Donnerstag, 31. Dezember 2009

Viel hilft viel -- oder doch nicht?

Wenn es eine typische Grundhaltung eines Laien geben sollte, dann wäre das "Viel hilft viel" bestimmt einer der aussichtsreichsten Kandidaten. Es gehört ja geradezu zur Definition des Begriffs "Laie", daß ihm für eine differenziertere Sichtweise der Sachverstand fehlt. Man kann sich dann halt bloß auf allgemeingültige Lebensweisheiten verlassen, die instinktiv Sinn zu machen scheinen. Das wird in der Hifi- und Audiophilen-Szene weidlich genutzt, auffälliger vielleicht noch als auf vielen anderen Gebieten.

Bei der Tätigkeit von Ingenieuren geht es dagegen um etwas Anderes. Die Sachkenntnis eines Ingenieurs läuft in der Regel darauf hinaus daß er sich bewußt darüber ist, daß "viel" nicht bloß hilft, sondern auch kostet, und zwar nicht nur im finanziellen Sinn. Es geht darum das richtige Maß zu finden, den besten Kompromiß zwischen einander widersprechenden Faktoren. Immer dann wenn man sich dazu hinreißen läßt, z.B. bei der Entwicklung von Hifi-Geräten, einfach "zur Sicherheit" das teurere Bauteil, oder das größere Bauteil, oder die engere Toleranz zu wählen, hat man im Grunde den Ingenieurs-Pfad verlassen und den Laien-Pfad beschritten. Man gibt damit zu, nicht zu wissen wieviel man an dieser Stelle wirklich braucht, und ab welchem Punkt ein "Mehr" keinen relevanten "Mehrwert" mehr hat.

Das wäre in vielen Fällen noch tolerabel wenn nicht noch hinzu käme daß man dabei gerne die Augen davor verschließt welche Nachteile das "Mehr" mit sich bringt. Die Audioszene ist gespickt voll mit Beispielen, mit denen man zeigen kann wie auf diese Weise das "rechte Maß" völlig aus dem Blickfeld verschwindet, und das Ergebnis de facto schlechter geworden ist. Nebenbei kann man zeigen daß ein "viel hilft viel" in den allermeisten Fällen eben nicht vernünftig ist, und man gut daran tut den verschwiegenen Nachteil zu suchen wenn jemand so eine Lösung anpreist. Die Wahrscheinlichkeit ist ziemlich groß daß jemand, der eine bestimmte Designentscheidung bei seinem Gerät besonders herausstellt, darüber völlig übersieht (oder verschweigt) welcher Nachteil damit verbunden ist.

Es ist dabei auch oft das Ziel des Marketing, der Kundschaft den geistigen Blick auf die propagierten Vorteile zu fixieren, und dafür zu sorgen daß er nicht auf die Nachteile fallen kann. Das funktioniert erstaunlich oft, wie man immer wieder daran sehen kann wenn Leute ohne eigenes wirtschaftliches Interesse in Foren auftauchen und sich dort wie ein Sprachrohr einer Firma aufführen. Sie haben offenbar die Propaganda völlig verinnerlicht und sich die Scheuklappen aufsetzen lassen, die sie daran hindern zu erkennen welche Nachteile es geben kann. Bei Lautsprechern ist das besonders auffällig, wenn z.B. bestimmte Konstruktionsprinzipien als das Nonplusultra propagiert werden, seien es Koaxialsysteme, Elektrostaten, bestimmte Membranmaterialien, oder was auch sonst.

Mein Beispiel hier soll aber etwas anderes sein: Die Bandbreite. Man kann sich prächtig darüber streiten welche Bandbreite z.B. ein Verstärker haben soll, aber im Grunde wird die Diskussion bloß dann sinnvoll wenn man es im Kontext des ganzen Wiedergabesystems betrachtet, und dem Zweck den dieses erfüllen soll.

Die Bandbreite eines Systems ist der Frequenzbereich, den es praktisch ungeschwächt übertragen kann, also gewissermaßen der "Nutzbereich". Bei einer Hifi-Anlage ist das der Frequenzbereich den man auch hören kann, denn auf den ersten Blick bringt es nichts, Frequenzen zu übertragen die man ohnehin nicht hört.

Man könnte also im ersten Ansatz sagen: Das Gehör hat eine Bandbreite, und die ist letztlich maßgebend für die Bandbreite, die die Wiedergabeanlage haben muß.

Diese Betrachtungsweise ist nicht so selbstverständlich wie sie sich anhört. In den Frühzeiten der Elektronik und Audiotechnik fand man, daß es erstmal auch reicht wenn man diejenigen Frequenzen überträgt, die musikalisch relevant sind. Man dachte sich: Der Mensch kann zwar (wenigstens in jungen Jahren) Frequenzen im Bereich von etwa 20Hz bis 20kHz hören, aber in der Musik (das war damals noch zu fast 100% "konventionelle" und nicht elektronisch erzeugte Musik) kommt es kaum einmal vor daß weniger als 40 Hz oder mehr als 15 kHz gebraucht werden. Und wenn es nur um Sprache geht, wie z.B. beim Telefon oder in Durchsageanlagen, dann reicht auch noch wesentlich weniger.

Man hat also bis in die zweite Hälfte des vergangenen Jahrhunderts hinein die Technik am konkreten Zweck ausgerichtet, und nicht an den Grenzen des Gehörs. Die "technischen Daten" des UKW-Rundfunks stammen z.B. aus diesen Zeiten. Und wie man weiß kann man damit bei guten Empfangsbedingungen und mit einer guten Produktion ein Qualitätsniveau erreichen das mit der Langspielplatte konkurrieren kann, die ja im Grunde aus der gleichen Zeit stammt und noch heute bei Audiophilen in großem Ansehen steht.

Ein Verstärker braucht in einer Denke wie dieser keine wesentlich größere Bandbreite als es für die Signale von der Quelle nötig ist. Die Idee ist daß gerade so viel Bandbreite geboten werden sollte daß keine zusätzlichen Beeinträchtigungen entstehen. Je nach konkreter "Philosopie" hat man Verstärkern eine Bandbreite spendiert die nach oben hin irgendwo im Bereich von 20 bis 100 kHz zuende war. Verstärker mit noch mehr Bandbreite gab es, es waren aber Exoten.

Das hat zwar unter anderem damit zu tun daß mehr Bandbreite auch technisch anspruchsvoller ist, wichtiger aber war daß man abgesehen davon daß man es für unnötig hielt es auch für potenziell problematisch hielt.

Die Frage ist dabei was denn die eigentlich unhörbaren höheren Frequenzen bewirken. So lange sie gar nicht erst auftreten, weil die Quelle sie gar nicht erst liefert, sollte eigentlich alles in Ordnung sein, aber höhere Frequenzen können eventuell auf Umwegen ins System kommen. Schon bei 30kHz beginnt offiziell der Langwellen-Bereich im Rundfunk, und ganz normale Radiosender beginnen bei etwa 150 kHz. Das Zeitsignal der PTB wird auf 77,5 kHz gesendet. Solche Signale können durchaus irgendwie von einem Kabel aufgefangen werden und mit dem Audiosignal in einen Verstärker gelangen.

Wenn die Bandbreite des Verstärkers groß genug ist, wird er solche Signale ebenfalls verstärken. Das würde für sich genommen noch nichts ausmachen, denn man hört sie ja auch verstärkt noch immer nicht. Das würde aber voraussetzen daß es keine Nichtlinearitäten im System gibt, an denen durch Intermodulation oder Demodulation Mischprodukte entstehen, die in ihren Frequenzen in den hörbaren Bereich fallen können. Das muß nicht im Verstärker passieren, auch im Lautsprecher selbst kann so etwas vorkommen.

Wer die Bandbreite eines Verstärkers nicht zu großzügig auslegt vermeidet solche Probleme, denn dann werden die Radiosignale nicht mehr verstärkt, sondern im Idealfall sogar weggefiltert, und können damit auch im Lautsprecher keine Effekte mehr haben. Die Beschränkung der Bandbreite auf Werte irgendwo unterhalb von 100kHz galt daher den meisten Verstärkerbauern der "alten Zeit" als eine sehr nützliche Maßnahme.

Am besten ist es dabei wenn man die Bandbreite direkt am Verstärkereingang beschränkt, der Verstärker intern aber eine deutlich höhere Bandbreite hat. Auf diese Weise bewirkt man ein sehr kontrolliertes Verhalten, das nicht mehr von den Eigenschaften des Verstärkers abhängt, sondern bloß noch von ein paar Filterbauteilen an dessen Eingang. Und der eigentliche Verstärker hat es nicht mehr mit Signalen zu tun, für die er "nicht schnell genug" ist, und auf die er unter Umständen mit Intermodulation reagieren würde.

Noch eher als den Verstärker sollte man aber den Lautsprecher von Frequenzen verschonen mit denen er nicht umgehen kann. Bei hohen Frequenzen über der Hörgrenze führen sie im günstigsten Fall nur dazu daß die Schwingspule des Hochtöners vorgewärmt wird. In ungünstigeren Fällen führen Nichtlinearitäten im Hochtöner zu potenziell hörbaren Intermodulationen. Im Tieftonbereich gibt's auch Probleme. Tiefere Frequenzen als sie der Lautsprecher noch gut wiedergeben kann führen besonders bei höheren Lautstärken zu merklichen Effekten, wie z.B. Windgeräusche an Baßreflexöffnungen, große Membranhübe mit damit verbundenen nichtlinearen Verzerrungen, Dopplereffekte.

Man könnte versuchen, in der Weiche zusätzlich Filter einzubauen die solche für den Lautsprecher nicht hilfreichen Frequenzen unterdrücken, aber der zusätzliche Aufwand wird gescheut, und mit Sicherheit von der audiophilen Szene auch nicht goutiert. In den Verstärker kann man eine entsprechende Filterung ebenso kaum einbauen, denn man weiß ja nicht im Voraus wo beim angeschlossenen Lautsprecher die Grenzen liegen werden. Am besten dran sind die Aktivlautsprecher, wo man die Filterung im Verstärker optimal an die Eigenschaften des Lautsprechers anpassen kann.

Selbst wenn wir annehmen daß wir Radiosignale durch entsprechende Verkabelung und Schirmung ausgeschlossen haben, und daß der Verstärker daher auf eine Begrenzung der Bandbreite verzichten kann, müssen wir uns immer noch ansehen was von der Quelle kommt.

Wir haben gesehen daß in der "alten Zeit" bei rein analogen Quellen wie dem UKW-Radio oder der LP schon die Quelle keine Frequenzen von sich gegeben hat die oberhalb des Hörbereiches liegen. Genauer gesagt hat sie gelegentlich schon solche Frequenzen geliefert, aber nicht unbedingt absichtlich. Bei der LP kann das z.B. bei Knacksern sein oder wenn sich der empfindliche Tonabnehmer Radiosignale einfängt. Außerdem hat auch das unvermeidliche Rauschen Komponenten bei hohen Frequenzen. Damit müßte man im Grunde schon im Phono-Vorverstärker umgehen.

Bei neueren Quellen, vor allem digitalen, wächst jedoch der Anteil an Energie oberhalb des hörbaren Bereiches deutlich an. Zum Einen gibt es die Leute die höhere Abtastraten befürworten, und damit letztlich auch eine höhere nutzbare Bandbreite schon im Quellmaterial. Bei einer Abtastrate von 192kHz geht die nutzbare Audiobandbreite schon bis knapp unterhalb von 100kHz. Zum Anderen erzeugt ein D/A-Wandler immer auch höhere Frequenzen durch Aliasing (Spiegelfrequenzen), die durch ein nachgeschaltetes Filter wieder unterdrückt werden müssen. Nicht wenige Leute meinen, darauf verzichten zu können weil die nachgeschaltete "Kette" das sowieso irgendwie filtert, und wenn das erst im Ohr sein sollte. Einige SACD-Wandler sind z.B. dafür bekannt, daß sie ziemlich viel Rauschenergie im unhörbaren Bereich absondern und das dann dem Verstärker zumuten.

Das wäre natürlich kein besonderes Problem wenn der Verstärker am Eingang eine Bandbreitenbegrenzung hätte, wie ich es oben beschrieben habe. Das gilt aber als unaudiophil. So werden eins nach dem anderen die Sicherheitsmaßnahmen eliminiert, die einer negativen Auswirkung "unnützer" Frequenzen bisher im Weg gestanden sind.

Es kann dabei passieren daß sich auf diese Weise "Unterschiede" ergeben, die vom begeisterten Audiophilen prompt als Anzeichen dafür fehlinterpretiert werden, daß der Mensch (genauer gesagt: Er selbst --> Goldohrbeweis) eben doch oberhalb von 20kHz was hört, und daß viel Bandbreite demzufolge auch viel hilft.

Das ist dann die Krönung der Ironie: Ausgerechnet die negativen Auswirkungen dessen werden als Bestätigung einer Ansicht verstanden die schon von vorn herein falsch war.

Kommentare :

reinhard hat gesagt…

klingt vernünftig - erst mal für einen laien.
aber gibts geräte (verstärker), die diese vorgaben erfüllen? d.h. einfache, vernünftige schaltung, aufs wesentliche reduziert?
gruß alex

Anonym hat gesagt…

Highend ist, wenn der Verstärker Video kann:

http://www.soulution-audio.com/700highlights.html

Da soll noch einer sagen, die Schweizer wären langsam...

Anonym hat gesagt…

Pelmazo hat gesagt:
"Das würde aber voraussetzen daß es keine Nichtlinearitäten im System gibt, an denen durch Intermodulation oder Demodulation Mischprodukte entstehen, die in ihren Frequenzen in den hörbaren Bereich fallen können. Das muß nicht im Verstärker passieren, auch im Lautsprecher selbst kann so etwas vorkommen."

Ist damit wirklich Demodulation im Lautsprecher gemeint?
Grüsse
Hoppenstett

pelmazo hat gesagt…

"Ist damit wirklich Demodulation im Lautsprecher gemeint?"

Nein, im Lautsprecher findet man Intermodulation.

Anonym hat gesagt…

Alle lieben den Verrat, keiner liebt den Verräter

Pelmazo ist…

Wer aber, aus rechtlich relevanten Gründen wissen möchte oder muss, wer sich hinter dem Pseudonym "Pelmazo" verbirgt, bitte eine E-Mail an: s.h.i.m.leser@googlemail.com

Nach Überprüfung der Sachlage, gibt es den vollständigen Namen, die E-Mail, Namen der Arbeitgeber und für wen er so gearbeitet hat und sogar ein hübsches Bild.

Der anonyme, Anonymus :L

http://img10.abload.de/img/pelmazorgji.jpg