Grenzflächenkorrektur am Lautsprecher (Corner- und Boundary-Schalter)

Ein Boundary- oder Corner-Schalter ist ein festes Filter im Lautsprecher, das den Tiefton absenkt, wenn das Gerät dicht an einer Wand oder in einer Raumkante sitzt. Er nimmt den Leistungszugewinn zurück, den die Nähe zu diesen Flächen erzeugt — gestellt beim Einbau, nach der Lage im Raum.

Ausführliche Erklärung

Bei tiefen Frequenzen strahlt ein Lautsprecher nach allen Seiten fast gleich ab — in den Vollraum. Eine Fläche dicht daneben nimmt ihm die halbe Richtung: Was dorthin gehen würde, kommt zurück und läuft mit dem Direktschall mit. Die Membran findet dadurch mehr Widerstand und gibt mehr Leistung ab.

Ausgemessen und durchgerechnet hat das Roy Allison, damals bei Acoustic Research in Massachusetts, in einer Arbeit für die Audio Engineering Society von 1974. Sein Ergebnis: Die Beschränkung auf den Halbraum verdoppelt die abgegebene Leistung gegenüber dem Vollraum, zwei sich schneidende Flächen verdoppeln sie noch einmal, drei ein drittes Mal. Das sind jeweils rund 3 dB.

Alles hängt am Wort „dicht"

Allison hat seine eigene Tabelle im selben Aufsatz eingeschränkt, und diese Einschränkung ist der eigentliche Inhalt der Arbeit: Der volle Gewinn stellt sich nur ein, wenn die Quelle einen sehr kleinen Bruchteil einer Wellenlänge von der Fläche entfernt ist. Bei einem Zehntel der Wellenlänge bleiben davon noch etwa 2,5 dB. Bei einem Viertel der Wellenlänge ist er auf null zusammengeschmolzen. Und zwischen einem Viertel und einer halben Wellenlänge liegt die abgestrahlte Leistung unter dem Freifeldwert — bei einer Fläche um etwa 1 dB, bei zweien um 3 dB, bei dreien um bis zu 11,5 dB. Oberhalb einer halben Wellenlänge wirkt die Fläche praktisch nicht mehr mit.

Weil dieselbe Strecke bei jeder Frequenz einem anderen Bruchteil der Wellenlänge entspricht, ergibt sich daraus über der Frequenz ein welliger Verlauf und kein gleichmäßiger Pegelversatz. Ein Zahlenbeispiel aus derselben Arbeit macht das greifbar: Bei 0,61 m Abstand liegt die Viertelwellenlänge bei 140 Hz — genau dort, wo der Gewinn dieser Fläche verschwunden ist. Für übliche Aufstellungen im Wohnraum beziffert Allison die Streuung im Tieftonleistungsgang auf 5 bis 12 dB. Die ungünstigste Position ist danach die freie Aufstellung in gleichem Abstand zu allen Flächen, weil sich dort die Einbrüche mehrerer Flächen überlagern.

Für den Fall, um den es hier geht, wird die Sache damit eindeutig: Ein Einbaulautsprecher sitzt in der Fläche, sein Abstand ist null. Für ihn gelten die 3 dB über den gesamten Tiefton, ohne Wenn und Aber. Deshalb schreibt eine Planungsempfehlung wie CEDIA/CTA-RP22 dem Einbau einen glatteren Tieftonverlauf und mehr Empfindlichkeit unterhalb 300 Hz zu und hält zugleich fest, dass nicht dafür ausgelegte Lautsprecher im Einbau eine Entzerrung brauchen, um den überschüssigen Bass loszuwerden. Kommt eine zweite Fläche dicht dazu, folgen die nächsten 3 dB.

Was der Schalter tut

Der Schalter legt ein Filter in den Signalweg oder in die Frequenzweiche, das den Tiefton unterhalb einer festen Frequenz um einen festen Betrag absenkt und darüber nichts ändert. Wie das aussieht, lässt sich an einem aktiven Studiomonitor ablesen, weil dort die Werte im Handbuch stehen: Genelec nennt für das 8020D eine Absenkung unterhalb 2 kHz in drei Stufen — 2, 4 und 6 dB — und ordnet in einer Tabelle jeder Aufstellung ihre Stellung zu; für die Aufstellung nahe an einer Wand sind es 4 dB. Ein zweites Beispiel, Neumanns KH 120, staffelt in vier Schritten bis 7,5 dB und hat daneben eigene Schalter für Grundton und Hochton.

Die Größenordnung passt zur Rechnung: Schritte von zwei bis drei Dezibel, so viele, wie Flächen dazukommen können. Zwei Eigenschaften machen den Schalter zu dem, was er ist.

Er arbeitet blind. Er kennt weder Raum noch Hörplatz, sondern nur die Annahme, die der Entwickler mit dieser Stellung verbunden hat. Deshalb wird er nach der Geometrie gestellt, die man sieht, und nicht nach dem, was man hört.

Er bleibt am Gerät. Die Einstellung sitzt im Lautsprecher und überlebt jeden Wechsel der Elektronik. Bei einem Lautsprecher hinter einer verschlossenen Decke ist das der praktisch wichtigere Punkt: Was dort einmal falsch steht, bleibt falsch.

Warum das bei Einbaulautsprechern häufiger vorkommt

Ein freistehender Lautsprecher hat eine Stellschraube, die dem Einbaulautsprecher fehlt: Man kann ihn schieben. Wird der Bass zu dick, rückt er einen halben Meter von der Wand weg. Nach Allison landet er damit allerdings im welligen Bereich und nicht wieder im Freifeldzustand. Die Abwägung dahinter führt die Seite zu Wandabstand und Grenzflächenankopplung aus.

In der Decke oder in der Wand fällt diese Möglichkeit weg. Die Position folgt der Sitzanordnung, dem Tonformat und dem, was der Bauteilaufbau hergibt; steht die Öffnung, ist sie eine Konstante. Dazu kommt, dass ein bündig eingebauter Lautsprecher den ersten Schritt der Staffelung bereits hinter sich hat — er sitzt bauartbedingt im Halbraum, und jede weitere Fläche in seiner Nähe ist der zweite Schritt. Ein Deckenlautsprecher dicht an der Seitenwand ist damit ein anderer Fall als derselbe Lautsprecher mitten im Raum, ohne dass sich am Gerät etwas geändert hätte.

Die Anpassung liegt deshalb dort, wo sie noch möglich ist: im Gerät.

Häufiges Missverständnis

„Sind das nicht 6 dB?" Beide Zahlen sind im Umlauf, und beide sind richtig; sie messen Verschiedenes. Allisons 3 dB je Fläche sind die abgestrahlte Leistung. Die 6 dB, die vom Baffle Step her vertraut sind, sind der Schalldruck auf Achse vor einer großen Schallwand. Sie setzen sich aus zwei Anteilen zusammen: dem verdoppelten Strahlungswiderstand und der Bündelung derselben Leistung auf den halben Winkel. Für einen Schalter, der die Balance im ganzen Raum geraderücken soll, ist die Leistungsbetrachtung die passende — und deshalb stehen an realen Geräten Stufen von zwei bis drei Dezibel und nicht von sechs.

„Der Corner-Schalter macht die Ecke gut." Er nimmt den Pegel zurück, den die Ecke hinzufügt, und zwar dort, wo sie ihn gleichmäßig hinzufügt. Was er nicht anrührt, sind die Einbrüche, die dieselben Flächen darüber erzeugen — nach Allison bis zu 11,5 dB unter dem Freifeldwert, wenn drei Flächen im ungünstigen Abstand liegen. Eine Ecke ist nach dem Umlegen also nicht dasselbe wie eine freie Fläche; sie ist nur nicht mehr zu laut. Wer den Schalter als Freibrief für beliebige Einbauorte liest, hat die halbe Wirkung gelesen.

„Mehr Bass durch die Wand nehme ich doch gern mit." Der Zugewinn ist ein Leistungsversatz und kein besserer Tiefton. Er verschiebt das Verhältnis zwischen Bass und Mitten, und was dabei entsteht, hört man als Dröhnen und als undeutliche Stimmen. Bei mehreren Kanälen kommt ein zweiter Punkt dazu: Sitzen zwei Deckenlautsprecher desselben Modells verschieden nah an Wänden, klingen sie verschieden — bei einer Tonspur, die Objekte zwischen ihnen bewegt, fällt genau das auf.

„Das erledigt die Einmessung." Sie kann es, und trotzdem gehört der Schalter richtig gestellt. Zwei Gründe sprechen dafür. Eine Raumkorrektur hat einen begrenzten Korrekturvorrat und arbeitet umso sauberer, je weniger sie geradezubiegen hat; einen Versatz, der schon aus der Geometrie bekannt ist, sollte sie nicht auch noch übernehmen müssen. Und sie hängt an der Elektronik: Wird der Verstärker getauscht oder die Messung gelöscht, ist die Korrektur weg — der Schalter im eingebauten Lautsprecher bleibt. Auch Genelec trennt beides ausdrücklich: die Schalter fest nach Aufstellungsfall, die automatische Einmessung nach Messung am Hörplatz.

Nicht zu verwechseln mit

• Raumkorrektur: misst am Hörplatz und korrigiert das gesamte System aus Lautsprecher und Raum, Moden eingeschlossen. Der Schalter misst nichts und behandelt nur den Anteil, der aus der Einbaulage folgt.
• Baffle-Step-Kompensation: gleicht den Übergang aus, der an der Breite der Schallwand hängt — eine Eigenschaft des Lautsprechers, kein Merkmal des Einbauorts.
• SBIR: dieselbe Fläche, höherer Frequenzbereich, umgekehrtes Vorzeichen. Dort geht es um Auslöschung durch Laufzeit, hier um Zugewinn durch gleichphasige Addition. Beides sind zwei Enden desselben Verlaufs, den Allison durchgerechnet hat.
• Zielkurve: der Verlauf, auf den eingemessen wird. Sie beschreibt das Ziel, der Schalter ändert die Ausgangslage.
• Bassmanagement: teilt auf, welcher Lautsprecher welchen Bereich übernimmt. Es entscheidet mit darüber, ob der Zugewinn überhaupt in den Arbeitsbereich des betroffenen Lautsprechers fällt — ersetzt den Schalter aber nicht.
• Schalter für Mittel- und Hochton: an denselben Geräten häufig daneben zu finden, aber für eine andere Frage zuständig — Verkleidung, Bespannung, Hörabstand, Abstrahlwinkel.

In der Planung

Ein Wohnraum-Heimkino bekommt vier Deckenkanäle. Zwei liegen mittig im Raum, zwei laufen wegen des Grundrisses dicht an der Seitenwand entlang.

Am Anfang steht die Frage nach der Position, noch bevor irgendein Schalter zur Debatte steht: Lässt sie sich überhaupt noch ändern? Ein Deckenkanal, der zwanzig Zentimeter weiter in den Raum wandert, löst das Problem an der Wurzel — solange die Decke offen ist. Ist die Position durch Sitzanordnung, Tonformat und Balkenlage festgelegt, ist sie es endgültig.

Dann das Verfahren. Die beiden wandnahen Kanäle bekommen die Stellung für die zusätzliche Fläche, die beiden mittigen bleiben neutral. Beides wird beim Einbau eingestellt und dokumentiert — nach dem Verschließen der Decke kommt niemand mehr an den Schalter, und wer nach zwei Jahren die Elektronik tauscht, findet sonst vier gleiche Lautsprecher mit unterschiedlichen Einstellungen und keinen Hinweis darauf, warum.

Zuletzt das Gerät und die Einmessung. Erst mit richtig gestellten Schaltern beginnt die Raumkorrektur an einer sinnvollen Ausgangslage. Sitzt der Lautsprecher in einem Rückgehäuse, ist das der Arbeitsgang, in dem beides zusammen entschieden wird.

Verknüpfte Inhalte

Woher der Zugewinn kommt, führt der Strahlungswiderstand aus; wie sich derselbe Mechanismus an der Schallwand des Lautsprechers zeigt, der Baffle Step. Was dieselben Flächen im höheren Frequenzbereich anrichten, steht bei SBIR, und die Abwägung über den Abstand insgesamt bei Wandabstand und Grenzflächenankopplung. Wo die Grenze zur digitalen Korrektur verläuft, klärt die Raumkorrektur. Warum Einbaulautsprecher außerdem ein Rückvolumen brauchen, behandeln Rückgehäuse und Aufbaugehäuse. Dass Dipole und kardioide Konstruktionen sich an Grenzflächen anders verhalten und diese Staffelung für sie nicht gilt, führt der Eintrag zum Grenzflächenverhalten von Dipol- und Kardioid-Lautsprechern aus.

Quellen

Die Staffelung Vollraum – Halbraum – Viertelraum – Achtelraum, die 3 dB je Fläche, die Abhängigkeit vom Verhältnis aus Abstand und Wellenlänge mitsamt den Einbrüchen zwischen einer Viertel- und einer halben Wellenlänge sowie die Streuung von 5 bis 12 dB in Wohnräumen stammen aus Roy Allisons Arbeit für die Audio Engineering Society von 1974, die dafür im Volltext eingesehen wurde. Die Aussage zum Einbau — glatterer Tieftonverlauf, höhere Empfindlichkeit unterhalb 300 Hz, Entzerrungsbedarf bei nicht dafür ausgelegten Lautsprechern — steht in CEDIA/CTA-RP22 § 5.9.3. Die Stufenwerte im Abschnitt über den Schalter sind Herstellerangaben zu zwei aktiven Studiomonitoren; die Unterscheidung zwischen fest gesetzten Schaltern und automatischer Einmessung ebenso.