Der Physiker Dr. Oskar Heil, der Erfinder des Feldeffekt Transistors (FET), studierte am Anfang seiner Lautsprecherforschung die grundlegenden Charakteristik des menschlichen Gehörs. Er begann also nicht mit der abstrakten Theorie, wie ein Lautsprecher arbeiten sollte. Das Resultat der langjährigen Forschung ist der Heil A.M.T. Lautsprecher.
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Wie beeinträchtigt die Phase das Klangverhalten eines Latsprechers
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Die Grundfunktion unserer Ohren und der Lautsprecher
Der Physiker Dr. Oskar Heil, der Erfinder des Feldeffekt Transistors (FET), studierte am Anfang seiner Lautsprecherforschung die grundlegenden Charakteristik des menschlichen Gehörs. Er begann also nicht mit der abstrakten Theorie, wie ein Lautsprecher arbeiten sollte. Das Resultat der langjährigen Forschung ist der Heil A.M.T. Lautsprecher.
Die Grundfunktion unserer Ohren ist die Identifizierung von Stimmen. Wir haben eine ausgeprägte Fähigkeit zur Unterscheidung der verschiedenen Klänge entwickelt. Einzelne Klangereignisse, z.B. eine leise, rufende Stimme aus der Ferne können wir von anderen Geräuschen lösen, also unser Ohr auf diese Schallquelle fokussieren. Gleichzeitig können nicht benötigte Geräusche ausgeblendet werden. Da die Funktion des Erkennens einer Schallquelle für uns primär ist, sind wir für einige Aspekte eines Klanges sehr empfindlich, für andere so gut wie gar nicht. Im Folgenden wollen wir einige Eigenschaften des Gehörs untersuchen und sehen, welchen Stellenwert diese für unser Empfinden einnehmen
Gewünschte Info.- – – – – – .Airconditioner Lärm ——-
empfundener Lärm gegenüber der gewünschten Information
Lautstärke
Um eine Zerstörung des Gehörs durch plötzlich auftretende laute Geräusche zu verhindern, sind unsere Ohren von der Konstruktion her für Amplituden-Änderungen recht unempfindlich. z.B. ist der Leistungsunterschied zwischen geflüsterter und mit normaler Lautstärke gesprochener Sprache nicht eins zu zwei oder drei, sondern eins zu 100’000!
Das Ohr hat die Fähigkeit sich unterschiedlichen Pegeln anzupassen, sowohl nach oben wie nach unten. Die relative Lautstärke verschiedener Klänge ist daher, innerhalb gewissen Grenzen, bedeutungslos für uns. Dieses Phänomen erklärt, dass wir die uns umgebenden Strassengeräusche, während einer Unterhaltung als nicht so störend empfinden, obwohl diese nur 10 dB unter dem Gesprächspegel liegen.
Ein Sänger wird auch dann gehört, wenn der Lautstärkepegel des Orchesters um ein vielfaches lauter ist als die Stimme. Konklusion: Wir zeigen wenig Empfindlichkeit für Pegelsprünge und auch für die relative Lautstärke von zwei oder mehreren verschiedenen Tönen, welche gleichzeitig hörbar sind.
Der Frequenzgang eines Lautsprechers ist also ein Kriterium, welches für unsere Ohren nicht allein massgebend ist.
Tonhöhen: Wir sind sehr empfindlich für Veränderungen in den Tonhöhen (Frequenzen). Besonders im Frequenzbereich von 250-3000 Hz, wo wir Unterschiede zwischen zwei Tönen von nur 0.06% wahrnehmen. Im oberen und unteren Frequenzbereich ist diese Fähigkeit nicht so gut entwickelt und liegt bei ca.0.4%.
Zum Vergleich: Ein Halbtonschritt ist eine Frequenzänderung von 6%, ein Vibrato einer Geige ist ca. 0.5%.
Unsere Tonhöhenempfindlichkeit dient in erster Linie dem Erkennen von Stimmen. Die Sprache produziert keine konstanten Töne, sondern ständige Variationen. Diese Sprachmuster sind sehr genau. Jede Stimme hat ihr eigenes “Gesicht”. Wir erkennen eine uns bekannte Stimme auch am Telephon.
Wir können sogar die Stimmung des Sprechers erkennen. (Also die Resonanzmuster und Tonhöhenveränderungen durch die verschieden gespannten Stimmbänder.)
Phase: Wir sind sehr empfindlich für Phasenverschiebungen, denn sie helfen uns bei der Lokalisierung der Schallquelle. Wir können eine Schallverzögerung von ca. drei Hunderttausendstel Sek. erkennen. Diese Fähigkeit ist frequenzabhängig. Sie ist in dem für den Menschen historisch wichtigsten Bereich von 500-3000 Hz am besten.
In seinen Studien über Schall-Lokalisation hat Dr.Heil festgestellt, dass der Anfang eines Tones, (Anstiegsflanke) für die Richtungsinformation am wichtigsten ist. Das Einschwingverhalten eines Lautsprechers ist daher ausserordentlich wichtig.
Beim Lautsprecher manifestieren sich diese Probleme als “ungenau, keine Tiefenstaffelung, Klangdefinition und kein Auflösungsvermögen”.
Konus Lautsprecher. Die Beseitigung zufälliger Resonanzen, welche das Musiksignal überdecken, ist das Hauptproblem bei der Konstruktion eines Lautsprechers. Um die Luft ohne grosse Verluste zu bewegen, soll die Membrane leicht und steif sein. Ist die Membrane steif, so ist sie nicht leicht, ist sie leicht so ist sie biegsam und kann Resonanzen erzeugen. Wenn eine Membrane sich im Zustand der Resonanz befindet, unterliegt ihre Form verschiedenen Veränderungen: ZB. wird sie sich bei einer bestimmten Frequenz vom Zentrum zum Rand wölben, wobei diese Wölbung senkrecht zur Membran schwingt. Nicht nur der Gong hat einen Klangcharakter, ( Resonanz) sondern auch das Material in der Lautsprecher Membrane.
Solange die Resonanzfrequenz der Membrane weiter zugeführt wird, wird diese die Energie speichern. Wenn das anregende Signal nicht mehr zugeführt wird, schwingt die Membrane weiter um die gespeicherte Energie abzubauen.
Die scharfe, definierte Anstiegsflanke eines schnell folgenden Impulses ist unmöglich,da die gespeicherte Resonanzenergie die Membrane weiter schwingen lässt.
Elektrostaten haben einen gleichmässigen- und Magnetostaten einen nur bedingt gleichmässigen Antrieb. Wenn Flachmembranen eine Schallwelle senkrecht zur Fläche des Körpers abstrahlen, wird der Membranenkörper senkrecht zur Fläche in Schwingungen versetzt. Die Membranfläche wird also an den Aufhängungen eingebeult. Wenn diese nach unten gebogen wird, wird zwangsläufig die Oberfläche gestreckt, die Unterseite gestaucht und umgekehrt. (s. Singende Säge). Ist ein dreidimensionales Gebilde dünn in der einen und dick in den anderen beiden Dimensionen, so wird es sich stets in der beschriebenen Weise verhalten. Tonhöhenschwankungen sind unvermeidbar
Magnetostat Lautsprecher, relative schwere Membrane, fast gleichmässig angetrieben, nicht sehr impulsgetreu und einer ausgeprägten Eigenresonanz
Erinnern wir uns, dass wir Tonhöhenschwankungen von 0.06% wahrnehmen können. Unsere Eigenschaft, Pegelschwankungen zu hören ist sehr viel schlechter ausgeprägt. Ein Mensch kann eine Pegelschwankung von 1 dB erkennen. Dies entspricht einer Leistungsdifferenz von ca. 25%. Den speziellen Eigenschaften des Gehörs wird wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Statt dessen wird diese immer auf den Frequenzgang eines Lautsprechers gelenkt.
Als Wissenschaftler konzentrierte Dr. Oskar Heil seine Studien auf die Natur. Dem menschlichen Ohr und dem Verhalten freilebender Tiere wurden im Zusammenhang mit dem Lautsprecherbau besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Er lernte, dass Tiere mit dem kleinsten Energieaufwand grosse Lautstärken erzeugen können. Insekten mit den Flügeln, Vögel “singen” mit kleinsten Luftmengen etc.
| MINUS SIGNAL | PLUS SIGNAL |
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