohen Tönen NUR als Folge der Gegenspannung der Schwingspule verringert wird und nicht noch als Folge der Strahlungsdämpfung. Aber dafür haben wir hier einen „linearen“ Verlauf, den wir leicht korrigieren können (einfaches RC-Glied). Und anhand des nächsten Bildes sehen wir, dass sich am Verhalten des Lautsprechers nichts ändert, wenn wir dasGehäuse vergrössern.
   
Damit ist bestätigt, dass das Gehäuse und die Strahlungsdämpfung keinen Einfluss mehr auf die Wiedergabe haben (Die entsprechenden Bilder entstammen BassCad mit unterschiedlichen Chassiseingaben). Das Problem ist nun, dass es keine Chassis mit so hohem Wirkungsgrad gibt. Und so ganz nebenbei beweist dies auch, dass bei einem Lautsprecher mit einem Wirkungsgrad von gegen 100% der Strahlungswiderstand keine Rolle mehr spielt und damit eine Membranflächen-Verdoppelung keine Verdoppelung des Schalldrucks bewirkt, wie dies in bestimmten Rechnungen behauptet wird.

Wenn nun so ein nicht existenter Lautsprecher einen ideal korrigierbaren Verlauf zeigt und wenn wir davon ausgehen können, dass die Auslenkung nur von der Signalspannung und der Gegeninduktion der Schwingspule (die Spannung, die in der Schwingspule durch ihre Bewegung erzeugt wird) bestimmt wird, so ist eigentlich klar, dass diese Schwingspule keine Bewegungen ausführen kann, die nicht aus der Signalspannung stammen. Es gibt also keine Bewegung, wenn kein Signal vorhanden ist, denn jede Bewegung würde ja eine Gegenspannung erzeugen, welche der Bewegung entgegenwirkt (so, wie die Gegeninduktion der Signalspannung entgegen wirkt).
Aber eben, solche Lautsprecher gibt es nicht.

Aber das Programm lässt das Einfügen eines Widerstandes zu. Dieser könnte durch die Weiche oder das Lautsprecherkabel gebildet werden, aber auch durch den Verstärker-Ri. Und so ein Widerstand verringert die elektrische Bedämpfung und entspricht damit dem Selben wie wenn wir Qes vergrössern würden. Das käme also dem zweiten und dritten Bild entgegen. Wir wollen aber genau das Umgekehrte, nämlich eine Verringerung des Qes. Und dies können wir folgendermassen:
   
Hier haben wir dem Verstärker einen negativen Ri verpasst, welcher die Wirkung des positiven Widerstandes des Lautsprechers weitgehend aufhebt. Dies könnte also eine Lösung des Problems sein und wir könnten annehmen, dass damit der Lautsprecher zwingend das Richtige tun müsste. Und es ist bekannt, dass diverse Firmen mit dieser Technik Versuche durchgeführt und entsprechende Aktivboxen auf den Markt gebracht haben, unter anderen Cabasse und Studer („Profi-Revox“).
Das Problem dabei ist, dass es halt nicht nur der Drahtwiderstand der Schwingspule ist, den wir mit einem negativen Ri ausgleichen müssten, sondern auch die Schwingspulen-Induktivität, die einen „Widerstand“ darstellt, der ferquenzabhängig ist. Und ausserdem ist die Induktivität davon abhängig, wie weit die Schwingspule in den Magneten eintaucht oder diesen nach aussen verlässt, also die Membranbewegung hat darauf auch Einfluss. Wollte man also dieses Prinzip wirklich optimieren, müsste die Induktivität im Mittel ausgeglichen werden und ebenso die Induktivitätsveränderungen als Folge des Hubs. Dies alles wird recht kompliziert.
Und der Grund für die Kompensation der Induktivität ist folgender: Wenn ein Strom fliesst, so entsteht im Drahtwiderstand eine Spannung und genau diese Spannung gilt es auszugleichen, damit der Antrieb nur durch den fliessenden Strom angeregt und durch die Gegenspannung der Bewegung gebremst wird. Haben wir die Induktivität so haben wir einen zusätzlichen frequenzabhängigen Widerstand, welcher den Strom reduziert. Und diese Stromreduktion reduziert damit die antreibende Kraft und damit wird die Beschleunigung verlangsamt. Ein so bearbeitetes Steuersignal wirkt also im Einschwingen des Lautsprechers träge und verlangsamt. Durch die Kompensation könnte dies (zumindest teilweise) verhindert werden. Dass dies trotzdem unter bestimmten Voraussetzungen eine brauchbare Massnahme darstellt ist ersichtlich wenn man beachtet, dass ein wirklicher (und natürlicher Bass) nicht spontan „entsteht“, sondern immer eine relativ lange Einschwingphase besitzt. Wenn wir also wirklich nur den Subwoofer oder „Tiefsttöner“ so ansteuern, so können wir damit eine Linearität erreichen, die anders nicht zu erreichen ist. Wir müssen einfach dafür sorgen, dass höhere Frequenzen (ab etwa 300Hz) sicher nicht mehr von diesem System angesteuert werden. Und da bei den erwähnten Firmen meist die Tieftöner bis gegen 500Hz oder sogar noch höher betrieben wurden war die Verzögerung deutlich hörbar, da ja das Einschwingen einen entscheidenden Einfluss auf das Klanggeschehen hat.

Und es gibt noch einen kleinen Pferdefuss:
Mit einer Bassreflexbox haben wir im Tiefstbass ebenfalls eine leichte Verzögerung des Ansprechverhaltens, aber wir haben auch eine Reduktion der Membranauslenkung und damit genügend Schalldruck (bis etwa +5dB) und geringere Verzerrungen als bei einer geschlossenen Box. Das System mit dem negativen Ri (oder einem Qts von gegen Null) funktioniert aber NUR in einer geschlossenen Box und somit wird der Membranhub ein Thema.
Wenn ich eine Vergleichsrechnung aufstelle, so kann ich mit einem Lautsprecher http://www.monacor.de/typo3/index.php?id...r=DE&typ=u
einen Schalldruck von 98,5dB bei 20Hz erreichen, in einer Bassreflexbox aber rund 5dB mehr, was in der geschlossenen Version (beinahe) 2 solche Tieftöner erfordern würde. Dafür bekommt man mit einem Volumen von 2 mal 20 Liter bereits den erwarteten Tiefbass von 20Hz mit einem Schalldruck von ca. 104.6dB und bei einer Leistung von etwa 1200W.
Dies alles klingt noch nicht nach sehr viel, aber wenn man ein Musiksignal zugrunde legt, das einem normalen grossen Symphonieorchster entspricht, so sind die tiefsten Frequenzen da nicht im selben Umfang enhalten wie mittlere Töne. Wenn eine Box also bei 20Hz diese 104dB erzeugen kann, so entspricht dies einem Pegel von 113dB in den Mitten, was doch schon recht manierlich ist, zumindest im Wohnbereich. Und Töne unter 30Hz kommen musikalisch wirklich selten vor, sodass wir eine musikalische Grenze bei 30Hz ziehen können, was den Schalldruck auf111,7dB erhöht, was in den Mitten etwa 117,2dB entspricht.
Und da sich ja das ganze Problem nur elektronisch bewältigen lässt, kann auch z.B. der Frequenzgang pegelabhängig so reduziert werden, dass die Lautsprecher nicht beschädigt werden können, weil bei höheren mittleren Schalldrücken als 117dB der Bass bei 50Hz begrenzt wird, was immerhin einen mittleren Schalldruck von 125dB erlauben würde.

Nehmen wir also in kauf, ein etwas grösseres Möbel in die Wohnung zu stellen (oder mehrere davon) und dieses mit entsprechender Elektronik zu befeuern (die merklich zur Stromrechnung beitragen könnte), so wäre eine Wiedergabe bis in den Keller der Töne möglich, welche sicher Scheiben erzittern liesse.
Nun kommt da natürlich noch dazu, dass die Membranen der Tieftöner resonanzfrei arbeiten und nicht aufbrechen. Entstehen nämlich Resonanzen und Teilschwingungen, so müssen sich diese nicht zwingend zur Schwingspule zurück fortpflanzen. Bringen sie diese aber nicht in Bewegung, so entstehen keine Gegenkräfte. Ob also der Bass dann tatsächlich sauber wird, hängt von der Konstruktion des Tieftöners ab und das ist ein Problem für sich. Ein Industrieunternehmen bestellt da von verschiedenen Typen mal einiges und stellt damit Versuche an, die auch zu einem kalkulierten Ausfall des Lautsprechers führen können. Sowas kann sich der Amateur in der Regel nicht leisten...

Natürlich ist es mit dem Bass noch nicht getan, aber die Tricks des negativen Ri bringen bei Mitten und Höhen keine Erfolge, da kommt es weit mehr auf die rasche Reaktion an. Und somit sind auch da Versuche (von wem auch immer) mit seriöser Dokumentation gefragt. Und sowas zu bekommen ist nicht einfach!

[richi44]

Zwischendurch mal ein ganz anderer Aspekt zum Thema Lautsprecher:
Ein Lautsprecher soll ein akustisches Ereignis wiedergeben, das in elektrischer Form gespeichert ist und dabei den Klang möglichst nicht verändern.

Man könnte sich jetzt einfach mal fragen, warum es eine solche Vielzahl an unterschiedlichen Instrumenten gibt. Es gibt Schlaginstrumente, Zupfinstrumente, Streichinstrumente und Blasinstrumente. Und in jeder Gattung gibt es wieder eine Vielzahl an Varianten, etwa Holz- und Blechblasinstrumente. Und auch da gibt es wiederum eine grosse Vielfalt an unterschiedlichen Konstruktionen. Und selbst wenn man letztlich eine Familie raussucht, so ähnelt z.B. ein Sopransaxophon eher einer Klarinette, eine Bassklarinette sieht aber wieder saxophonähnlich aus und dies mit ganz unterschiedlichem Klang. Das bedeutet doch, dass die Form allein noch nicht entscheidend ist, sondern höchstens einen Einfluss auf den Klang hat. Es ist auch nicht das Material des Instruments allein entscheidend, sondern es ist auch wieder nur ein Teil des Entscheidenden.

Jetzt wissen wir, dass ein Ton im wissenschaftlichen Sinne ein reiner, unverzerrter Sinus ist. Der „Ton“ eines Instrumentes aber ist wissenschaftlich gesehen ein Klang, also eine Zusammensetzung aus bestimmten Tönen (Grundton und Obertöne), welche in einem bestimmten Phasen- und Lautstärkeverhältnis stehen und dieses Verhältnis ändert sich noch in Abhängigkeit der gespielten „Tonhöhe“, der Lautstärke und allenfalls der Spieltechnik.
Und weiter klingt ein Instrument nicht in jedem Raum gleich. Im Nahfeld sind die Unterschiede kaum zu erkennen, aber bei grösserem Abstand wirkt der Raum entscheidend auf den Klang des Instrumentes ein. Dies weil die Dämpfung eines Raums frequenzabhängig ist und damit das Verhältnis von Grundton zu Obertönen verändert und auch weil es Reflexionen gibt, welche durch ihre Laufzeit eine Phasenverschiebung der reflektierten Signale gegenüber dem Direktschall und gegenüber anderen reflektierten Klängen erzeugen.

Wenden wir diese Erkenntnis auf den Lautsprecher an so müsste eigentlich sichergestellt werden, dass dieser keine Signalveränderungen erzeugt. Er müsste also alle Einzelfrequenzen so wiedergeben, dass es weder in der Lautstärke noch in der Phase Veränderungen gibt. Und da ja ein Instrument materialabhängig den Klang verändert, ist anzunehmen, dass auch eine Lautsprechermembran materialabhängig den Klang beeinflusst.
Jetzt könnte man sich fragen ob es an der Lautsprecherbox noch andere Einflüsse gibt.

Nehmen wir als Instrument mal eine Kirchenorgel. Diese hat zwei Sorten Pfeifen. Da gibt es jene mit einem Labium, die aussieht wie eine Blockflöte.
   

Oder jene mit Zungen (Lingualpfeifen) deren Tonerzeugung nicht durch das Anblasen einer Kante geschieht sondern durch eine Zunge wie bei einer Oboe oder Klarinette.
   
Wenn wir nun bei den Labialpfeifen bleiben, so kennt man die „sichtbaren“ Dinger aus dem Orgelprospekt, also der „Pfeifenausstellung“ an der Orgelfront.
   
Neben dieser bekannten Form gibt es allerdings auch welche mit unterschiedlicher Dicke (Mensur) oder auch jene mit über der Länge unterschiedlichen Mensur.
   
Und je nach Form entstehen ganz unterschiedliche Klänge.
Nun sollen aber Lautsprecher nicht unterschiedliche Klänge erzeugen, sondern den Klang unverändert übertragen. Wenn wir aber den Vergleich ziehen, so ist davon auszugehen dass das, was der Tonerzeugung nachfolgt, Einfluss auf den Klang hat, auch beim Lautsprecher. Das bedeutet, dass ein Trichter (wie bei der Pfeife 1) einen anderen Klang liefern wird als eine gerade weite oder enge Pfeife (7 und 5) oder eine zulaufende (3). Und genau solche Formen haben wir doch auch im Grunde bei den Lautsprechergehäusen. Wir kennen schlanke Säulen, dicke Brummer, Hörner oder TML.
Man versucht natürlich schon, die Einflüsse beim Lautsprecher gring zu halten, aber vorhanden sind sie allemal. Und so ist es nicht selten, dass Hörner mit dem Klang von Trompeten und Posaunen besser zurecht kommen als mit sanften Klängen. Nur ist dies aus einem Frequenzgang nicht ersichtlich. Und daher stammt die Vermutung (oder Behauptung) der Klang lasse sich „technisch nicht bestimmen“. Wenn man aber weiss, dass der Frequenzgang eines Lautsprechers nur einer von diversen Einflüssen ist, so ist das Resultat verständlich.

Mit entscheidend sind die Verzerrungen wie Klirr und Intermodulation oder Dopplereffekt, aber auch unterschiedliches Aus- und vor allem Eischwingverhalten sowie Phasendrehungen. Diesen Punkten wird aber meist zuwenig Beachtung geschenkt, weil nur als Beispiel ein Klirr für einen Amateur kaum messbar wird. Dies erfordert einen Messraum, der genügend gegen Umgebungslärm abgeschirmt ist, denn eine Klirrmessung lässt sich kaum mit einer Zeitfenstermethode vernünftig durchführen. Ausserdem muss auch die Messapparatur (Mikrofon) eine entsprechend hohe Qualität aufweisen. Ob dies der Grund dafür ist, dass Hersteller und vor allem Händler (Visaton, Monacor) kaum Angaben veröffentlichen?

Und so wie ich im ersten Teil geschrieben habe, dass man den Gehäuseeinfluss auf den Lautsprecher reduzieren könne, so ganz einfach ist die Sache nicht. Wenn wir davon ausgehen könnten dass die Membran NUR durch die Schwignspule bewegt wird, dann würde im Umkehrschluss gelten, dass jede Membranbewegung auch zu einer Schwingspulenbewegung führt. Betrachten wir uns eine Glocke, so ist diese an einem Punkt „fest“ montiert, klingt beim Anschlagen aber trotzdem. Und wenn die Schwingspule durch die Gegenkopplung mit dem negativen Ri festgehalten wird, so kann die Membran selbst umso besser ausschwingen wie eine Glocke. Wenn wir also z.B. eine starre Membran aus Metall haben, so ist diese im Tieftonbereich sicher ideal, aber sie zeigt die geringe Innendämpfung wie eine Glocke und wird somit auf etlichen Frequenzen nachschwingen und daher den Klang verändern. Und betrachtet man das Air Motion Bändchen von Beyma, so ist zwar der aufgezeichnete Frequenzgang mit dem Hornvorsatz linearer, aber laut Klangbeschreibungen ist der Hochtöner ohne Horn spontaner und feiner, mit Horn eher etwas „brutal“. Man müsste nun das Einschwingverhalten der beiden Varianten kennen und vergleichen.

Es gibt aber wie gesagt noch weitere Punkte, etwa das Phasenverhalten und den Dopplereffekt.
Nehmen wir eine übliche Mehrwegkonstruktion, so kann eine beliebige Weiche ihre Phasendrehungen durch eine zweite umgekehrt gebaute und in Serie geschaltete aufheben. Dies lässt sich mit der Entzerrung bei einem Plattenspieler nachweisen. Zur Aufzeichnung wird das Signal „verzerrt“ (Frequenzgang verbogen), bei der Wiedergabe (also zeitlich später = In Serie) aber reziprok entzerrt und damit ändern sich Phasenverhältnisse (und damit Impulsformen) nicht. Haben wir aber einen Zweiweglautsprecher, so sind die beiden Weichen parallel und damit haben sie bei Impulsen ein anderes Verhalten als bei Sinus, zumindest steilflankigere Typen. Daraus müsste man ableiten, dass eine Breitbandkonstruktion besser wäre. Nur bekommen wir da Verzerrungen durch den Dopplereffekt. Verwenden wir aber mehrere Lautsprecher, so gibt es Impulsverzerrungen.

Je nach Boxenbauer wird nun mehr auf lineare Wiedergabe oder besseres Impulsverhalten oder sonst was geschaut. Meine Erfahrung geht dahin dass Lautsprecher natürlicher spielen, wenn der wesentliche Teil der Musik (das was zum Erkennen der Instrumente entscheidend ist) aus EINEM Lautsprecher kommt, dass also die Trennungen zum Hoch- und Tieftöner möglichst weit von diesem Bereich entfernt statt findet. Würde man nun (der Mode gehorchend) im Mittenbereich eine Alu-Membran einsetzen, so wäre eine hohe Trennung nicht möglich, weil solche Lautsprecher praktisch immer Resonanzen aufweisen, die sich (Glocke) auch durch Tricks wie negativem Ri nicht beherrschen lassen. Aber nur, wenn die Trennung hoch genug angesetzt ist, stimmen die Impulsformen noch in dem Bereich, in welchem unser Ohr sensibel ist.

Das Problem, ob im Selbsbau oder bei kleineren Herstellern ist dass es verschiedene Theorien gibt, die sich aber fast alle auf den eingeschwungenen Zustand beziehen und damit das wichtige Einschwingen nicht berücksichtigen. Und es ist auch Tatsache, dass entsprechende Messungen von den Herstellern nicht gemacht oder die Resultate nicht veröffentlicht werden, sodass man nicht „Ergebnisse“ vorhersagen kann.

Und letztlich gibt es ein Generaproblem: Womit beurteilen wir den Klang? Wir verwenden bestimmte Aufnahmen, die in einem Studio entstanden sind. Und selbst wenn wir davon ausgehen, dass wir die Aufnahme genau gleich abgemischt hätten, uns also die Mischung gefällt, so spielt es eine Rolle, was der Tonmeister gehört hat, denn er mischt ja nach Gehör. Also ist der Regieraum und die Abhöre Teil der Aufnahme.
Und wenn wir zuhause eine Surroundanlage einrauschen und Center und Satelliten wären identisch, so klingt im Raum jede Box anders. Dies, weil der Raum bei jedem Aufstellungsort durch unterschiedliche Bedämpfungen und Reflexionen einen unterschiedlichen Frequenzgang ergibt. Musikalisch klingen aber die Lautsprecherecht fast gleich, weil da das Einschwingen massgebend ist, das der Raum kaum beeinflussen kann. Der eingeschwungene Frequenzgang aber, den wir messen und beim Einrauschen hören können ist dann bei weitem nicht so entscheidend wie das Einschwingverhalten. Das bedeutet, dass je nach Musikart der Abhörraum einen grösseren oder kleineren Einfluss ausübt, dies in unserem Wohzimmer und in der Aufnahmeregie.

Was wir daher als „Lautsprecher-Ideal“ betrachten oder auswählen hängt von verschiedenen äusseren Faktoren ab. Wenn wir aber Überlegungen zu einem Selbstbau anstellen, so können wir die verschiedenen Konzepte einander gegenüber stellen. Immer dann, wenn ein Schwergewicht auf sauberes Einschwingen gelegt wird, haben wir einen Pluspunkt. Und immer dann, wenn wir geringe Verzerrungen haben gibt es einen weiteren. Und letztlich müssen wir darauf achten, dass die unvermeidlichen Kompromisse so gering als möglich ausfallen, etwa indem wir diese Problemzonen an den Rand des „Musikbereichs“ legen (Trennfrequenzen, Resonanzen) und sie so sanft und unkritisch als möglich gestalten. Ob dann die Konstruktion dem Geschmack der Zeit (oder jenem des Partners) entspricht steht auf einem anderen Blatt...

[richi44]

Noch ein Nachtrag:
Ich habe den Klirr des Lautsprechers als Kriterium genannt wie auch die Nachteile einer Metallmembran. Dazu hier eine Ergänzung.
Normalerweise steht in den Herstellerangaben, wie gross der maximale LINEARE Hub ist. Das ist dann gegeben, wenn die Anzahl Drahtwindungen trotz Auslenkung konstant ist. Wenn also z.B. die Polplatte 6mm dick ist, so hat da eine bestimmte Windungszahl platz. Und wenn die Wicklungshöhe der Schwingspule 16mm ist, so sind bei einer Auslenkung von +/- 5mm gleich viele Windungen dauernd im Magnetfeld.
Wenn ich aber die folgende Angabe lese:
   
dann ist dies schon fast Bauernfängerei. Zwar steht nichts von "lineare Auslenkung", sondern maximale Auslenkung, aber das ist doch genau so sinnvoll wie wenn ich schreiben würde, das Auto X fährt mit einer Tankfüllung mehr als 2145 km. Das stimmt, wenn ich die Karre in Hamburg auf einen Autozug verlade und diesen in Neapel wieder verlasse. Nur, wen interessiert das?
Also, wenn wir beurteilen wollen, ob eine lineare Auslenkung möglich ist, so ist einzig und allein der Begriff "lineare Auslenkung" entscheidend. Und im Zweifelsfall kann man dies wie beschrieben aus der Wicklungshöhe minus Polplattendicke berechnen.
Gut, damit ist nicht gesagt, dass die Auslenkung wirklich linear ist, denn die Schwingspuleninduktivität verändert sich mit der Eintauchtiefe. Dieses Problem ist einzig bei sog. unterhängigen Konstruktionen gelöst. Dort ist die Schwingspule kurz und die Polplatte dick. Damit ist sichergestellt, dass die Schwingspule IMMER im Eisen "eingepackt" ist.

Ein anderes Kapitel ist das hier:
       
Der Frequenzgang dieses Lautsprechers sieht zwar nicht berauschend aus oberhalb von 5kHz, aber man muss ihn ja nicht nutzen. Betrachtet man aber das Zerfallsspektrum, so wird offensichtlich, dass es sich hier um eine "Glocke" handelt, die da scheppert. Und wenn wir sowas mit einem etwas verzerrten Signal ansteuern, so ist logischerweise K2 und K3 vorhanden. Haben wir also eine Musikfrequenz von 1670 bis 2500 Hz, so werden die Oberwellen (also der Klirr) diese Glocke anregen und zum Nachschwingen bringen. Und was nachschwingt muss auch einschwingen. So lange, wie das Ding nachschwingt, so lange braucht es auch zum Einschwingen. Und weil man von diesem Ausschwingen (und folglich auch vom Einschwingen), also von dieser Resonanz im Impedanzverlauf nichts sieht würde auch ein negativer Ri des Verstärkers dies nicht verhindern können. Sowas darf man also richtigerweise nicht als Mitteltöner einsetzen, auch wenn diese Dinger dafür angepriesen werden.
Etwas anders ist es damit:
       
Wenn wir diesen Tieftöner wirklich nur im Bassbereich einsetzen, also bis 300Hz, so profitieren wir von seiner steifen Membran und es ist nicht zu befürchten, dass wir da Probleme mit Klirr aus der Membran bekommen. Dies wäre erst der Fall wenn wir das Ding in einer Zweiwegbox einsetzen würden.

Damit will ich sagen, dass man den Herstellern und Verkäufern nicht alles glauben sollte, was sie so verbreiten, sondern selbst auf die Probleme achten muss. Und wenn es halt Lautsprecher gibt, bei denen keine Zerfallsspektren zur Verfügung stehen, so muss man einfach wissen, dass diese die Folge einer Resonanz der Membran sind, welche sich zwangsläufig im Frequenzgang äussert. Sowas    
würde ich nie einsetzen, denn schon bei 1,7kHz werden wir mit einer Resonanz konfrontiert, welche das Klangbild stört, ganz extrem aber im Bereich von etwa 5kHz, wo eine brauchbare Wiedergabe nicht gegeben ist. Im Gegensatz dazu dieser Lautsprecher:
   
Hier haben wir es mit einem ausgezeichneten Stück zu tun, das eine hohe Linearität ohne Resonanzen aufweist und damit beim Ein- und Ausschwingen keine Zicken macht.

Die hier gezeigten Lautsprecher stehen stellvertretend für andere Produkte, die genau so gut oder schlecht sein können. Und auch, wenn wie schon öfters erwähnt der Frequenzgang eines Lautsprechers nicht alles ist, so sagen doch diese Kurven einiges darüber aus, welche Probleme man mit nicht linearen Dingern bekommen wird...

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