Technologien

Als KSdigital 1994/95 mit der Entwicklung des ersten digitale entzerrten Studiomonitors begann, war das übergeordnete Entwicklungsziel die Schaffung eines linearen, zeitrichtigen Lautsprechers. Das bedeutet das elektrische Signal nicht nur amplitudenlinear in Schall zu wandeln, sondern auch alle wiedergegeben Frequenzen ohne zeitliche Verzerrung wiederzugeben. Bei herkömmlichen analogen Lautsprechern durchläuft das Signal verschiedene Frequenzweichen und Filter, die alle eine frequenzabhängige, zeitliche Verzögerung haben (Laufzeit, Phasendrehung). KSdigital hat mit der Entwicklung der FIRTEC-Filterung im digitalen Signalprozessor diese Fehler beseitigt. Insofern wird bei uns die digitale Entzerrung im DSP genutzt um Fehler zu korrigieren, die analog unvermeidbar entstehen. Zusätzlich lassen sich so bequem Filter realisieren, die der User nutzen kann um eine Anpassung an den Studioraum durchzuführen. Mittlerweile liegen die meisten Aufnahmen in digitaler Form vor, so dass ohne zusätzliche Wandlung (also verlustlos) unsere digitalen Lautsprecher angesteuert werden. Diese und weitere von uns entwickelte Technologien sorgen für eine möglichst neutrale Wiedergabe, damit der Toningenieur ein untrügliches Werkzeug zur Beurteilung seiner Arbeit an der Hand hat. Dabei verlangen verschiedene Studio-Regien verschiedene Lautsprecher. Nicht unerheblich für die Beurteilung der Musik an der Abhörposition ist dabei die Studioakustik und die Abhörentfernung. Aus diesem Grunde hat KSdigital verschiedene System der Abstrahlung entwickelt. Vom breit abstrahlenden Lautsprecher wie z.B. ADM10,15,22, bis zu den Coaxial-Lautsprecher der D-Line und C-Line oder nicht zuletzt dem Zylinderwellenstrahler in der Linemaster, KSdigital hat für jeder Abhörsituation Lösungen entwickelt. Denn nur wenn das Signal des neutraler Lautsprecher auch unverfärbt und reflexionsfrei am Abhörplatz ankommt passt das Sytem Lautsprecher-Regie. Dieses Bemühen führt bei KSdigital zur Entwicklung der einzelner Technologien.



Progress in Sound

  • FIRTEC
  • NeXt
  • DMC
  • DDD

FIRTEC™

Firtec

RÄUMLICHES HÖREN

Die übliche Art und Weise der Signalbearbeitung bei einem Laut-sprecher beschäftigt sich mit der Korrektur des Betrags-frequenzganges. Einbrüche und Überhöhungen der Frequenzüber-tragungskurve, ursächlich erzeugt durch die physikalischen Vorgaben der Lautsprecher, werden elektronisch, durch den Einsatz mehrerer Filter, korrigiert. Dabei wird der Betragsfrequenzgang mit analogen Filtern geglättet. Diese können allerdings das Impulsverhalten erheblich verschlechtern.

DIE ZEITLICHE ABFOLGE EINES SIGNALS ALS EINZIG REALES EREIGNIS

Die Arbeitsweise mittels der KSdigital - FIRTEC ™ Technologie beruht auf der Erkenntnis, dass das menschliche Ohr weder in Betrag noch Phase hört, sondern lediglich eine zeitkontinuierliche Information. Luftdruck - Schwankungen, in zeitlicher Abfolge an den beiden Trommelfellen eintreffend, bilden die komplette Information des akustischen Ambientes. Darin enthalten sind Lautstärke, sowie Richtungs- und Rauminformationen.

BETRAGS- UND PHASENBEDEUTUNG

Die übliche Beschreibung des Zeitsignals durch die Trans-formation in Betrags- und Phasengang visualisiert lediglich das Klangereignis und trifft bildlich eine Aussage über die spektrale Zusammensetzung, das heißt über das Verhältnis der Lautstärke der verschieden hohen Töne zueinander. In der analogen Signalverarbeitung gibt es nun die Möglichkeit, die Übertragungseigenschaften eines Schallwandlers durch Filter, die den Amplitudengang linearisieren, zu beeinflussen (dies ist in geringem Maß auch für den Phasengang durch frequenz-selektive Allpässe möglich). Allerdings wirken sich solche Korrekturen hauptsächlich im Amplitudenfrequenzgang positiv aus, die Impuls-übertragung wird nicht zwangsläufig verbessert, oft sogar verschlechtert. Diese Art der Klangkorrektur verbessert also den über-tragenen Frequenzbereich auf Kosten der Impulstreue. Ein zeitliches Verzerren des Impulses bedeutet aber eine Zerstörung der korrekten zeitlichen Zusammenhänge im wiedergegebenen Zeitsignal.

RÄUMLICHES HÖREN UND VIRTUELLER KONZERTSAAL

Genau in diesen zeitlichen Zusammenhängen steckt aber die Rauminformation, die Tiefe des Konzertsaales, der virtuellen Bühne, kurz die Tiefenstaffelung. Klar ist, dass die reinen Intensitäts-unterschiede zwischen linkem und rechtem Stereo-signal eine Tiefenstaffelung bestenfalls suggerieren, es fehlt dabei aber eine wesentliche Information, nämlich die der Zeitdifferenzen. Nur die korrekte zeitliche Information am Ohr, kann die zeitlichen Verhältnisse in der Aufnahme vermitteln. Insofern wird klar, warum jeder High - End - Lautsprecherproduzent sich bemüht beste Chassis einzusetzen, die konstruktionsbedingt schon optimale Übertragungseigenschaften be-reitstellen, so dass Korrekturen maßvoll ausfallen können. Allerdings muß in jedem Mehrwegesystem das Signal in die einzelnen Frequenzbereiche - Bass -, Mittel -, Hochtonweg zerlegt werden - eine Filterung mit allen oben angeführten Nachteilen. Zusätzlich werden Filter eingesetzt um Frequenzgangeinbrüche und Überhöhungen auszugleichen.

KSDIGITAL FIRTEC ™

Genau da setzt die Arbeitsweise unserer FIRTEC ™ Technologie an, die aus der Kombination einer FIR - Differenzfrequenzweiche und einem Systemfilter besteht. Die FIR - Differenzweiche trennt die Wege mit einer Flankensteilheit > 90 dB/ Oktave und absolut linearer Phase. Die Impulsantwort eines Systems mit einer derartiger Frequenzweiche enthält keine phasenverzerrten Anteile und ist dementsprechend extrem sauber und ohne Überschwinger. Ebenso ist der geometrische Versatz des Schall - Entstehungsortes im einzelnen Lautsprecher schon ausge-glichen. Der FIR - Systemfilter enthält dann Informationen über die geometrischen Abmessungen des Gehäuses, die physikalischen Parameter der eingesetzten Lautsprecherkomponenten und je nach Wunsch des Hörers sogar Informationen über die Abhörposition im Raum. Jeder Schallwandler mit FIRTEC ™ Technologie wird individuell vermessen, so dass alle Fertigungstoleranzen der eingesetzten Treiber in der Messung erfasst werden. Diese Systemantwort ist dann Grundlage für den Datensatz des FIR - Filters. Dieser stellt das inverse akustische Verhalten zum realen Lautsprecher dar. Wird ein Signal zuerst durch das FIR Filter geschickt und dann durch den Lautsprecher selbst, wird es idealerweise wieder im Original-zustand von die Lautsprecherbox abgestrahlt. (Da es sich bei einer Box um einen elektrisch - akustischen Wandler handelt gibt es noch ein paar andere Randbedingungen zu beachten.) Das heißt, dass mit der FIRTEC ™ Technologie nicht mehr Betrag und Phase zu Optimierung der Übertragungseigenschaften der Box herangezogen werden, sondern die Box wird auf die Wiedergabe des exakten Impulses optimiert. Die Lautsprecherbox wird also per Digitaltechnik so entzerrt, dass der zeitliche Verlauf des Eingangs-signals möglichst naturgetreu abgestrahlt wird. Wandelt der Lautsprecher das anliegende Musiksignal korrekt in seinem zeitlichen Verlauf in akustische Schallwellen, so ist der Frequenzgang automatisch in Betrag und Phase ideal linear.

Impulsgang vor und nach Firtec

In der Graphik ist die Reaktion des Lautsprechers auf einen unendlichen Impuls dargestellt. In der ersten Messung erkennt man ein Nachschwingen (z.B. der Lautsprechermembranen). Nach FIRTEC™ Entzerrung ist der Impuls fast ideal kurz, dementsprechend ist kein Nachschwingen erkennbar. Die gewohntere Sicht erhält man durch mathematisches Umformen untere Graphik:

Impulsgang Vor und Nach Firtec
Impulsgang Vor und Nach Firtec
Frequenzgang Vor und Nach Firtec
Frequenzgang Vor und Nach Firtec
Phasengang Vor und Nach Firtec
Phasengang Vor und Nach Firtec

NEARFIELD EXTENSION NeXT™

Next

Die Schallenergie nimmt in einem Zylinderwellenfeld, wie es z.B. die Linemaster abzustrahlt, bei einer Entfernungsverdoppelung um 3dB ab. In Kugelwellenfeld eines konventionellen Lautsprecher beträgt der Verlust 6dB. Diese physikalischen Grundlagen sind Basis der NexT - Technologie. Ein neu entwickeltes Zylinderwellen-abstrahlendes-Element, übernimmt in der Linemaster die Übertragung des Mittelhochton-Bandes ab 800Hz. Durch eine Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für angewandte Mathematik in Kaiserslautern ist es uns gelungen, einen Zylinderwellenstrahler höchster Güte zu entwicklen. Aufgrund der Abstrahlcharakteristik der Linemaster befindet sich der Sweetspot, auch in großen Regien, stets im Nahfeld. Die Schallintensität am Ohr ist deutlich stärker vom Direktschall geprägt als von indirektem, reflektiertem Schall. Dies reduziert die Beeinflussung der gehörten Musik durch den Raum auf ein Minimum. Die zylinderförmig gerichtete Abstrahlung reduziert nochmals Reflexionen an Decke und Boden. Das Ergibnis ist eine beispiellose Kontrolle mit exakter Impulstreue und authentischer Rauminformation der Aufnahmen. Auch unterhalb 800Hz strahlt der Schallwandler durch die linienförmige Anordnung der Bass- und Mittelton-Konusspeaker konsequent eine perfekt angeglichene Zylinderwelle ab.

(Pat.:DE102015102643A)

Nearfield Extension: Next
Nearfield Extension: Next

DYNAMISCHE MEMBRAN CONTROLLE – DMC™

DMC

Alle Lautsprecherchassis machen aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften Fehler wie zum Beispiel Nachschwingen, verzögertes Einschwingen etc. Diese muss man bei passiven, ungeregelten Systemen einfach akzeptieren. Wirken sich diese auf die Frequenzübertragung aus, wird mit Filtern versucht entgegenzuwirken. Diese haben allerdings den großen Nachteil, die Box deutlich ‚langsamer’ zu machen. Physikalisch gesprochen verzerren diese Frequenzkorrekturfilter das Impulsverhalten der Box wesentlich. Abhilfe bringt ein gänzlich anderer Ansatz: die DMC –Regelung. Hier wird die Membranbewegung so beeinflusst, dass diese erst gar keine Fehler produziert. Das Lautsprecherchassis ist technisch betrachtet ein ganz spezieller Linearmotor. Wie bei jedem Linearmotor kann man Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung messen. Dass die Wiedergabe von Musik die Membran in Form von Schwingungen bewegt, ändert daran nichts. Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung ändern sich eben dauernd, die Position hat eine Mittelstellung, ein vorderes und hinteres Maximum und es wirkt ständig eine Beschleunigung von schnell wechselnder Größe und Richtung. Geregelte Chassis haben unter ihrer sichtbaren Oberfläche Sensoren, die jede der drei Bewegungsgrößen – Amplitude, Geschwindigkeit, Beschleunigung – messen können. Die gemessenen und errechneten Werte werden in den Controller eingespeist, wo sie mit dem Wert des gerade anliegenden Musiksignals verglichen werden. Nur die Abweichung wird auf die Endstufe zur Ausregelung gegeben. So ist jederzeit gewähr-leistet, dass die Membran genau die Bewegung vollführt, die zur Wiedergabe des Musiksignals gebraucht wird. Nachschwingen und ähnliches wird somit unmöglich. Da der Schall sich mit 330m/sec bewegt, die Korrekturelektronik aber mit annähernd Lichtge-schwindigkeit arbeitet, werden die Fehler während ihrer Entstehung schon beseitigt. Dieses einfache Prinzip bedeutet in der Umsetzung einen erheblichen Mehraufwand, zusätzliche Handarbeit bei Sensoren und Aufnehmer und setzt natürlich das Wissen um die theoretischen Zusammenhänge, Erfahrung und Finger-spitzengefühl voraus. Belohnt wird der Aufwand mit einer neutralen unverfärbten Musikwiedergabe, denn nicht der Lautsprecher soll gut klingen, sondern die Musik, die er wiedergibt.

DIGITAL-DIRECT-DRIVE – DDD™

DDD

In verschiedenen Produkten von KSdigital haben wir eine direkte digitale Kette bis zum letzten Glied realisiert. Hier wird der Lautsprecher (mit einem vorgeschaltetes Filternetzwerk ) selbst als DA-Wandler benutzt. Diese Technologie vermeidet zusätzliche Wandlungen, die immer einen gewisse Fehlerquelle darstellen. Mithilfe unserer DDD Technologie kann das digitale Datenwort aus der Workstation direkt ohne Umwandlung in Schall umgesetzt werden. Die eingesetzten PWM-Digitalverstärker verstärken dabei das Signal am Ausgang des Signalprocessors und leiten dieses dann direkt zum Lautsprecher. Zusammen mit dem vorgeschalteten Filternetzwerk dient dieser als Tiefpass und wandelt so, ähnlich wie beim DSD-Wandler, das Signal ins Analoge.



Aufsätze

In loser Reihenfolge veröffentlichen wir hier Hintergrundinformationen rund um die Themen Stereo, Wiedergabe, eingesetzte Technologie etc...