Richtig(es) hören?

Richtig(es) hören – das ist leichter gesagt als getan. Es geht nicht darum, dass wir richtig zu-hören sollen, sondern um das richtige er-hören und das ist schwerer als man annehmen möchte. Solange wir zum Hören keine Technik benötigen, ist alles im Lot und wir brauchen uns keine Gedanken um das richtige Hören zu machen. Das hat, seit dem Big Bang, die Evolution prima geregelt. Wird zum Hören allerdings ein Verstärker (nicht nur im HiFi-Bereich, sondern auch im medizinischen Bereich) benötigt, kann es zu Problemen kommen. Und jetzt eine Warnung vorweg: Es wird sehr, sehr theoretisch.

Idealerweise soll der Verstärker genau das wiedergeben, was eingespeist wurde. Sie kennen das vielleicht, dass bei HiFi-Hörproben der eine Verstärker klingt, der Andere nicht – unter sonst gleichen Bedingungen. Auch wenn die Technik beider Verstärker von guter Qualität ist, mag sich der eine Verstärker nicht so richtig anhören. Der Grund ist häufig, ganz vereinfacht ausgedrückt, die falsche Phasenlage des Signals. Was jetzt kommt, mag esoterisch klingen, ist aber handfeste Physik und steht – mehr oder weniger – »verklauseliert« in jedem Physikbuch oder Akkustik-Lehrbuch. Ich versuche hier einmal eine ganz einfache Zusammenfassung.

Sinus

Jeder, der Schaltpläne zeichnet und das Sinuszeichen verwendet, »malt« das Sinuszeichen mit beginnender positiver Halbwelle. Sie können lange und erfolglos suchen, um einen Schaltplan mit beginnender negativer Halbwelle zu finden. Das macht man von jeher so. Eine Erklärung gibt es nicht. Oder doch?

Positive Halbwelle

Sobald ein Ton (Geräusch) entsteht bzw. produziert wird, fängt es mit einer positiven Halbwelle an. Das kann man am Oszilloskop und Signalgenerator ganz leicht nachvollziehen. Egal ob Rechteck-, Dreieck- oder Sinussignal: Es wird immer zuerst die positive Halbwelle produziert und angezeigt (es sei denn, der Schalter für die invertierte Anzeige ist eingeschaltet). Wäre das Signal willkürlich, also mal mit beginnender positiver, mal mit negativer Halbwelle (egal ob natürlichen oder künstlichen Ursprungs) würden sich durch die Gegenphasigkeit irgendwann bestimmmte Frequenzanteile selber auslöschen. Ein Experiment, das man jederzeit mit einem Stereoverstärker und einem Monosignal nachvollziehen kann: Ein Kanal bekommt das »normale« Signal, der andere Kanal das invertierte Signal (am besten mittels eines 1:1 Eingangsübertragers der gegenphasig angeschlossen wird). Aus beiden Lautsprechern werden Töne kommen, positioniert man sich aber exakt in das Stereodreieck, dann hört man – nichts. Oder kaum etwas.

Man braucht es aber auch nicht so »kompliziert« zu machen: Es reicht, wenn man bei der bestehenden HiFi-Anlage nur einen Lautsprecher »verkehrt« herum anschliesst. Alles, was Aufnahmetechnisch »mittig« abgemischt wurde (entspricht quasi einem Monosignal) wird nicht mehr existieren. Selbst sehr Bass-lastige Musikstücke werden sehr »blutleer« (im exakten Stereodreieck). Selbst ausserhalb des Dreiecks wird es »komisch« klingen.

Kosmische Schwingungen = Materiewellen?

Machen wir nun einen kleinen Ausflug in die Astrophysik. Seit Einstein wissen wir, dass jede Materie mit einer bestimmten Frequenz schwingt, die sog. Materienwellen. Auch die kürzlich entdeckten Gravitationswellen sind, genau wie auch das Licht, prinzipiell nichts anderes als kosmische Schwingungen (Ich darf daran erinnern, dass die Gravitationswellen zuvor auch nur nackte Theorie war). Und Einstein wusste um Materie (positive Materiewellen) und Anti-Materie (negative Materiewellen). Zwei Energiearten, von der man selbst auf dem Raumschiff Enterprise wusste, dass man sie besser nicht zusammenkommen lässt – sie löschen sich gegenseitig aus.

Anti-Schall Genauso übrigens wie die speziellen »Anti-Lärmkopfhörer«, die aus dem lärmenden Schall quasi Anti-Schall produzieren und den »eigentlichen« Schall auslöschen. Fast. Denn, damit das tatsächlich funktioniert, muss der »Anti-Schall« zeitgleich und in exakter Anti-Phase produziert werden. Und das ist – zeitlich gesehen – unmöglich. Der Schall wird also nicht komplett ausgelöscht, sondern nur »leiser« gedreht, weil die Phase mit der Anti-Phase nicht zeitlich exakt übereinstimmt.

Und damit sind wir beim richtigen Hören. Optimal wäre es, wenn der Lautsprecher exakt die Phasenlage abstrahlt, die am Verstärker eingespeist wurde und (das ist wichtig) in »Einklang« mit den Materiewellen steht. Auch unmöglich. Die »Pfuscherei« an der Phasenlage fängt nämlich schon bei der Ton-Aufnahme an. Bleiben wir aber der Einfachheit nur beim Verstärker.

Einklang

Jeder, der einen Verstärker entwirft weiss, dass jede nicht vorhandene Verstärkerstufe eine gute Verstärkerstufe ist. Weil nämlich jede Verstärkerstufe (nicht der Impedanzwandler) die Phasenlage eines Signals um 90° dreht. An sich wäre das kein Problem – mit der richtigen Anzahl an Verstärkerstufen hat man irgendwann die entsprechende Leistung in der richtigen Phasenlage. Das funktioniert mit einem kapazitätsfreien Kabel theoretisch ganz gut. Ein verstärkendes Kabel ist aber wie Perpetuum mobile – gibbet einfach nich. Und schon wieder Physik:

Für einen Verstärker brauchen wir gewisse Zutaten wie Kondensatoren, Widerstände, Halbleiter oder Röhren. Bis auf den Widerstand sind alle Zutaten potentielle Phasenverschieber – sie brauchen Zeit, bis sie so funktionieren, wie sie funktionieren sollen. Beim Kondensator heisst diese Zeit Tau und richtet sich nach der Kapazität. Je grösser die Kapazität, desto mehr Zeit wird »geschluckt«. Die Phase wird entsprechend um einige Grad verschoben. Auch Halbleiter und Röhren sind, ganz streng genommen, Kapazitäten. Die Zeit, die zB. ein Transistor »für sich« benötigt, findet man im jedem Datenblatt und ist zu beachten. Röhren haben derartige Zeiten nicht genannt, da der »Eigenverbrauch« an Zeit keine Rolle spielt. Wie will man denn die annährende Lichtgeschwindigkeit der Elektronenemmision in Mikrosekunden darstellen? Das, was die Röhren »einsparen«, macht jeder Koppelkondensator und auch jede Spule bzw. Übertrager wieder zunichte.

Missklang

Phasenverschiebungen bis zu (gerundet) 6,16° (entspricht nahezu der Kreisfrequenz ? = 2? · f ) sind zwar sehr gut messbar, aber für uns Menschen eigentlich so nicht wahrnehmbar (die zeitliche Differenz liegt weit unterhalb der Wahrnehmungsschwelle). Eigentlich. Gerade bei Röhrenverstärkern ist eine derartige niedrige Phasenverschiebung (eben wegen der Koppelkondensatoren) fast nicht zu erreichen. Mit Halbleitern wäre es zwar möglich, wird aber eine teure Geschichte, weil die Halbleiter ja schnell sein müssen und irgendwann muss auch da mit einem Kondensator gearbeitet werden…

Eingangseitig wurden die Materienwellen genannt. »Alles schwingt«, würde der Esoteriker sagen. So unrecht hat er damit ja gar nicht. Solange es in der gleichen Phasenlage schwingt, ist die Welt und das seelische Gleichgewicht auch in Ordnung. Aber wehe, wenn durch übermässige Phasenverschiebungen das Gleichgewicht – sprich Akkustik – gestört wird. Eine Phasenverschiebung von 37° (nahezu das sechsfache der Kreisfrequenz ) gegenüber der natürlichen Schwingung lässt den Verstärker für uns nicht mehr so gut klingen (Laufzeitdifferenzen über 2 Millisekunden sind wahrnehmbar). Dieter Ennemoser (der C37 »Lackerfinder«) ist dies schon länger bekannt und hält mit seinem (oftmals belächelten) C37-Lack dagegen (wenn auch mit einem anderen Ansatz). Musiker schwören darauf und auch Lautsprecherbauer können sich dem positiven Klangergebnis nicht verweigern. Es funktioniert. Irgendwie.

Wie auch schon Prof. Dr. Lesch einmal sagte:

Astrophysik ist experimentelle Philosophie.

Solange es um natürliche Werkstoffe handelt, kann man sich mit einer relativ einfachen, aber wissenschaftlich nicht korrekten, Erklärung behelfen. Im Periodensystem der Elemente spiegelt sich das wieder. Alle künstlichen (und extrem giftige natürliche) Elemente schwingen auf einer »unnatürlichen« Phasenlage die als Ordnungszahl dargestellt wird. Alle Bauteile eines Verstärkers findet man auch im Periodensystem wieder. Und es finden sich garantiert Bauteile, die Unmengen an »unnatürlichen« Schwingungen aufweisen. Problematisch – aus akkustischer Sicht – sind also künstliche, von Menschenhand, geschaffene Materialien.

Schon wieder Kling-Klang?

Es ist kein Geheimnis, dass zB. ein zweistufiger (!) Röhrenverstärker mit »natürlichen« Bauelementen »einfach« nur gut klingt. Verfolgen Sie einfach den Phasenverlauf. Eine verstärkende Schaltungsstufe mehr und man produziert gegenüber den Materiewellen »Anti-Phasen«. Die klanglichen Folgen können dann Vielfältig sein, was man oft genug auf die (miserable) Raumakkustik schiebt. Die »Raumdaten«, also die Raummoden sind nichts anderes wie das Verhältnis von »natürlichen« Materiewellen zu den »künstlichen« Schwingungen des Verstärkers. Raumakkustikbeeinflussende Maßnahmen wie Absorber oder Diffusoren sollen durch entsprechende Laufzeitverzögerungen oder Beugung der Schallwellen wieder die gleiche Phasenlage wie die Materiewellen »herstellen«. Ein Effekt, den man auch von Transmissionline-Lautsprecher her kennt.

Natürliche Bauelemente sind Kohle (Carbon) für Widerstände, Öl und Papier (»hergestellt« aus Umwandlungsprozess organischer – also natürlicher – Stoffe, für »kleine« Kondensatorenwerte) sowie Kupfer (Cuprum) welches als einzigste Zutat eine ungradzahlige Ordnungszahl aufweist. Die »negative« Wirkung wurde aber durch physikalische Umwandlungsprozesse abgeschwächt. Aus elektrischer Sicht sind Kohlewiderstände oder Öl-Papier Kondensatoren weniger ideal, aber… Nahezu alle Bauteile schwingen in »natürlicher« Phasenlage. Und auch das eingespeiste Audiosignal ist am Ende fast in der gleichen Phasenlage. Bis eben auf eine geringe Phasenverschiebungen (also eine zeitversetzte Widergabe). Sobald aber eine Bauteilart durch »unnatürliche« Materialien ersetzt wird, beispielsweise Metallschichtwiderstände, wird der Verstärker »anders« klingen.

Bei der Verstärkerkonstruktion muss man also nicht nur darauf achten, dass man am Lautsprecher in etwa die gleiche Phasenlage erhält, die man zuvor auch eingespeist hat. Man muss Bauteile verwenden, die hauptsächlich natürlichen Ursprungs sind und in der gleichen Phasenlage schwingen wie alle anderen natürlichen Materialien auch.

Starker Tobak, der verdächtig nach Voodoo riecht, richtig?
Wie sagte Prof. Dr. Lesch so schön:

Theorie ist das, was man nicht verstehen kann, und Praxis ist das, was man nicht erklären kann.

Ich habe es hiermit zumindest versucht. Mein Tipp: Probieren Sie es aus und urteilen sie selber. Von mir aus mit Blindtests. Es braucht gar nicht so teuer zu sein. HiFi braucht auch nicht. Es geht nur um den Effekt der »natürlichen« und »künstlichen« Phasenlage (Schwingungen) und der Verwendung von »natürlichen« Materialien. Ich verspreche einen Aha!-Effekt.

So ganz sind die Phasenverschiebungen aber nicht zu verteufeln. Quadrophonie oder Dolby Surround gäbe es ohne Phasenverschiebung gar nicht.

PS: Manchmal reichen ein paar Nanosekunden, um die Phasenlage wieder zu korrigieren. Ganz preiswert geht das mit einem Kapazitätsreichen und evtl. überlangen Lautsprecherkabel. Da jedes Kabel auch eine Eigenkapazität aufweist und Kapazität ja Zeit benötigt, reichen manchmal zwei bis drei Meter Überlänge, um die richtige Kapazität zu erzielen – und damit auch die richtige Phasenlage. Aber das will ja keiner hören.


Update 2. April
Spätestens jetzt sollte einigen ein Licht aufgehen: Bis zum Beweis des Gegenteils ist der Artikel, dem Datum gemäß, ziemlich weit hergeholt. Die Einschränkung mache ich deshalb, weil einige Aprilscherze der Zeitschriften Elektor, c’t oder Stereo Jahre später Wirklichkeit wurden. Die Sache mit den schwarz bemalten CD-Rändern hält sich immer noch.

frihu

…hört gerne Musik. Über Röhrenverstärker. Musikrichtung egal. Ausser Jazz, Hip-Hop, House, Metal, Trash, Schlager, Volksmusik, Gangsta-Rap (noch schlimmer, wenn in Deutsch gebrüllt). Da krieg' ich ein Hörnchen. Autor der Bücher: Hören mit Röhren, Röhrenschaltungen und High-End Röhrenschaltungen. Artikel in hifi-tunes (Röhrenbuch 2): Bauteileauswahl für Röhrenverstärker und EL509 Single-Ended Röhrenverstärker im Selbstbau

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