So klingt das Optimum

Die noch junge Lautsprechermanufaktur Audio Optimum will mit hochwertigen Monitoren „made in Recklinghausen“ die Studios erobern. Der MS8 wusste klanglich wie technisch zu beeindrucken.

 Von Freda Ressel

„95 Prozent aller kommerziellen Musik-Aufnahmen sind auf hochwertigen Hifi- Anlagen nicht zu genießen, und eine der Hauptursachen ist, dass der Toningenieur nicht hört, was er produziert“, konstatiert Audio Optimum-Entwickler Stefan Wehmeier. Abhilfe will er mit seiner neuen Studiomonitor-Serie, bestehend aus den Zweiwege-Modellen MS6 und MS8 (benannt nach dem Chassis-Durchmesser des Tiefmitteltöners in Zoll) sowie dem Drei-Wege-Modell MS10 schaffen. Entwicklungsziel war, die klangliche Homogenität eines Breitbandsystems auf einen Mehrwegelautsprecher zu übertragen. Um das zu erreichen, hat Wehmeier, wie er sagt, in zwölfjähriger Entwicklungsarbeit alle Aspekte des Lautsprecherbaus neu durchdacht. Das Ergebnis: der MS8, dessen Paarpreis bei 8.900 Euro liegt.

 

Aufbau und Anschlüsse

Der MS8 kommt in edler weißer Hochglanzlackierung daher, optional ist auch Schwarz oder eine beliebige Wunschfarbe möglich. In den Dimensionen entspricht der MS8 in etwa einem hochkant aufgestellten Mineralwasserkasten, ist also relativ kompakt, mit 16 Kilogramm aber verhältnismäßig schwer. Das Gehäuse aus 22 mm starkem MDF besitzt leicht abgerundeten Ecken. Zumindest was die Bedienelemente betrifft, ist der Monitor sehr spartanisch ausgestattet. Regelbar ist ausschließlich der Eingangspegel, auf Möglichkeiten zur Raumkorrektur hat Wehmeier gänzlich verzichtet. Der XLR- Anschluss ist in eine drei Millimeter starke und damit sehr stabile Stahlplatte auf der Rückseite eingelassen.

Der Monitor ist im Bassreflexbauprinzip konstruiert und besitzt einen seitlich angeordneten und jeweils der Innenseite zugewandten Passivwoofer mit einer sehr steifen 23 Zentimeter-Aluminium-Membran. Diese Bauweise ist zwar wesentlich teurer als der übliche und typische Bassreflexkanal. Allerdings wäre ein solcher Kanal bei der sehr tiefen Grenzfrequenz, die Wehmeier anstrebte, so lang geworden, dass ein deutlich größeres Gehäuse nötig gewesen wäre und der Kanal außerdem mehrfach gefaltet werden müsste, was zu unerwünschten Strömungsgeräuschen geführt hätte.

Ein Gewinde für die Verschraubung mit einem Stativ besitzt der MS8 nicht. Der Hersteller bietet jedoch luxuriöse, speziell auf den Lautsprecher abgestimmte Ständer aus Acrylglas an, die mit 1.300 Euro einen feudalen Preis haben. Alternativ stehen die Monitore dank ihres hohen Gewichtes aber auch auf stabilen Monitorständern fest und sicher.

 

 

Inneres

Als Hochtöner, in allen drei Modellen der Serie identisch, wählte Wehrmeier ein System mit einer Seidenkalotte, die einen Membrandurchmesser von immerhin 30 Millimeter besitzt. Dieser Hochtöner sitzt sehr eng am Tiefmitteltöner, um die akustischen Zentren beider Systeme möglich nah zusammen zu bringen. Der Tiefmitteltöner verfügt über eine weich aufgehängte Konusmembran aus einem Glasfaser-Papier-Mischgewebe mit 195 mm Durchmesser. Die Trennfrequenz zwischen den Treibern liegt bei niedrigen 965 Hz und damit im Bereich, den viele Entwickler wie die Pest vermeiden, da dort das menschliche Gehör am empfindlichsten ist. Um hier mit einem „unhörbaren Übernahmebereich“ einen extrem akkuraten und homogenen Klang zu erreichen, den man ansonsten eher von hochwertigen Breitbandsystemen kennt, hat Wehmeier die phasenparallele Aktivweiche erdacht (siehe Kasten).

Hinter den Treibern werkelt ein von Wehmeier aus dem PMW-Leistungsverstärker entwickelter, sehr kräftiger und impulsschneller Sinus-Cosinus-Modulator (siehe Kasten). Dieser soll nahezu verzerrungsfrei arbeiten und sorgt zudem dank der geringen Wärmeentwicklung und dem damit einhergehenden Verzicht auf Kühlelemente für keinen Volumenverlust im Gehäuse.

 

Klang

In den umfangreichen Hörtests, unter anderem mit dem auszeichnet klingen Auralic Altair (siehe Test Seite 26) zeigte sich der MS8 immer wieder als eine akkurate akustische Lupe. Das Auflösungsvermögen ist schlichtweg phänomenal. Selbst kürzeste und auch nur angedeutete Impulse, etwa die Beckenschläge im Intro auf Deep Purples „Child in time“, kommen mit einer derartigen Akkuratesse und Feinauflösung, dass man die unterschiedlichen Anschlagstärken sauberst unterscheiden kann. Die Darstellung der tatsächlichen oder künstlichen Räumlichkeit einer Aufnahme kommt unglaublich präzise, der Aufnahmeraum wird quasi eins zu eins – mit einer extrem stabilen Phantommitte – in den Abhörraum projiziert. Das ist äußerst beeindruckend und in dieser Qualität extrem selten. „Julsång“ für Sopran, Orgel und Chor von Torsten Nilsson, Marianne Mellnäs und Alf Linder beispielsweise versetzt uns akustisch unmittelbar in die Kirche, in der das Stück aufgenommen wurde. Die Tieftonwiedergabe andrerseits imponiert mit extrem sauberen Tiefbässen, die sehr weit in den Keller reichen, einen Subwoofer benötigt der MS8 definitiv nicht. Welche Macht und Sauberkeit in der Tiefbasswiedergabe steckt, demonstrierte der MS8 mit Stücken wie dem Yello-Titel „The Expert“ besonders eindrucksvoll. Die wuchtigen Congaschläge in der „Hell Freezes Over“-Version des Eagles-Klassikers „Hotel California erhalten ebenfalls eine selten gehörte Tiefe und kommen staubtrocken. Resonanzen sind überhaupt kein Thema – zumindest in einem gut präparierten Abhörraum wie dem Professional audio-Teststudio. In freier Aufstellung haben wir die fehlenden Raumanpassungsmöglichkeiten nie vermisst. Die saubere und klare, sowie völlig verfärbungsfreie Mittenwiedergabe ist ein weiteres Highlight der Lautsprecher. Selbst bei so schwierig wiederzugebenen Stücken wie „Et misericordia“ des norwegischen Komponisten Kim André Arnesen, gesungen vom Nidarosdomen Jentekor und den Trondheim Solists, zeigt sich der MS8 von seiner souveränen Seite und gibt die hohen Frauenstimmen unangestrengt, klar und offen wieder.

Das Klangbild zeigt im besten Sinne keinerlei Auffälligkeiten, was für einen Abhörmonitor definitiv ein großes Lob darstellt. Hohe Lautstärken meistert der MS8 genauso entspannt wie leisere Hörsessions.

 

Fazit

Der MS8 beweist sich als fantastisch klingende Studioabhöre. Mastering-, Mixing- und Panningfehler bei Produktionen werden gnadenlos herausgearbeitet. Damit ist der MS8 ein beinahe brutal ehrliches Messinstrument für das Studio. Anspruchsvolle High End-Hörer müssten womöglich ihre Musiksammlung neu sortieren, denn nur wirklich gut aufgenommene Stücke werden mit dem MS8 zum Hochgenuss.

 

 

Zu Gast bei Audio Optimum

Mitten in einem Recklinghäuser Wohngebiet würde man nicht unbedingt eine Manufaktur für hochwertige Lautsprecher erwarten, doch genau dahin führt uns der Weg zu Audio Optimum. In einer von außen eher unscheinbaren ehemaligen Autowerkstatt befinden sich die Räumlichkeiten des Unternehmens. Das Gebäude umfasst mehrere Büros, die Fertigungshalle sowie einen großzügigen Hörraum. Neben Entwickler Stefan Wehmeier und Betriebsleiterin Alexandra Mittelbach gibt es vier weitere Mitarbeiter, Geschäftsführer ist der Bau-Unternehmer Friedrich Wilhelm Bussieweke.

Wehmeier ist Hifi-Enthusiast mit Leib und Seele. Bereits mit 12 Jahren begann der Sohn eines Tischlers, sich mit Lautsprecherbau zu beschäftigen. Während seines Studiums fing er an, im damals neu aufkommenden Car-Hifi-Bereich zu arbeiten und hochwertige Endstufen für’s Auto zu bauen. Da der Trend jedoch eher zu basslastigen Systemen ging, empfand Wehmeier seine Arbeit als „Perlen vor die Säue“ und wechselte um die Jahrtausendwende in den Heim-Hifi-Bereich. 2003 tat er sich mit Bussieweke zusammen, um ein Jahr später mit der Basisentwicklung seiner Lautsprecher zu beginnen. Die Firmengründung von Audio Optimum erfolgte 2015, als das erste Monitorsystem auf den Markt kam.

Die Entwicklungsarbeit passiert größtenteils am Computer. „Ich mache die Entwicklung in der Simulation, und wenn es da funktioniert, baue ich den Prototyp auf, schalte ihn ein und er läuft“ erklärt Wehmeier seine Arbeitsweise. Sincos, der von ihm entwickelte Non Oversampling-DA-Wandler NOS-DAC und alle anderen Schaltungen sind so entwickelt. „Man muss man ein Gefühl dafür entwickeln, wie man etwas aufbauen muss, so dass es klingt“. Wehmeier hat sich eine Signalkette aus den Audio Optimum-Monitoren, seinem NOS-DAC und verschiedenen, in langwierigen Hörtests ausgewählten Komponenten erarbeitet, die er als absolut akkurat bezeichnet. Klangveränderungen beim Austausch einer Komponente kann er so objektiv beurteilen – und ist dabei auch überaus kritisch. Im Gespräch wird klar, dass Wehmeier für Audiotechnik brennt: Ob Renaissance der Analog-Technik oder die Geschichte der ADDA-Wandlung, auch abseits seiner Produkte hat er viel zu erzählen. Bei einer langen Hörsession im schön gestalteten, akustisch optimierten Hörraum bekommen wir noch einen Eindruck der beiden anderen MS-Modelle, wobei sich eine deutliche Familienähnlichkeit herauskristallisiert – bis auf die Lautstärke und die Basstiefe sind keine großen Klangunterschiede erkennbar.

Audio Optimum-Entwickler Stefan Wehmeier erklärt die phasenparallele Aktivweiche des MS8

„Die jeweiligen Phasenfrequenzgänge von Hochton und Tiefmittelton sind komplexe Kurven, deren Verlauf sowohl von der Frequenzweiche als auch von den Einzellautsprechern selbst (aufgrund des jeweiligen Masse-Feder-Systems) sowie von deren Einbau in der Schallwand abhängt. Variieren im Übernahmebereich von ±1,5 Oktaven um 2kHz die beiden Phasenfrequenzgänge um ±10°, ist das so, als ob der Hochtöner gegenüber dem Tiefmitteltöner, je nach abgestrahlter Frequenz, ständig um ±5mm vor- und zurückbewegt wird. Man stelle sich vor, der Hochtöner wäre nicht in der Schallwand fixiert, sondern in einer Rüttelplatte. Jetzt kann man sich vorstellen, was mit der räumlichen Abbildung eines Stereosignals passiert. Auch Siegfried Linkwitz, der Erfinder der aktiven Linkwitz-Riley-Frequenzweiche und der nach ihm benannten Linkwitz-Transformationsschaltung, hat es versäumt, die Phasenfrequenzgänge der Einzellautsprecher in die Gesamtübertragungsfunktion einzurechnen. Die daraus in der Praxis sich ergebenden Phasendifferenzen in den Übernahmebereichen sind noch immer zu groß für eine wirklich natürliche Musikwiedergabe. Die klassische analoge LR4-Aktivweiche ist zwar für sich betrachtet exakt phasenparallel, d. h. Hochpass und Tiefpass addieren sich ohne gegenseitige Phasendifferenz. Werden aber die Lautsprecher dahinter geschaltet, multiplizieren sich deren akustische Übertragungsfunktionen mit den Funktionen der LR4-Hoch- und Tiefpässe und die akustische Addition funktioniert nicht mehr ohne Phasendifferenz. Die exakte Phasenparallelität wird erst erreicht, indem die akustische Übertragungsfunktion des Hochtöners – und beim Dreiwegesystem auch die des Mitteltöners – über eine Linkwitz-Transformation in die analoge LR4-Aktivweiche eingerechnet wird und eine Allpass-Matrix 2. Ordnung die Phasenfrequenzgänge der einzelnen Wege für ±2 Oktaven um die Übernahmefrequenzen herum zur Deckung bringt. Dafür kommen bei einem Dreiwegesystem bis zu 36 Audio-Operationsverstärker zum Einsatz und für die sehr empfindlich auf Bauteiletoleranzen reagierenden Linkwitz-Transformationen wird zudem eine Vielzahl von Hand selektierter Folienkondensatoren benötigt, aber der Aufwand lohnt sich.“

 

 

Sinus-Cosinus-Modulator – der ideale Leistungsverstärker

(gekürzte Fassung von Stefan Wehmeier, Audio Optimum)

Seit den 1970er Jahren sind so ziemlich alle Schaltungsvarianten ausprobiert worden, um die Klangqualität von analogen Leistungsverstärkern (Class A oder AB) zu verbessern. Seit den 1990er Jahren gibt es Pulsbreitenmodulationsverstärker (Class D), die keine prinzipiellen Wärmeverluste erzeugen und die heute ein Klangniveau aufweisen, das klassische analoge Leistungsverstärker nicht mehr erreichen. Dass Letztere noch immer nicht ausgestorben sind, liegt vor allem daran, dass die prinzipielle Überlegenheit von PWM-Verstärkern nicht so leicht in die Praxis umzusetzen sind.

Ein PWM- (Puls Wide Modulation) Leistungsverstärker wird nicht instabil, denn er ist bereits ein Oszillator. Die Leerlaufverstärkung kann „unendlich hoch“ gewählt werden und die Endstufentransistoren brauchen keine Verlustleistung mehr zu „verbraten“, sie müssen nur noch eines können: sehr schnell schalten. Die Qualität der Signalverarbeitung beziehungsweise die Klangqualität hängt dann davon ab, mit welcher Präzision die Umschaltpunkte in der Zeit gesteuert werden können.

Was eine analoge Gegentakt-Leistungsendstufe auch im Class-A-Betrieb, d. h. mit maximalem Wärmeverlust, nicht kann, funktioniert bei einem PWM-Verstärker (fast) ganz ohne Wärmeverlust: Bei optimaler Dimensionierung arbeitet die Leistungsschaltstufe schon im Open-Loop-Betrieb, also ohne Gegenkopplung, als ein linearer Leistungsverstärker ohne hörbare Verzerrungen.

Wird auf eine Potentialtrennung zwischen Pulsbreitenmodulator und Leistungsschaltstufe verzichtet, was „nur“ ein sehr gutes Platinenlayout voraussetzt, kommt ein moderner Halbbrücken-MOSFET-Treiber wie (LM5100) dem Ideal schon ziemlich nahe. Ob die Schaltverzögerung (Propagation Delay) Null oder 25 ns beträgt, spielt keine große Rolle, solange die Verzögerungszeiten von einer Schaltperiode zur nächsten und für die positive und die negative Halbwelle identisch sind. Ein sauberes Dreiecksignal zu erzeugen, noch dazu mit einer Frequenz von 400 kHz, gehört zu den schwierigeren schaltungstechnischen Aufgaben. Da jede Abweichung vom idealen Dreieck unmittelbar zu nichtlinearen Verzerrungen führt, wird an dieser Stelle über die Klangqualität eines PWM-Verstärkers entschieden. Dazu gibt es verschiedene Möglichkeiten.

Das UcD-Prinzip

Die so genannten Universal Class-D Verstärker basieren auf einem Patent der Firma Philips. Was an den Applikationsschaltungen auffällt, ist der mit Standardtransistoren diskret aufgebaute, langsame und unpräzise Komparator und die noch langsameren MOSFETTreiber, die weniger an moderne Schaltungstechnik, sondern mehr an Bastelkram erinnern: Philips_UM10155. Das UcDPrinzip ist jedoch aus vielerlei Gründen nicht der Weisheit letzter Schluss.

Der Hysteresewandler

Wird auf die „Universalität“ des LC-Ausgangsfilters verzichtet, kann die Gegenkopplung wieder direkt am Ausgang der Leistungsschaltstufe ansetzen. Um einen selbstschwingenden PWM-Verstärker zu erhalten, der alle internen Nichtlinearitäten sowie Schwankungen der Betriebsspannung über die Gegenkopplung ausregelt, muss nur der Komparator mit zwei zusätzlichen Widerständen mitgekoppelt und somit zu einem Schmitt-Trigger mit zwei definierten Umschaltpunkten erweitert werden.

Das SODFA-Prinzip

Eine Variante des Hysteresewandlers ist der Self Oscillating Digital Feedback Amplifier (nach Patentanmeldung DE 198 38 765 A1), bei dem die ganze Leistungsschaltstufe einen mitgekoppelten Schmitt-Trigger bildet, dessen Umschaltpunkte zur Betriebsspannung proportional sind. Mit den besten heute verfügbaren elektronischen Bauelementen richtig konstruiert, übertreffen der Hysteresewandler und der SODFA im Hörtest die Klangqualität jedes klassischen analogen Leistungsverstärkers. Bleiben die simulierten und die an der realen Schaltung gemessenen statischen Klirrfaktoren unter 0,01%, entscheiden andere Faktoren darüber, wie der Verstärker in der Praxis klingt. Nun lassen sich die kompliziertesten Messverfahren ersinnen, um das Verhalten von Leistungsverstärkern auch bei nichtstatischen beziehungsweise nichtperiodischen Signalen möglichst „objektiv“ zu beurteilen. Alle diese Verfahren liefern aber nur weitere Anhaltspunkte und können bis heute nicht vollständig erklären, warum der eine Verstärker „klingt“ und der andere nicht. Bis hierhin bleibt festzuhalten, dass PWM-Verstärker deshalb besser klingen als klassische analoge Leistungsverstärker, weil bei optimaler Dimensionierung der Leistungsschaltstufe diese schon ohne Gegenkopplung linear arbeitet. Die hohe Klangqualität wird durch den schnellen Präzisionskomparator erzeugt. Mit einem Verstärkungs-Bandbreitenprodukt von über 50 Gigahertz kann ein LT1713 die Umschalt-Zeitpunkte der Leistungsschaltstufe viel genauer setzen, als die Vor- und Treiberstufen eines klassischen analogen Leistungsverstärkers die mit großen Wärmeverlusten belasteten und relativ trägen Endstufentransistoren so steuern können, dass sie immer dem NF-Eingangssignal folgen. Selbstschwingende PWM-Verstärker klingen wiederum besser als solche, die von einem separaten Dreieckgenerator getaktet werden. Eine Ausnahme von dieser Regel ist der UcD, der nur mit einem langsamen und unpräzisen Komparator (halbwegs) funktioniert. Der Nachteil des getakteten CL-PWM-Verstärkers besteht darin, dass die Gegenkopplung zwar Last- und Betriebsspannungsschwankungen sehr gut kompensiert, nicht aber die Fehler beziehungsweise Nichtlinearitäten des steuernden Dreieck-Generators. Dem gegenüber ist ein SODFA ein in sich gegengekoppelter Leistungs-Rechteck-Dreieck-Generator, der alle internen Nichtlinearitäten mit größtmöglicher Effizienz ausregelt.

Hysteresewandler und SODFA haben jedoch wie der UcD noch eine unschöne Abhängigkeit der Schaltfrequenz f vom Modulationsgrad M, die sich beim SODFA mit f=f0*(1-M2) genau berechnen lässt. Schon bei der Hälfte der maximalen Ausgangsspannung (entsprechend einem Viertel der maximalen Ausgangsleistung) sinkt die Schaltfrequenz auf 75% und geht nahe der Aussteuerungsgrenze gegen Null. Wenn es also gelingt, die Schaltfrequenz eines selbstschwingenden PWM-Verstärkers unabhängig vom Modulationsgrad zu machen, ist das Ziel erreicht: der ideale Leistungsverstärker.

© Audio Optimum GmbH / Stefan Wehmeier, 04.07.2016 / www.audio-optimum.com

Die komplette Abhandlung von Stefan Wehmeier finden Sie hier.

Erschienen in Professional audio 06/2017