Piega Coax 120.2 – Besonders herausragend sind die durchgängig niedrigen Verzerrungswerte

Alle unsere Messungen werden mit dem PC-basierten Messsystem „Monkey Forest“ mit einer Auflösung von 1 Hz oder kleiner bei einer Abtastrate von 96 kHz durchgeführt. Als Messmikrofon wird eine B&K-Kondensatorkapsel des Typs 4939 mit 1/4 Zoll Durchmesser eingesetzt sowie ein Impedanzwandler des Typs 2670. Zusammen mit einer Kompensationsdatei erlaubt diese Kombination präzise Messungen bis 40 kHz. Die Signale des Messmikrofons werden mit einem B&K-Messverstärker des Typs 2610 verstärkt, bevor sie von einem hochpräzisen 24 bit/96 kHz- Messfrontend für die Messsoftware zugänglich gemacht werden. Auf der Ausgangsseite stehen bei der Standardmessung für passive Lautsprecher zwei kleine 20-Watt-Messverstärker zur Verfügung. Wenn es einmal ernst wird und Bedarf nach viel Leistung bestehen sollte, kommen eine Crown Reference I oder eine Crown I-T12000 HD zum Einsatz. Aktive Lautsprecher werden direkt aus dem Messfrontend mit einem Line- Pegel-Signal analog symmetrisch angesteuert. Der Messraum ist als reflexionsarmer Halbraum mit einem absolut schallharten Granitboden aufgebaut und ermöglicht Freifeldbedingungen ab ca. 100 Hz aufwärts. Das Messmikrofon wird immer auf dem Boden platziert, sodass es für das Mikrofon keine sichtbaren Reflexionen von der Bodenfläche gibt. Messungen für den Frequenzbereich unterhalb von 100 Hz werden als Nahfeldmessungen direkt vor den Quellen durchgeführt und später in der Software mit der Fernfeldmessung automatisch kombiniert. Die Messentfernung sollte einer typischen Hördistanz entsprechen und kann maximal 8 m betragen. Kleine Lautsprecher werden meist in 2 m Entfernung, größere in 4 m oder 8 m Entfernung gemessen.

Bevor man sich einer Box oder einem Gerät von der messtechnischen Seite aus nähert, schaut man sich meist die technischen Besonderheiten und Konstruktionsmerkmale an, die dann bereits gewisse Erwartungen wecken. Die Piega Coax 120.2 kommt als 113 cm hohe Skulptur mit dem Querschnitt eines Halbovales daher. Das Gehäuse besteht aus einer Aluminiumschale; Boden, Deckel und Frontplatte sind ebenfalls aus Aluminium. Die Wandstärke liegt bei beachtlichen 7 mm, womit sich auch direkt das nicht unerhebliche Gewicht von 78 kg erklärt. Im Innern ist das Gehäuse zusätzlich noch mit einem MDF-Rahmen stabilisiert. Höherfrequente Resonanzen, die sich im Aluminiumkorpus ausbilden könnten, werden durch mit Bitumen getränkten Schwerschaum gezügelt. Bestückt ist die Coax 120.2 mit zwei 22-cm-Tieftönern und dem hauseigenen koaxialen Bändchentreiber C1, der zweifelsohne das Highlight bei Piega ist. Der Bändchentreiber, auch als Folien-Magnetostat bezeichnet, arbeitet mit einer Folie als Membran, auf der Leiterbahnen möglichst dicht aufgebracht sind, die von einem Magnetfeld durchsetzt werden und so entsprechend dem Stromfluss die Antriebskraft für die Membran erzeugen. Die Membran ist sehr leicht und wird ganzflächig angetrieben, woraus ein homogenes Schwingungsverhalten resultiert. Das Magnetfeld kann entweder durch vor und hinter der Membran oder durch ausschließlich hinter der Membran liegende Magnete erzeugt werden. Letzteres hat den Vorzug, dass keine vor der Membran liegenden Magnetstege die Schallabstrahlung stören. Bei nur geringfügigen Auslenkungen wird jedoch die Antriebskraft bereits nichtlinear. Die Abstrahlung hoher Frequenzen erfordert nur geringe Auslenkungen und ist gleichzeitig besonders anfällig für Störungen bei der Schallabstrahlung, sodass sich die einseitige Magnetanordnung für Hochtöner anbietet. Möchte man sich nicht auf den reinen Hochtonbereich beschränken, wird eine größere Fläche und mehr Auslenkung erforderlich, womit man zwangsläufig bei der beidseitigen Magnetanordnung ankommt. Diese beiden Konstruktionsprinzipien des Magnetostaten hat man bei Piega zu einem koaxialen System kombiniert, bei dem ein kleiner Hochtonmagnetostat mittig in einem großflächigen Mitteltöner angeordnet wird. Der Hochtöner strahlt den Schall frei ab, der Mitteltöner hat feine Stege vor der Membran.

Elektrische Impedanz

Lautsprechermessungen Piega Coax 120.2

Elektrische Impedanz der Coax 120.2 für den Tieftöner (rot), die Mittelhochtoneinheit (blau) und für die komplette Box (grün). Das Impedanzminimum der nominellen 4-Ω-Box liegt bei 14,5 kHz und beträgt 2,8 Ω. Die Abstimmfrequenz des Bassreflexgehäuses liegt sehr tief bei 21,6 Hz

Die drei Wege der Coax-120.2 werden passiv mit Filtern 4. Ordnung getrennt, wobei der Tieftonweg einschließlich seines Filters über ein Bi-Wiring-Terminal getrennt angeschlossen werden kann. Abbildung 1 zeigt dazu die Impedanzkurven des Tieftöners und der Mittelhochtoneinheit. Die Abstimmfrequenz des Bassreflexgehäuses der Tieftöner liegt mit 21 Hz so tief, dass der zweite tiefere Höcker der Impedanzkurve schon aus der Grafik fällt. Oberhalb der Trennfrequenz von 400 Hz steigt dann die Impedanzkurve durch die Weichenfunktion steil an. Korrespondierend dazu verhält sich der Impedanzverlauf der Mittelhochtoneinheit, der unterhalb von 400 Hz zügig ansteigt. Beide Wege zusammen ergeben die grün dargestellte Summenkurve. Das Impedanzminimum liegt hier bei 2,8 Ω, die Coax 120.2 kann also nur mit einem zugedrückten Auge noch als nominelles 4-Ω-System durchgehen. Streng nach Norm (DIN 60268-5) darf die Nennimpedanz um nicht mehr als 20 % unterschritten werden, was für ein 4-Ω-System 3,2 Ω bedeutet.

Frequenz- und Phasengang

Wenn wir nun bei der Coax 120.2 zu den Frequenzgangmessungen kommen, lässt sich auch hier das Bi-Wiring-Terminal nutzen, um den Tieftöner und die Mittelhochtoneinheit separat zu betrachten. Abbildung 2 zeigt die Ergebnisse der Einzelmessungen sowie die Gesamtfunktion. Die mittlere Sensitivity zwischen 100 Hz und 10 kHz liegt bei 86,2 dB. Aus diesem Wert lässt sich bereits in etwa eine „empfohlene“ Verstärkerleistung ableiten. Möchte man in 4 m Entfernung, die für eine Box dieser Größe realistisch ist, einen Abhörpegel von 85 dB als Mittelungspegel erzielen, dann entspricht das einem Pegel von 97 dB in 1 m Entfernung, für den eine effektive Leistung von ca. 10 W erforderlich ist. Würde man daraus schließen, dass ein 10-W-Verstärker bereits ausreichend ist, dann wäre das jedoch ein Trugschluss, da ein Effektivwert der Leistung von 10 W bei Musiksignalen mit einem Crestfaktor (Verhältnis vom Spitzenwert zum Effektivwert) von 12 dB oder mehr eine Verstärkerleistung in der Größenordnung von 100 W erfordert. Geht man davon aus, dass sich die Leistungsangaben eines Verstärkers auf Sinussignale beziehen, die einen Crestfaktor von 3 dB (= 1,414) haben, dann ist für ein Musiksignal mit 12 dB Crestfaktor für den gleichen effektiven Leistungswert eine 8-fach (+ 9 dB) höhere Leistung erforderlich, die zumindest kurzzeitig zur Verfügung stehen sollte. Ist das nicht der Fall, werden die Signalspitzen verzerrt. Generell gilt daher für Verstärker, dass vor allem die kurzzeitig verfügbare Leistung so hoch wie möglich sein sollte. Der sonst gerne propagierte Wert der echten Dauerleistung für Sinussignale darf dabei deutlich niedriger liegen. Sinnvoll konstruierte Geräte liefern hier bei kurzen Signalspitzen in einer Größenordnung von 1 s ein Vielfaches der Leistung, die sie über längere Zeiträume zu erbringen in der Lage sind. Zurück zur Piega Coax 120.2. Ihr Frequenzgang fällt im Ganzen recht gleichmäßig aus. Etwas ungewöhnlich ist vielleicht die kleine Überhöhung bei 90 Hz um ca. 2 dB, die man bei vielen Lautsprechern dieser Art findet. Die Schwankungsbreite der ungeglätteten Kurve liegt zwischen 100 Hz und 10 kHz bei ca. 6 dB, die sich mit Terzglättung auf 4,6 dB reduzieren. Die Eckfrequenzen (– 6 dB) liegen bei 37 Hz und 30 kHz, womit man nahezu allen Ansprüchen gerecht werden dürft e. Falls nicht – was eventuell bei Heimkino-Fans der Fall sein könnte –, gibt es im Portfolio von Piega natürlich auch die passenden Subwoofer. Der zugehörige Phasengang in Abbildung 3 birgt keine Überraschungen. Mit dem Wissen um eine Trennung zwischen den Wegen mit 24 dB/Oct. Flankensteilheit erkennt man hier die jeweils 360° Phasendrehung an den Übergängen bei ca. 500 Hz und 5 kHz. Am unteren Ende der Kurve gibt es, bedingt durch das Hochpassverhalten des Bassreflexgehäuses, nochmals 360° Phasendrehung, die hier aber schon teilweise aus dem Diagramm fallen, sodass nur die ersten 180° sichtbar sind. Für noch tiefere Frequenzen nähert sich die Kurve wieder der 0°-Achse. Der Phasengang der Coax 120.2 entspricht somit weitgehend dem sogenannten minimalphasigen Verlauf. Das sind die Phasendrehungen, die mit bestimmten Filtertypen zwingend einhergehen. Größere Abweichungen vom minimalphasigen Verlauf deuten auf einen möglichen Laufzeitversatz zwischen den Wegen hin. Probleme dieser Art gibt es bei der Coax 120.2 jedoch nicht, wie Abbildung 3 im Vergleich mit der rechnerisch ermittelten blauen minimalphasigen Kurve zeigt. Dank der Anordnung von Mittel- und Hochtöner exakt in einer Ebene bietet das koaxiale Mittelhochtonsystem hier ideale Voraussetzungen.

Sprungantwort

Lautsprechermessungen Piega Coax 120.2

Sprungantwort der Coax 120.2, der Startpunkt ist auf 5 ms skaliert

Die zugehörige Sprungantwort zeigt die Energieschwerpunkte der drei Wege. Bei 5 ms auf der Zeitachse kommt der erste Impuls des Hochtöners, gefolgt vom Mitteltöner nach 0,125 ms und vom Tieftöner nach 1,3 ms. Ein solches Verhalten ist für einen Dreiwege- Lautsprecher typisch. Das Zerfallen des Sprungs in mehrere Anteile ist durch den Phasengang der Filter bedingt und nicht zu vermeiden. Als Ausweg bieten sich Breitbänder oder Mehrwegesysteme mit linearphasigen Filtern an, die sich digital als FIR-Filter realisieren lassen.

Spektrogramm

Lautsprechermessungen Piega Coax 120.2

Spektrogramm der Coax 120.2 mit einigen ganz schwach auszumachenden Nachschwingern bei 300 und 500 Hz

Im Spektrogramm wird das Ausschwingverhalten des Lautsprechers dargestellt, wo sich mögliche Resonanzen durch ein Nachschwingen im betroffenen Frequenzbereich zu erkennen geben. Solche Resonanzen können ihre Ursache in Partialschwingungen der Membran, Eigenfrequenzen des Gehäusevolumens oder auch in Resonanzen des Bassreflextunnels haben, wenn dieser sehr lang ist. Von all dem ist bei der Coax 120.2 zum Glück nur wenig oder auch gar nichts zu erkennen. Die Mittelhochtoneinheit arbeitet weitgehend perfekt. Lediglich bei 300 und 500 Hz sind leichte Ansätze von Resonanzen zu erkennen, die auch im Frequenzgang andeutungsweise auszumachen sind. Die Ursache sind vermutlich Gehäusemoden, die sich bei einem Bassreflexsystem meist nur schwer völlig unterdrücken lassen, ohne das Gehäuse zu überdämpfen.

Isobaren

Das Abstrahlverhalten betreffend sind bei der Coax 120.2 im Vergleich zu herkömmlichen Lautsprechern einige Besonderheiten zu erwarten, da Mittel- und Hochtöner für ihren jeweiligen Frequenzbereich im Vergleich zur Wellenlänge relativ groß sind, womit eine verstärkte Bündelung einhergeht. Winkelabhängige Interferenzeffekte zwischen dem Mittel- und dem Hochtonweg sind nicht zu befürchten, da es durch die perfekte Anordnung auf einer Mittelachse und in einer Ebene zu keinen winkelabhängigen Laufzeitunterscheiden kommt, die im Übergangsbereich für Unruhe sorgen könnten. Die zugehörigen Isobaren für die horizontale und die vertikale Ebene in Abbildung 6 und 7 zeigen dann auch genau den erwarteten Verlauf. Der Lautsprecher bündelt in beiden Ebenen relativ stark, aber nicht übertrieben. Ein solches Verhalten ist ideal für Räume mit einer schwierigen Raumakustik und zu viel Nachhall, da dank der Bündelung der Raum und somit der Nachhall in Relation zum Direktschall weniger stark angeregt wird. Der Höreindruck wird damit zeitlich (Impulstreue) und räumlich (Quellenortung) präziser. Das bedeutet aber auch, dass ein solcher Lautsprecher nur einen eher kleinen räumlichen Bereich um den Sweet Spot zulässt, wo der Höreindruck wirklich optimal ist. Für hallige Räume dürft e das aber auf jeden Fall der bessere Kompromiss sein. Ein interessanter Effekt ist noch bei den horizontalen Isobaren zu entdecken: Bei ca. 6 kHz treten für ± 60° Nebenmaxima auf, die in ihrer Intensität der Abstrahlung auf der Mittelachse gleichkommen. In der Vertikalen ist dieses Phänomen nicht zu beobachten. Die Ursache dürft e daher in den Streben vor der Mitteltonmembran liegen, die für den vom Hochtöner bei 6 kHz abgestrahlten Schall ein Beugungsmuster erzeugen, das die seitlichen Nebenmaxima verursacht. Bei der Aufstellung der Lautsprecher sollte man daher darauf achten, dass sich unter diesem Winkel 60° außerhalb der Mittelachse möglichst keine hart reflektierenden Gegenstände befinden. Da der betroffene Frequenzbereich recht hoch liegt, lässt sich eine womöglich hart reflektierende Fläche mit einfachen Mitteln absorbierend oder diffus streuend umgestalten.

Paarabweichung

Lautsprechermessungen Piega Coax 120.2

Paarabweichung zwischen den beiden zum Test gestellten Lautsprechern. Die maximale Abweichung mit ⅓ Oct. Glättung liegt, über den Frequenzbereich von 20 Hz bis 20 kHz betrachtet, bei 0,8 dB

Bei hochwertigen Produkten erwartet man auch eine hohe Serienkonstanz. Für Lautsprecher bedeutet das, die Paarabweichung sollte so gering wie möglich sein. Die Eigenschaft en der exakten Mittenabbildung und Quellenortung hängen eng mit der Paargleichheit der Lautsprecher zusammen, was sich auch schon daran erkennen lässt, dass für Studiomonitore besonders hohe Anforderungen an die Paargleichheit gestellt werden. Abbildung 8 zeigt für die beiden zum Test gestellten Exemplare die Abweichungen im Frequenzgang auf Achse. Betrachtet man hier den Frequenzbereich bis 20 kHz, liegt die maximale Abweichung von 0,8 dB bei 950 Hz. Ganz offensichtlich handelte es sich bei den Testexemplaren nicht um ein ausgesuchtes Pärchen, sondern um zwei beliebige Testmuster, die schon durch diverse Hörproben gereicht wurden, was die ohnehin schon recht guten 0,8 dB in der Wertschätzung sogar noch etwas steigert.

Maximalpegel und Verzerrungen

Für die Verzerrungsmessungen wurden die beiden üblichen Messverfahren mit Sinusbursts und einem Multisinussignal angewandt. Wir betrachten dazu zunächst eine Messreihe aus Abbildung 9, bei der Verzerrungsgrenzwerte von 3 % und 10 % vorgegeben waren und dann ermittelt wurde, welchen maximalen Schalldruck der Lautsprecher dabei bezogen auf 1 m Entfernung unter Freifeldbedingungen erreicht. Zusätzlich gibt es in diesem Messalgorithmus noch eine Leistungsbegrenzung, um wenig verzerrende Lautsprecher nicht irgendwann durch eine Überlastung zu zerstören. Die Messung erfolgt mit 185 ms langen Sinusburst-Signalen. Für die Coax 120.2 betrug die maximal zugeführte Leistung entsprechend der Angabe aus dem Datenblatt für die höchste empfohlene Verstärkerleistung 250 Watt. Das heißt, dort, wo beide Kurven zusammenfallen, wurde die Messung durch den Leistungswert begrenzt und nicht durch die Verzerrungen. Genau das passiert oberhalb von 300 Hz durchgängig. Konkret bedeutet das, hier spielt die Piega immer mit Verzerrungen unterhalb von 3 %, was für einen Lautsprecher bei diesen Pegelwerten ein exzellenter Wert ist. Die zusätzlich noch in das Diagramm von Abbildung 9 eingezeichneten grünen Kurven zeigen den rechnerisch möglichen Wert, der sich aus der Sensitivity von 1 W/1 m und der maximalen Leistung von 250 W (+ 24 dB) ergibt. Die berechnete obere grüne Kurve fällt hier auch fast durchgängig mit der blauen bzw. roten Messkurve zusammen. Der Lautsprecher setzt daher die 250 W nahezu ohne Powercompression in den rechnerisch möglichen Schalldruck um. Die zweite Messreihe zum nichtlinearen Verhalten des Lautsprechers beschäftigt sich mit den Intermodulationsverzerrungen. Der Lautsprecher wird dazu mit einem Multisinussignal belastet, das aus 60 Sinussignalen in 1/6 Oktave Abstand besteht. Die spektrale Zusammensetzung dieses Signals entspricht einem mittleren Musikspektrum nach EIA-426B, der Crestfaktor liegt bei praxisgerechten 12 dB. Ausgewertet wird bei dieser Art Messung, welche nicht zum Anregungssignal gehörenden Komponenten, also Verzerrungen der Lautsprecher für dieses Signal erzeugt hat. Erfasst werden dabei die harmonischen Verzerrungen der Sinussignale und alle Intermodulationsprodukte. Die Messung wurde für einen Mittelungspegel Leq von 85 dBA in einer typischen Hörentfernung von 4 m durchgeführt. Umgerechnet entspricht das einem Pegel von 97 dBA in 1 m. Der dabei gemessene Peakwert LZpk lag bei 103 dB. Summiert man alle Verzerrungskomponenten auf, die nicht im Anregungssignal enthalten waren, dann liegt der Pegel 25 dB unter dem des Gesamtsignals, was einem Verzerrungsanteil von 3,2 % entspricht und auch in dieser Disziplin das gute Verzerrungsverhalten der Coax 120.2 bestätigt. Über der Frequenzachse aufgetragen zeigt sich zudem eine gleichmäßige Verteilung der Verzerrungskomponenten ohne punktuelle Schwachstellen.

Fazit Messwerte

Die Piega Coax 120.2 hat mit ihrem stilvoll gestalteten Alugehäuse und dem koaxialen Magnetostaten gleich zwei besondere Highlights zu bieten. Während Ersteres natürlich vor allem unter optischem Aspekt zählt, liefert der koaxiale Mittelhochtöner ganz klare akustische Pfunde. Die gelungene Kombination der beiden Flächenstrahler agiert hier bereits ab 500 Hz aufwärts und liefert exzellente Werte in allen Disziplinen. Besonders herausragend sind die durchgängig niedrigen Verzerrungswerte, die auch gehobene Lautstärken mit nur minimalen Verzerrungen erlauben. Die beiden Tieftöner stehen dem in nichts nach und bilden eine sehr schön passende Ergänzung für den unteren Frequenzbereich. Im Abstrahlverhalten bündeln die Coax 120.2 etwas kräftiger als klassische Dreiwege-Kombinationen, was ihnen vor allem in akustischen eher schwierigen Räumen mit moderner Architektur zum Vorteil gereicht. Bei der Auswahl des Verstärkers sollte man darauf achten, dass partiell niedrige Impedanzwerte (2,8 Ω) nicht zum Problem werden und generell hinreichend Leistung in der Größenordnung von 200 W an 4 Ω zur Verfügung steht. Es empfiehlt sich, soweit möglich Bi-Wiring zu nutzen. Bi-Amping erscheint dagegen bei der Auswahl eines solide konstruierten Verstärkers mit hohem Dämpfungsfaktor nicht unbedingt notwendig.

 

Lautsprechermessungen Piega Coax 120.2

 

Dieser Beitrag erschien ursprünglich in FIDELITY Nr. 8 (4/2013)

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