Wideband Cardioid™

Bei einer herkömmlichen Nierencharakteristik entsteht an der Rückseite des Lautsprechergehäuses eine Auslöschung. In einem aktiven Cardioid-System wird dies dadurch erreicht, dass zwei Lautsprechertreiber an der Rückseite oder an den Seiten des Gehäuses angebracht und separat angesteuert werden.

Die Auslöschung tritt im Bereich der Mittenfrequenz auf, die einem Viertel der Wellenlänge der Entfernung zwischen der nach vorne strahlenden Quelle und der seitlichen Quelle entspricht.

Bei einer Weglänge von 75 cm zwischen den Quellen würde die volle Wellenlänge beispielsweise 3,0 m betragen

Demzufolge gilt:

Frequenz = Schallgeschwindigkeit / Wellenlänge

F = 340/3.0

F = 113.33 Hz

Die Mittenfrequenz der Auslöschung liegt also bei 113,33 Hz und erstreckt sich bestenfalls über drei Viertel einer Oktave zu beiden Seiten, wobei die Wirksamkeit zu den Rändern hin abnimmt. Der Auslöschungsbereich reicht somit von 67 Hz bis 190 Hz, mit einer Mittenfrequenz von 113,33 Hz.

Das ist ein Problem, denn wenn wir wollen, dass der Lautsprecher bis zu seiner Grenzfrequenz eine effektive Dämpfung aufweist, wird die untere Grenze der Dämpfung zum begrenzenden Faktor für die Tieftonwiedergabe des Lautsprechers.

Die Einschränkung bei herkömmlichen Nierencharakteristiken liegt also in dem Frequenzbereich, in dem wir die Auslöschung hinter dem Gehäuse erzeugen können, was auf den Abstand zwischen den nach vorne und den seitlich/nach hinten gerichteten Treibern zurückzuführen ist.

Um dies zu überwinden, können wir dem Gehäuse zusätzliche Schallquellen hinzufügen – eine näher an der Quelle, eine in der Mitte und eine weiter entfernt. Dadurch entstehen drei Weglängen, von denen jede den Mittelpunkt eines neuen Nullfrequenzbandes bildet.

Der erste Abstand ist der von der Vorderseite zum Treiber selbst, der zweite ist der Abstand zur ersten Portöffnung an der Seite des Gehäuses und der dritte der Abstand zur hinteren Portöffnung neben dem hinteren Rigging-Punkt.

Wir nehmen als Beispiel Weglängen von 50 cm für Quelle eins, 70 cm für Quelle zwei und 90 cm für Quelle drei.

Quelle 1: f = 340/2 = 170Hz

Quelle 2: f = 340/2.8 = 121.4Hz

Quelle 3: f =340/3.6 = 94.4Hz

Dies ergibt eine Gesamtbandbreite der Auslöschung von 56 Hz bis 286 Hz, was eine deutliche Verbesserung darstellt und es dem betreffenden Lautsprecher ermöglicht, eine deutlich niedrigere Untergrenze im Tieftonbereich zu haben, da die Auslöschung bis zu einer niedrigeren Frequenz wirkt.

Durch die Veränderung der Abstände zwischen der vorderen und den drei hinteren Abstrahlquellen lässt sich der effektive Frequenzbereich der Nullstelle verändern.

Es geht nicht nur um den Unterschied in der Weglänge, sondern auch um die Portabstimmung und die Portenergie.

Die kürzeste Signalweglänge führt zur Membran selbst und entspricht dem höheren Frequenzbereich des Auslöschsystems (violette Kurve unten). Die längeren Signalweglängen für die tieferen Frequenzen des Auslöschsystems führen zu den Bassreflexöffnungen, die entsprechend auf die richtige Frequenz für die jeweilige Weglänge abgestimmt sind. Die kürzere Bassreflexöffnung befindet sich ganz hinten im Gehäuse und sorgt für die höchste Auslöschenergie (graue Kurve).

Die daraus resultierende Auslöschung im hinteren Bereich des Gehäuses ist erheblich und erstreckt sich über einen weiten Frequenzbereich.

Die folgende Grafik zeigt den Unterschied in der Dämpfung zwischen zwei Ports gleicher Länge (blau) und einem kürzeren und einem längeren Port (grün). Als Referenz dient die 0-dB-Linie.

Typischerweise weisen Cardioid-Systeme ein schlechtes Phasenverhalten auf. Dies führt zu einem eher weichen Klang im Tieftonbereich, dem es an Durchschlagskraft mangelt. Der Grund dafür ist, dass zwischen der Ankunft der einzelnen Frequenzbänder beim Zuhörer ein Zeitversatz besteht.

Außerdem würde ein typischer FIR-Filter für eine ordnungsgemäße Regelung bei niedrigen Frequenzen eine Verarbeitungszeit von etwa 45 ms benötigen, was eindeutig nicht akzeptabel ist.

Durch den Einsatz der DS-FIR-Filterung von CODA können wir all diese Steuerungsmöglichkeiten nutzen, jedoch bei einer deutlich geringeren Latenz, die in der Regel bei etwa 12,5 ms liegt.

Wir bieten außerdem Presets mit geringer Latenz für den Einsatz in zeitkritischen Anwendungen wie Side-Fills und Monitoring an, wobei dies auf Kosten einer gewissen Phasenlinearität im unteren Frequenzbereich geht.

Die Regeln bleiben gleich, unabhängig vom Lautsprechertyp.

Bei einem herkömmlichen Subwoofer mit Nierencharakteristik gibt es zwei Probleme.

Erstens haben wir nur eine Weglänge, was zu einem schmalen Auslöschungsbereich führt. Dies stellt für CODA ein besonderes Problem dar, da unser Subwoofer bis zu 200 Hz abdecken soll. Das bedeutet, dass dasselbe Gehäuse sowohl zur Steigerung der Tieftonenergie und -reichweite in der Luft mithilfe der Arrays als auch für eine effiziente Nutzung am Boden verwendet werden kann.

Zweitens darf man einen Subwoofer mit Nierencharakteristik nicht direkt an eine Wand stellen, da:

Der Subwoofer kann die hintere Nullstelle nicht erzeugen, wenn kein Raum für die Schallabstrahlung vorhanden ist

Die unmittelbare Nähe zu einer festen Wand führt zu einem starken Rückstau am Lautsprecher, wodurch der Treiber selbst beschädigt werden kann.

Die Wideband Cardioid™-Subwoofer von CODA sind von diesen Problemen nicht betroffen, da der nach hinten gerichtete Treiber ebenfalls seitlich aus dem Gehäuse entlüftet wird.

Befindet sich der Lautsprecher nicht an einer Wand, kommt es – wie bei den Partnerlautsprechern – zu mehreren Auslöschungswegen; steht er jedoch an einer Wand, kann der nach hinten gerichtete Treiber dennoch zusätzliche Tieftonenergie aus den seitlich ausgerichteten Bassreflexöffnungen einbringen, ohne den Treiber zu beschädigen.

Durch sorgfältige und durchdachte Konstruktion hat CODA gezeigt, dass es möglich ist, ein Nierencharakteristik-Design mit breitem Frequenzbereich und überdurchschnittlicher Leistung zu realisieren und dabei gleichzeitig einen linearen Phasengang des Lautsprechersystems zu gewährleisten.

Die Vorteile für den Nutzer sind eine leisere Bühne, eine verbesserte Geräuschdämpfung außerhalb des Veranstaltungsortes sowie eine klare, präzise und beeindruckende Darbietung.