Frequenzweichen erster Ordnung: Allheilmittel oder Problem?

Ich habe immer zu kritischen E-Mails von Lesern ermutigt, weil es gut ist, Feedback zu bekommen. Aber ein paar der E-Mails als Antwort auf meine Rezension des THIEL TT1 wurden geradezu böse. "Du bist kein Audiophiler!" Einer tobte als Antwort auf meinen Kommentar, dass der TT1 „… ein vielseitigerer Lautsprecher ist als jeder von Jim Thiel [dem verstorbenen Mitbegründer des Unternehmens] entworfene und wahrscheinlich ein besseres Preis-Leistungs-Verhältnis als alles, was Jim entworfen hat …”

Daran wurde ich erinnert, als ich kürzlich einige Informationen für meinen bevorstehenden Testbericht zu THIELs neuem SmartSub 1.12 Subwoofer googelte. Ich stieß auf leidenschaftliche Beschwerden über die Entscheidung des Unternehmens, sich von den phasenkohärenten Designs und Frequenzweichen erster Ordnung zu entfernen, die ein Markenzeichen von Jim Thiels Arbeit waren. In einem YouTube-Video lobte ein Audio-Enthusiast Jim Thiels Designs als „Lichtjahre voraus von dem, was alle anderen zu bieten hatten” und nahm das Unternehmen zur Rede, weil es ein neues Produkt anbietet, das „derselbe alte Mist zu sein scheint, den wir gesehen haben der Lautsprecherwelt der letzten 30, 40 oder 50 Jahre."

Ob es aus geschäftlicher Sicht für THIEL Audio klug war, die zentralen Designkonzepte von Jim Thiel aufzugeben, ist fraglich, aber ich gehe davon aus, dass die meisten Lautsprecherdesigner die gleiche Entscheidung getroffen hätten wie die neuen Leute bei THIEL. Das liegt nicht daran, dass sie dumm sind. Es ist nicht, weil das, was sie machen, "Mist" ist (ich gebe keine Fünf-Sterne-Leistungsbewertungen an Mistredner). Es liegt nicht daran, dass sie „keine Audiophilen” sind. Es liegt daran, dass sie verstehen, dass Frequenzweichen erster Ordnung eine überraschende Anzahl von Kompromissen einführen, ein Punkt, den keiner der Kommentatoren, die ich gesehen habe, THIEL Audio zu beschimpfen, sich die Mühe gemacht hat, nachzuforschen.

Ich habe das Glück, viele Stunden damit verbracht zu haben, diese Themen mit Jim Thiel selbst zu diskutieren. Ich habe ihn zweimal in seinem Produktentwicklungslabor und in seiner Fabrik besucht, und er kam ein paar Mal an meinem Arbeitsplatz vorbei, um mir beim Aufstellen von Lautsprechern zu helfen oder mit mir darüber zu plaudern, was er in Arbeit hat. Es mag für manche überraschend sein, dass sein Ansatz tief in der Wissenschaft und der nüchternen Technik verwurzelt war. Meines Wissens hat er sich nie den mystischen Worten und schwer zu belegenden Leistungsbehauptungen hingegeben, die bei High-End-Audio üblich sind, und in unseren Diskussionen war er oft abweisend gegenüber modischen Audiopraktiken, die nicht durch wissenschaftliche Beweise gestützt wurden.

Zuerst einige Grundlagen für diejenigen, die sie brauchen. Die Frequenzweiche ist ein elektrisches Netzwerk, das den Klang in Bässe für den Tieftöner und Höhen für den Hochtöner (und häufig Mitteltöner für einen Mitteltöner) aufteilt. Eine Zwei-Wege-Frequenzweiche hat zwei Filter: einen, der die Höhen aus dem Tieftöner herausfiltert, und einen, der die Bässe aus dem Hochtöner herausfiltert. (Ein Dreiwegelautsprecher fügt Filter hinzu, die die tiefen Bässe und oberen Höhensignale aus dem Mitteltöner entfernen.) Diese Filter sind durch die Frequenz gekennzeichnet, bei der sie beginnen, ein Signal zu dämpfen, und durch die Steigung dieser Dämpfung. Ein Filter erster Ordnung dämpft bei -6 dB pro Oktave, ein Filter zweiter Ordnung bei -12 dB pro Oktave und so weiter. Diese Filter beeinflussen die Phase eines Audiosignals, indem sie einige Frequenzen relativ zu anderen leicht verzögern.

Der Vorteil einer Frequenzweiche erster Ordnung besteht darin, dass sie die Phase des Originalsignals beibehält, solange der Lautsprecher, in dem sie verwendet wird, die akustischen Zentren der Treiber in der vertikalen Ebene ausgerichtet hat, häufig durch die Verwendung einer geneigten vorderen Schallwand. Solange Ihr Kopf so positioniert ist, dass Ihre Ohren von allen Treibern gleich weit entfernt sind, sollte die Phase des Direktschalls, der zuerst Ihre Ohren erreicht, um nicht mehr als ein paar Grad variieren. Deshalb sprechen THIEL und andere Hersteller von einem phasenkohärenten Design.

Wie wirkt sich das auf den Klang aus, den Sie hören? Ich habe seit den frühen 1990er Jahren vielleicht 10 THIEL-Lautsprecher sowie mehrere andere phasenkohärente Designs überprüft. Meiner Meinung nach besteht der Vorteil des phasenkohärenten Designs darin, dass Sie eine umhüllendere Klangbühne erhalten, die eher dem entspricht, was Sie von einem Panel-Lautsprecher wie MartinLogan oder Magnepan erwarten würden – aber mit einer präziseren Abbildung als ein Dipolar-Panel-Lautsprecher produzieren kann. Es ist ein großartiger Sound, den ich jedem Audio-Enthusiasten wärmstens empfehle, sich in einem gut gestalteten Händler-Showroom oder bei einer Audio-Show selbst davon zu überzeugen.

So schön der phasenkohärente Klang auch sein mag, er ist allem anderen nicht „Lichtjahre voraus”. Wenn die Vorteile des phasenkohärenten Designs so groß wären, würden es mehr Lautsprecherhersteller verwenden, da es in seiner Grundform auch die kostengünstigste Frequenzweiche ist, die Sie bauen können. Für einen Zwei-Wege-Lautsprecher benötigt eine Frequenzweiche erster Ordnung nur einen Kondensator, eine Induktivität und einen Widerstand. Für jede zusätzliche Ordnung in einem passiven Filter benötigen Sie einen zusätzlichen Kondensator oder eine zusätzliche Induktivität. Aus diesem Grund werden Frequenzweichen erster Ordnung nicht in audiophilen Lautsprechern, sondern in Soundbars, drahtlosen Lautsprechern und Heimkino-in-a-Box-Systemen verwendet. (Fürs Protokoll, die Frequenzweichen von Jim Thiel waren erstaunlich komplex, mit zahlreichen Netzwerken, die hinzugefügt wurden, um Impedanz- und Frequenzganganomalien zu korrigieren, aber die Kernfunktionalität wurde immer noch von diesen drei grundlegenden Komponenten bereitgestellt.)

Was ist also der Nachteil von Frequenzweichen erster Ordnung? Es gibt drei: Verzerrung, Langlebigkeit des Treibers und Streuung.

Wie Jim Thiel mir sagte, muss ein Treiber, der mit einer Frequenzweiche erster Ordnung verwendet wird, zwei Oktaven über dem angegebenen Übergangspunkt hinaus eine gute Leistung zeigen, da ein Filter erster Ordnung nicht so abrupt dämpft wie Filter höherer Ordnung – dh in a Bei einem Zwei-Wege-Lautsprecher mit einem Übergangspunkt von 2,3 kHz muss ein Hochtöner Signale bis zu 575 Hz und ein Tieftöner Signale bis zu 9,2 kHz verarbeiten können. Dies ist besonders hart für einen Hochtöner, der bei hoher Lautstärke zu Verzerrungen führt und manchmal zu Treiberausfällen führt (frühe Thiel-Lautsprecher waren berüchtigt dafür, Hochtöner zu blasen). Es kann auch die "Breakup Modes" des Tieftöners oder verzerrungserzeugende Hochfrequenzresonanzen anregen.

Jim Thiel erkannte diese Probleme voll und ganz an und löste sie größtenteils durch die Entwicklung von Hochtönern mit einem ungewöhnlich langen Hub von etwa einem Viertel Zoll und durch die Verwendung eines einzigartigen konzentrischen Wellmembran-Treibers, der die Mitten und Höhen in seinen neueren Modellen handhabte. Diese Probleme können auch verringert werden, indem zu Drei- oder Vier-Wege-Designs übergegangen wird.

Das andere Problem bei Frequenzweichen erster Ordnung ist die Streuung. Da die Filter relativ flach sind, sind beide Treiber gleichzeitig hörbar, wenn Töne innerhalb von etwa einer Oktave der Übergangsfrequenz liegen. Dies ist kein Problem, wenn Ihre Ohren den gleichen Abstand zu den Fahrern haben. Wenn sich Ihre Ohren jedoch näher an einem Treiber befinden – wenn Sie aufstehen, wodurch Ihre Ohren näher an den Hochtöner gelangen, oder sich nach unten lehnen und Ihre Ohren näher an den Tieftöner bringen –, sind die Töne der beiden Treiber nicht mehr in Phase bei alle Frequenzen. Sie sind bei einigen Frequenzen in Phase und bei anderen phasenverschoben, was bedeutet, dass einige Frequenzen verstärkt und andere gedämpft werden und Sie keinen gleichmäßigen Frequenzgang mehr erhalten. (Bei Lautsprechern mit Frequenzweichen höherer Ordnung kann dieses Problem ebenfalls auftreten, jedoch in viel geringerem Maße.)

Auch hier hat sich Jim Thiel große Mühe gegeben, dieses Problem zu beheben; Aus diesem Grund verwendeten so viele seiner Designs eine koaxiale Anordnung mit dem Hochtöner in einem Mitteltöner oder Tieftöner. Aber die Entwicklung der exotischen Treiberdesigns, auf die er sich verlassen hat, dauerte Jahre, kostete viel in der Herstellung und hinderte ihn manchmal daran, neue Modelle so schnell auf den Markt zu bringen, wie es seinen Geschäftspartnern und Händlern lieb gewesen wäre.

Ich hatte das Glück, sowohl den allerletzten Lautsprecher, den Jim Thiel entworfen hat (der CS1.7, siehe oben), als auch den allerersten Lautsprecher zu überprüfen, den das Unternehmen nach Jims Tod entworfen hat (der TT1, rechts gezeigt). Der Unterschied war dramatisch. Der CS1.7 war, wie frühere THIEL-Tower-Lautsprecher, die ich getestet hatte, etwas pingelig zu positionieren und konnte die Basswiedergabe und Dynamik nicht erreichen, die viele Lautsprecher mit ähnlichem Preis bieten; Es war spektakulär großartig für puristische audiophile Aufnahmen von akustischen Instrumenten, aber eine fragwürdige Wahl für härtere Rock- und Popmusik oder für Heimkino. In der Zwischenzeit lieferte der TT1 jede Menge Dynamik, war nicht wählerisch bei der Platzierung und lieferte letztendlich einen neutraleren Klang, der mit jeder Art von Musik funktionierte.

Natürlich können Fans der alten THIEL-Lautsprecher darauf bestehen, dass die neuen Lautsprecher nichts Besonderes sind, dass sie sich nicht zu sehr von dem unterscheiden, was B&W, PSB und Revel produzieren. Das ist richtig. Und natürlich ziehen viele Audiophile ein Produkt mit charmanten Eigenheiten einem Produkt mit objektiv überlegener Leistung vor. Das ist gut. Und natürlich könnten sich einige jetzt von THIEL weg und hin zu Vandersteen hinziehen, einem anderen Unternehmen, das für phasenkohärente Designs bekannt ist. Das ist auch in Ordnung.

Was nicht in Ordnung ist, ist zu behaupten, dass der phasenkohärente Lautsprecher (oder fast jede andere Audiotechnologie) "dem, was alle anderen zu bieten haben, um Lichtjahre voraus" sei. Genau wie jedes andere Audioprodukt, das jemals hergestellt wurde, stellen phasenkohärente Lautsprecher eine Reihe von Kompromissen dar. Indem wir diese Kompromisse verstehen, können wir intelligente Kaufentscheidungen treffen. Wir können keine intelligenten Kaufentscheidungen treffen, wenn wir diese Entscheidungen auf einer quasi-religiösen Ehrfurcht vor bestimmten Technologien, Marken oder Persönlichkeiten gründen.