Ein Kompressionstreiber ist ein Lautsprecherwandler, dessen Membran auf
eine deutlich kleinere Öffnung arbeitet — den Hals, an dem das Horn
ansetzt. Zwischen Membran und Hals liegt eine flache Druckkammer mit
einer Phasenkorrektur, die den Schall in Kanälen gleicher Länge zum Hals
führt. Der Wandler ist damit auf den Trichter vor ihm angewiesen; für
sich allein gibt er kaum etwas ab.
Stell Dir vor, jemand pustet einmal mit weit geöffnetem Mund und einmal
durch die gespitzten Lippen. Die zweite Art bringt bei gleichem Aufwand
viel mehr Bewegung in die Luft. Nach diesem Prinzip arbeitet dieser
Lautsprechertyp: Eine verhältnismäßig große Membran drückt die Luft
durch eine kleine Öffnung, und ein Trichter davor gibt sie wieder an
den Raum ab. Das Ergebnis ist sehr viel Lautstärke aus wenig Strom,
weshalb man diese Bauart im Kino und auf Konzertbühnen findet. Ohne den
Trichter bleibt sie stumm, und tiefe Töne kann sie ohnehin nicht.
Der Aufbau folgt einer einzigen Überlegung: Eine Membran, die frei in die
Luft arbeitet, koppelt schlecht an — der Strahlungswiderstand ist klein,
und nur ein winziger Teil der zugeführten Leistung wird zu Schall. Das
Horn löst dieses Problem über die Luftlast am Hals. Damit der Treiber
diese Last auch nutzen kann, wird er von vornherein dafür gebaut.
Die Membran ist groß im Verhältnis zur Halsöffnung. Kalotten messen
je nach Bauart etwa 25 bis 100 Millimeter im Durchmesser, verbreitete
Halsmaße sind 25 und 35 Millimeter — die größere Membran sitzt dabei am
größeren Hals. Als Kompressionsverhältnis, also Membranfläche zu
Halsfläche, wird üblicherweise etwa das Fünf- bis Zehnfache genannt.
Dieses Verhältnis ist der eigentliche Namensgeber. Es bewirkt dieselbe
Übersetzung wie ein Getriebe: Die Membran legt einen sehr kleinen Weg
über eine große Fläche zurück, im Hals bewegt sich dieselbe Luftmenge
über eine viel kleinere Fläche und dafür entsprechend schneller. Genau
diese schnelle Bewegung an kleiner Fläche übersetzt das Horn
anschließend wieder in eine große, langsam bewegte Luftsäule.
Die Membran ist steif und leicht. Übliche Werkstoffe sind Aluminium,
Titan, Beryllium und beschichtete Kunststoffe. Welche obere Grenze eine
Membran erreicht, entscheidet ihre erste Aufbrechschwingung; unterhalb
davon bewegt sie sich noch als Ganzes, oberhalb zerfällt sie in
Teilschwingungen mit eigenem Frequenzgang. Aus dem Material allein folgt
dabei kein Klang — was zählt, sind Steifigkeit, Masse und Dämpfung des
fertigen Bauteils.
Ohne weitere Maßnahme hätte der Schall vom Membranrand einen längeren Weg
zum Hals als der aus dem Zentrum. Solange dieser Wegunterschied klein
gegenüber der Wellenlänge bleibt, macht das nichts. Im obersten
Arbeitsbereich erreicht er jedoch eine halbe Wellenlänge, und dann treffen
sich am Hals zwei gegenphasige Anteile und löschen sich teilweise aus —
im Frequenzgang stehen dort Einbrüche.
Die Phasenkorrektur, im Englischen phase plug oder phasing plug, ist ein
Formkörper dicht vor der Membran, der die Druckkammer in mehrere Kanäle
teilt. Jeder Kanal beginnt an einer anderen Stelle der Membran und ist so
geformt, dass alle am Hals gleich lang sind. Der Weg wird dadurch für
alle Anteile derselbe, und der Auslöschung ist die Grundlage entzogen.
Beschrieben hat den Treiber mitsamt diesem Bauteil erstmals Edward C.
Wente mit Albert L. Thuras bei den Bell Telephone Laboratories im Jahr
1928; die durchgerechnete Auslegung der Kanäle lieferte der US-Akustiker
Bob H. Smith 1953 nach.
Die Halsöffnung ist winzig. Eine Fläche von wenigen Quadratzentimetern
gibt an die freie Luft fast nichts ab, egal wie viel Druck dahinter
steht — dieselbe Rechnung, die beim Strahlungswiderstand steht, nur mit
extrem kleiner Fläche. Erst der Trichter führt diese Fläche schrittweise
in eine große Mundfläche über und macht den aufgestauten Druck nutzbar.
Damit hängt der Kompressionstreiber an den geometrischen Bedingungen
seines Horns: Unterhalb der Grenzfrequenz, die aus der Öffnungsrate
folgt, lädt der Trichter nicht mehr, und der Treiber steht ohne Last da.
Genau dort wird er auch mechanisch gefährdet, weil die Membran ohne
Gegendruck weiter ausschlägt. Die untere Trennfrequenz einer solchen
Kombination ist deshalb keine Geschmacksfrage der Abstimmung — sie ist
eine Bedingung, die aus Hornmaß und Druckkammer folgt und mit einer
ausreichend steilen Weiche eingehalten werden muss.
Der Gewinn ist beträchtlich: Während ein direkt abstrahlender
Lautsprecher nur wenige Prozent der zugeführten Leistung in Schall
umsetzt, erreicht die Kombination aus Kompressionstreiber und Horn ein
Vielfaches davon — Kennschalldruckpegel deutlich oberhalb von 100 Dezibel
sind für solche Systeme üblich, wo ein HiFi-Lautsprecher bei etwa 86 bis
90 Dezibel liegt. Für das Gesamtsystem heißt das Reserve: Dieselbe
Verstärkerleistung führt zu höherem Pegel, und die Schwingspule bleibt
kühler, weil weniger Leistung in Wärme geht.
Drei Grenzen bleiben, und die letzte ist die, die in der Praxis zuerst
auffällt.
Erstens ist der Hub klein. Die Membran arbeitet in einem engen Spalt vor
der Phasenkorrektur, und ihr Weg misst Bruchteile eines Millimeters. Nach
unten hin ist die Bauart deshalb empfindlich: Ein tieffrequenter
Störimpuls — das Knacken eines Verstärkers beim Einschalten etwa — trifft
sie an ihrer schwächsten Stelle und muss von der Weiche ferngehalten
werden.
Zweitens begrenzt die Wärme in der Schwingspule den Dauerpegel. Der hohe
Wirkungsgrad verschiebt diese Grenze nach oben, hebt sie aber nicht auf:
Was an Wärme bleibt, drückt den Pegel mit steigender Belastung wieder
zusammen — der Vorgang, den die Leistungskompression beschreibt.
Drittens verzerrt bei hohem Schalldruck die Luft im Hals selbst. Die
Luftsäule an dieser Stelle wird so stark komprimiert, dass sie dem Signal
nicht mehr linear folgt, und der Klirranteil steigt mit dem Pegel schnell
an. Das ist die prinzipbedingte Obergrenze der Bauart, und dagegen hilft
weder eine bessere Membran noch eine andere Hornkontur — nur ein größerer
Hals, mehr Treiber oder weniger Pegelanspruch.
„Kompressionstreiber komprimieren den Klang, deshalb klingen Hörner so
gepresst." Das Wort meint hier eine Geometrie und keine
Signalbearbeitung: Komprimiert wird die Luft zwischen Membran und Hals,
und zwar in jedem Betriebszustand gleich. Die Dynamikkompression eines
Kompressors im Verstärkerzug und die Leistungskompression durch Wärme im
Chassis sind zwei ganz andere Vorgänge, die zufällig dasselbe Wort
benutzen. Was an Hörnern tatsächlich hörbar schiefgehen kann, steht bei
Horn und Waveguide — es hängt an der Kontur und am Mund, nicht am
Treiber dahinter.
Ebenso hartnäckig hält sich eine Milieuzuschreibung: „Das ist
PA-Technik, im Wohnzimmer hat sie nichts verloren." Richtig daran ist die
Herkunft aus Kino und Beschallung. Daraus folgt aber keine Aussage über
den Wohnraum, sondern eine Frage nach dem Pegelziel und der Entfernung:
Wo über mehrere Meter Referenzpegel gehalten werden soll, ist der hohe
Wirkungsgrad ein sachliches Argument. Wo nah und leise gehört wird,
spielt er keine Rolle, und die Bauart bringt dann vor allem ihre
Anforderungen an Weiche und Aufstellung mit.
- Horn und Waveguide: der Trichter vor dem Treiber. Er bestimmt
Belastung und Abstrahlwinkel; der Kompressionstreiber ist das Bauteil
am Hals. Beide werden im Handel gemeinsam als „Horn" verkauft, sind
aber getrennt zu beurteilen — ein guter Treiber an einer schlechten
Kontur klingt schlecht.
- Kalottenhochtöner: dieselbe Membranform, aber ohne Druckkammer und
ohne Phasenkorrektur. Er strahlt direkt in die Luft, hat mehr Hub,
weniger Wirkungsgrad und braucht keinen Trichter, um überhaupt zu
arbeiten.
- Leistungskompression: der Pegelverlust, wenn die Schwingspule warm
wird. Gleiches Wort, anderer Vorgang — und er betrifft jeden
Lautsprecher.
- Dynamikkompression: eine Bearbeitung des Signals vor dem
Verstärker. Sie hat mit dem Wandler nichts zu tun.
Ein dediziertes Kino, zwölf Plätze, die hinterste Reihe gut acht Meter
von der Leinwand entfernt, und im Angebot steht ein System mit
Kompressionstreibern auf Waveguide hinter einer akustisch transparenten
Leinwand. Zu klären ist zuerst das Ziel, lange vor dem Gerätevergleich:
Welcher Pegel wird am hintersten Platz gebraucht, wie viel Reserve soll
darüber bleiben, und wie eng darf die Abstrahlung sein, damit die
vorderste Reihe noch dazugehört?
Der Weg dorthin hat hier zwei Teile. Der eine ist der Wirkungsgrad: Er
verschiebt die Grenze, ab der die Wärme im Chassis den Pegel wieder
auffrisst, und macht die Verstärkerfrage kleiner. Der andere ist die
Richtwirkung, die mit der Bauart ins Haus kommt, weil ein
Kompressionstreiber praktisch immer auf einer Schallführung sitzt. Ein
enger Abstrahlwinkel hilft gegen frühe
Reflexionen von Seitenwand und Decke und verlangt zugleich eine
Ausrichtung, die zur Sitzanordnung passt — beides gehört in die
Raumplanung und nicht in die spätere Einmessung.
Am Schluss dieser Reihenfolge steht das Gerät, und dort sind zwei
Angaben zu bestätigen: die untere Trennfrequenz samt Flankensteilheit,
die zum Horn passen muss, und der Abstrahlwinkel des Waveguides, der vor
der Akustikplanung feststehen sollte. Beides steht im Datenblatt und
lässt sich vor der Bestellung klären.
Was der Trichter vor dem Treiber leistet und wie sich Horn und Waveguide
darin unterscheiden, führt Horn und Waveguide
aus; warum eine Membran überhaupt so schlecht an die Luft ankoppelt,
steht beim Strahlungswiderstand. Wie
Wirkungsgrad und Kennschalldruckpegel zusammenhängen, klärt der Eintrag
zu Wirkungsgrad und Kennschalldruckpegel; was
die Wärme im Chassis mit dem erreichbaren Pegel macht, die
Leistungskompression und die
Belastbarkeit. Warum eine Membran oberhalb
ihrer ersten Aufbrechschwingung nicht mehr als Ganzes schwingt, beschreibt
der Membranaufbruch; wie eng ein System
abstrahlt, beziffert das Bündelungsmaß.
Aufbau, Kompressionsverhältnis und die Funktion der Phasenkorrektur
folgen der elektroakustischen Fachüberlieferung; die Abgrenzung zwischen
Belastung und Richtwirkungssteuerung stammt aus dem AVITECT-Eintrag zu
Horn und Waveguide.
