Uni-Q (KEF)

Uni-Q ist KEFs Ausführung eines koaxialen Chassis: Die Hochtonkalotte sitzt nicht über dem Tief-Mitteltöner, sondern in dessen Konushals, und beide akustischen Zentren fallen zusammen. Was KEF 1988 patentieren ließ, ist dabei weniger die konzentrische Anordnung als eine Folge daraus — der Konus wirkt für die Kalotte als Schallführung, und zwar so, dass beide Wandler im Übernahmebereich gleich stark bündeln.

Warum zwei Wandler zwei Probleme machen

Ein Lautsprecher braucht für tiefe Töne eine große Membran, die viel Luft bewegt, und für hohe Töne eine kleine, die gleichmäßig in den Raum abstrahlt. Sitzen beide an verschiedenen Orten der Schallwand, entsteht dort, wo sich ihre Arbeitsbereiche überlappen, ein Interferenzmuster: Je nachdem, aus welcher Richtung man auf den Lautsprecher schaut, sind die Wege zu den beiden Membranen unterschiedlich lang, und die Beiträge addieren sich mal auf, mal teilweise weg.

KEF führt in seiner technischen Veröffentlichung zur Reference-Serie Polardiagramme vor, die das an einem gerechneten Beispiel zeigen: ein 25-mm-Hochtöner 200 mm neben einem 160-mm-Tieftöner, Übernahme bei 2 kHz. Bei 2 kHz — also genau dort, wo beide beitragen — zerfällt die Abstrahlung in mehrere Keulen mit tiefen Einbrüchen dazwischen. Ober- und unterhalb der Übernahme, wo jeweils nur ein Wandler arbeitet, sieht dasselbe System sauber aus.

Das zweite Problem sitzt am Gehäuse. Eine 25-mm-Kalotte strahlt im unteren Hochton fast kugelförmig ab und beleuchtet damit die Kanten der Schallwand; dort wird der Schall gestreut und erreicht den Hörplatz ein Stück später als der direkte. Das ist die klassische Kantenbeugung, und sie ist umso stärker, je breiter der Wandler abstrahlt.

Was das Patent beansprucht

Das Schutzrecht US 5 548 657 gehört KEF Audio (UK) Ltd, als Erfinder steht Lawrence R. Fincham darauf — damals Entwicklungsleiter des Hauses, der schon 1973 am ersten rechnergestützt entwickelten KEF-Modell gearbeitet hatte. Die Priorität datiert auf den 9. Mai 1988, erteilt wurde das Patent am 20. August 1996.

Anspruch und Kurzfassung nennen drei Merkmale zusammen, und erst zusammen ergeben sie Uni-Q:

Die akustischen Zentren fallen zusammen. Der Hochtöner sitzt im oder am Hals der kegelförmigen Tieftonmembran, und zwar so, dass die wirksamen akustischen Zentren beider Einheiten im Wesentlichen zusammenfallen. Damit entfällt der Wegunterschied, aus dem das Interferenzmuster entsteht.

Der Konus führt den Hochton. Im Übernahmebereich, in dem beide Wandler nennenswert beitragen, soll die Richtwirkung des Hochtöners — akustisch belastet durch den Konus — im Wesentlichen der des Tieftöners entsprechen. KEFs Forschungsleiter Mark Dodd hat das später auf einen Satz gebracht: Der Kern des Patents sei, den Tieftonkonus zur Steuerung der Bündelung des Hochtöners zu verwenden.

Der Magnet muss in den Hals passen. Damit die Kalotte überhaupt innerhalb der Schwingspule des Tieftöners Platz findet und dort trotzdem genug Flussdichte im Luftspalt steht, nennt das Patent einen Magneten aus Neodym-Eisen-Bor. Dieser Werkstoff war 1982 bekannt geworden; nach KEFs eigener Darstellung entstand die Bauform in dieser Reihenfolge — erst der Magnet, dann die Idee, was sich damit bauen lässt.

Der Tangerine Waveguide

Ab der achten Uni-Q-Generation, laut Hersteller 2007 mit einem 115-mm-Chassis eingeführt, sitzt vor der Kalotte eine sternförmige Schallführung mit dem Namen Tangerine Waveguide. Sie löst ein Problem, das mit der koaxialen Anordnung nichts zu tun hat, sondern mit der Kalottenform selbst.

Eine Kalotte bewegt sich als Ganzes auf einer Achse. Weil die Oberfläche zum Rand hin immer schräger zu dieser Bewegungsrichtung steht, ist dort die Geschwindigkeit senkrecht zur Oberfläche kleiner als in der Mitte. Ein idealer Strahler hätte über die gesamte Kalottenfläche dieselbe flächennormale Geschwindigkeit. Der Tangerine Waveguide gleicht diesen Unterschied aus: Er führt die Abstrahlung der Kalotte zunächst in eine kleine Kammer und lässt sie sich von dort durch eigens geformte Kanäle kontrolliert aufweiten. KEF gibt an, die Kanalgeometrie über umfangreiche Finite-Elemente-Rechnungen und begleitende Analytik entwickelt zu haben.

Ein Nebeneffekt zählt in der Praxis mehr, als die Beschreibung vermuten lässt. Die Schallführung koppelt die Kalotte besser an die Luft an, weshalb die Empfindlichkeit im Bereich um 2 kHz deutlich über der eines konventionellen Hochtöners liegt. Die Weiche zieht diesen Anstieg wieder gerade — mit dem Ergebnis, dass dem Hochtöner bei 2 kHz nach KEFs Angabe nur noch etwa ein Viertel der Leistung zugeführt wird. Für Maximalpegel und Verzerrungsarmut im Hochton ist das der eigentliche Gewinn.

Der herstellerneutrale Teil dieses Themas — warum eine Schallführung die Bündelung überhaupt verändert — steht unter Horn und Waveguide.

Was aus der Anordnung folgt

In der Reference-Serie deckt der Uni-Q den Bereich ab 350 Hz aufwärts ab, mit der internen Übernahme zwischen Konus und Kalotte bei etwa 2500 Hz. Die Polardiagramme des Prototyps, die KEF veröffentlicht, zeigen bei 500 Hz, 3 kHz und 6 kHz jeweils eine symmetrische Kurve, deren Bündelung mit steigender Frequenz gleichmäßig und ohne Sprung zunimmt — an den beiden Übernahmefrequenzen ist im Verlauf nichts zu erkennen.

Zwei praktische Folgen nennt KEF selbst. Erstens wird die Weiche einfacher, weil weder Interferenzeinbrüche noch Keulenbildung ausgeglichen werden müssen. Zweitens wird die Kalotte im unteren Hochton nicht mehr rundum abgestrahlt, sondern vom Konus geführt — die Kanten der Schallwand werden dadurch schwächer angeregt, und das Beugungsproblem fällt kleiner aus. In der Reference kommt dazu eine flache Schallführung um das Chassis herum, die KEF Shadow Flare nennt; Tangerine Waveguide, Konus, Sicke, Shadow Flare und Schallwand bilden dort eine einzige durchgehende Fläche.

Die Grenze steht in KEFs eigenem Papier

Der Konus ist Membran und Schallführung zugleich — und dieser Doppelrolle schuldet die Bauform ihre wichtigste Einschränkung. Bewegt sich der Konus kräftig, bewegt sich die Schallführung der Kalotte mit. KEF hält im Reference-Papier ausdrücklich fest, dass es bei so dicht beieinander liegenden Wandlern zu Wechselwirkung kommen kann, wenn die Bewegung des Mitteltöners nicht auf ein unerhebliches Maß begrenzt bleibt — und begründet damit die Dreiwege-Auslegung mit einer Übernahme bei 350 Hz. Unterhalb dieser Frequenz arbeiten eigene Basschassis.

Für die Planung ist das die entscheidende Unterscheidung. In einem Dreiwege-System ist der Uni-Q-Konus vom Bass entlastet, in einem Zweiwege-System nicht: Dort führt derselbe Konus, der die Kalotte akustisch belastet, zugleich den Tiefton aus. Wie viel Modulation daraus bei welchem Pegel entsteht, veröffentlicht KEF nicht.

Der Bauraum ist eng. Kalotte und Magnetsystem des Hochtöners sitzen innerhalb des Antriebs des Tief-Mitteltöners. Für die Wärmeabfuhr und für die Größe des Hochtonmagneten ist das eine Festlegung, keine freie Wahl — der Neodym-Magnet im Patent ist die Antwort darauf.

Gleichmäßige Abstrahlung ist keine Raumakustik. Der Raum bekommt weiterhin Schall ab; er wird nur berechenbarer angeregt, weil sich die Bündelung über die Frequenz nicht sprunghaft ändert. Was an Reflexionen zurückkommt, entscheidet weiter der Raum.

Abgrenzung

Gegen ältere koaxiale Chassis. Konzentrische Zweiwege-Chassis gibt es länger als Uni-Q: Altec Lansing brachte 1943 den Duplex, Tannoy 1947 das Dual Concentric. Dort sitzt der Hochtöner hinter dem Tieftonkonus und strahlt durch dessen Hals nach vorn, meist über eine eigene Hornführung. Uni-Q setzt die Kalotte stattdessen direkt strahlend in den Konusscheitel — dieser Unterschied in der Anordnung ist der Grund, warum sich die akustischen Zentren überhaupt zur Deckung bringen lassen. Das gemeinsame Prinzip beider Bauarten steht unter Koaxialchassis.

Gegen die symmetrische Anordnung mehrerer Wandler. Eine D'Appolito-Anordnung — Mitteltöner ober- und unterhalb des Hochtöners — geht dasselbe Problem von der anderen Seite an: Sie beseitigt den Wegunterschied nicht, sondern macht ihn nach oben und unten symmetrisch. KEF verwendet in den größeren Reference-Modellen beides zugleich, den Uni-Q und eine symmetrische Anordnung der Basschassis darum herum.

Gegen das, was Uni-Q nicht ist. Die koinzidente Anordnung erzeugt eine Schallquelle, nicht eine Abbildung. Wo im Stereodreieck zwischen zwei Lautsprechern eine Phantomschallquelle entsteht, entscheidet weiterhin das Signal und die Aufstellung.

Generationen

Als patentiert weist KEF für das heutige Chassis den Tangerine Waveguide, die Z-Flex-Sicke, den Tweeter Gap Damper und die versteifte Kalotte aus.

Verknüpfte Inhalte

Das herstellerneutrale Prinzip steht unter Koaxialchassis, die Wirkung der Schallführung unter Horn und Waveguide und das Maß für die Bündelung unter Bündelungsmaß. Wovon der beste Platz sich abhebt und wie weit, steht unter Sweet Spot und Sitz-zu-Sitz-Varianz. Was hinter der Kalotte desselben Chassis sitzt, erklärt MAT.

Quellen

Das Wirkprinzip stützt sich auf zwei Dokumente, die beide vom Hersteller stammen, aber unterschiedlich belastbar sind: das Patent US 5 548 657 mit Priorität 1988, das die beanspruchten Merkmale in geprüfter Form festhält, und KEFs technische Veröffentlichung zur Reference-Serie mit eigenen Mess- und Simulationsdaten. Generationenfolge, Jahresangaben und die Zuordnung der Patente zu einzelnen Bauteilen kommen aus KEFs Produktdokumentation; die Entstehungsgeschichte einschließlich der Abgrenzung gegen Duplex und Dual Concentric aus einem herstellereigenen Rückblick. Eine unabhängige Messung der hier beschriebenen Eigenschaften wurde für diese Seite nicht herangezogen.