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Hohe Berge, tiefe Täler

Sie möchten zwar kein neues Radiogerät kaufen, trotzdem den Klang schnell, einfach und deutlich verbessern?
Dann lesen Sie gleich hier weiter.

Klangkriterien und Autoakustik

Die klanglichen Fähigkeiten eines Mehr-Lautsprecher-Systems kann man in drei Teilkriterien gliedern: Räumlichkeit, Impulsverhalten und Tonalität.

Die Räumlichkeit, also z.B. dass ein Sänger in der Mitte auch aus der Mitte der virtuellen "Bühne" wahrgenommen wird, hängt wesentlich von der Aufstellung der Lautpsrecher im Raum bzw. Platzierung im Fahrzeug ab. Falls nötig (v.a. im Auto!), lässt sich die räuliche Wiedergabe mittels Laufzeitkorrektur dramatisch verbessern. An der Räulichkeit können wir im RX-7 nichts ändern. Über Möglichkeiten zur Laufzeitkorrektur verfügen wir in der Regel nicht und die Lautsprecher-Einbauplätze sind uns vorgegeben.
Im FD ist eine Änderung aber auch gar nicht notwendig, denn für eine Serienanlage der 90er Jahre ist die räumliche Wiedergabe durch den Einsatz des Center-Lautsprechers mehr als gut.

Das Impulsverhalten beschreibt, wie präzise ein Lautsprecher dem zeitlichen Verlauf des Musiksignals folgen kann. Es wird von der konstruktiven Auslegung des Chassis und ggf. dem angeschlossenen Volumen bestimmt. Aber auch die besten Schallwandler sind nicht unendlich "schnell", da sie eine Masse besitzen, die es zu beschleunigen und abzubremsen gilt. Vergleicht man den Verlauf des ursprünglichen Signals mit dem des vom Chassis abgestrahlten, so ist es beinahe erstaunlich, wie gut reproduzierte Musik klingen kann. Da wir die Werkslautsprecher nicht austauschen, müssen wir auch das Impulsverhalten als gegeben hinnehmen.

Unter Tonalität versteht man, wie laut welcher Frequenzbereich wiedergegeben wird. Ideal ist, wenn alle Bereiche gleich laut reproduziert werden. Im Frequenzgangdiagramm verläuft also eine horizontale Linie von 20 Hertz bis 20 Kilohertz, dem Frequenzspektrum, das der Mensch wahrnehmen kann. Nur so werden alle Geräusche so reproduziert, wie sie auch aufgenommen wurden. Kein bestimmter Bereich tritt unangenehm hervor. Doch das gilt strenggenommen nur für den schalltoten Raum.
Im Auto dagegen verhällt sich die Sache etwas anders: Ab etwa 2 kHz soll die Wiedergabekurve bis 100 Hz um ca. 10 dB ansteigen. Von ca. 8 kHz bis 20 kHz soll sie dagegen leicht um 6 dB abfallen. Diese Werte beruhen auf den langjährigen Erfahrungen von autohifi und sind auch physikalisch und psyoakustisch begründbar. Die Thematik ist jedoch derart kompliziert, dass ich in diesem Rahmen leider nicht näher darauf eingegen kann. Vereinfacht gesagt hängt es damit zusammen, dass im Auto durch die räumliche Enge der Bassbereich verstärkt wird (Druckkammer-Effekt), dass es viele reflektierende Flächen (Glasscheiben) gibt (Diffusschall) und dass man sehr nahe an den Hochtonquellen sitzt (Nahfeld-Akustik).

Die Werksanlage des FD klingt nur bedingt nach HiFi. Noch!
Vollbild
Mit dem Mess-PC bewaffnet gings los an die Arbeit.


Grundlagen des Equalizing

Zunächst sollte der tendezielle Frequenzverlauf nach obigen Kriterien stimmen. Dann klingt's wahrscheinlich schonmal nicht schlecht. Hierfür müssen die Pegel und Übergangspunkte der einzelnen Lautsprecher aneinander angepasst sein. Liegt's schon hier im Argen und man hat keine großen Einstellmöglichkeiten, dann hilft nur noch Kahlschlag mit den Bass- und Höhenreglern. Doch Vorsicht! Bedenken Sie immer, dass bereits +3 dB der doppelten Belastung entsprechen, +10 dB der zehnfachen und +20 dB würden sogar die 100-fachen Leistung bedeuten.

Eigentlich sollten die jeweiligen Stereokanäle getrennt gemessen und abgestimmt werden. Denn andernfalls würden wir ein Misch-Masch aus Front- und Heckkanälen einstellen, berücksichtigen aber nicht, dass die zeitliche Komponente und somit die Entferung der Chassis auch ihren Anteil zum tonalen Eindruck beiträgt. Optimalerweise stellt man sogar jeden Kanal getrennt ein, sofern möglich.
Nur die wenigsten Steuergeräte in der unteren und mittleren Preisklasse sind mit einem vernünftigen Equalizer ausgestattet. Schon gar nicht mit kanalgetrennten Einstellmöglichkeiten. Da wir aber als erste Klangoptimierung im FD den Fader zu etwa 1/3 nach vorne (Pioneer F5/15) stellen, damit die Hecksysteme nur noch leise mitspielen und das sog. Frontstaging (Musik spielt vorn) nicht mehr stören, können wir den tonalen Anteil der hinteren Lautsprecher vernachlässigen. Auch heute optimieren viele Automobilhersteller selbst High-Tech Werkssysteme, bei denen man die DSP-Einstellungen für jeden Sitzplatz einzeln wählen kann, derart, dass der Klang von allen Lautsprechern gleich intensiv wahrgenommen wird. So baut sich jedoch keine Bühne vor dem Hörer auf, sondern es kommt zum "Kopfhörer-Effekt", d.h. der Sänger scheint im Kopf des Zuhörers zu trällern. Das nur nebenbei. Stellen Sie den Fader einfach soweit nach vorne, bis die Hecklautsprecher nicht mehr stören und nur noch die Räumlichkeit unterstützen.
Übrigens sei bemerkt, dass auch mit mittiger Fadereinstellung die Messung kaum anders ausfällt, da Front- und Heckkanäle bis auf den Hochtonbereich recht ähnlich klingen. Auch alle, die ihrem Center-Speaker keine Weiche spendieren, werden keine oder nur minimal andere Messungen erhalten. Die Weiche greift dezent und in dem Bereich ein, wo der Mittenlautsprecher sowieso schon leiser spielt als die übrigen Chassis.

Jedoch warne ich, ohne diese Schutzmaßnahme mit rigorosen Pegelzuschlägen unter 500 Hz sehr vorsichtig zu sein, ganz besonders bei höheren Lautstärken

Leider treten bei einer Anlage ohne Equalizing mehr oder weniger ausgeprägte Welligkeiten in der Übertragungsfunktion auf. Es kommt zu Überhöhungen oder Senken im Frequenzgangschrieb, die in ihrer Breite variieren können.
Gründe dafür sind zum einen natürlich die tonalen Eigenheiten der Lautsprecher selbst. Auch das beste Chassis überträgt nicht "schnurgerade". Einen noch größeren Anteil macht aber die komplexe Akustik der Fahrgastzelle aus: Es bilden sich stehende Wellen durch parallelliegende Flächen,
Fahrzeugbleche schwingen mit und verzehren so Pegel, zwischen den einzelnen Chassis können sich Interferenzen bilden, es existiert ein Mix aus schallharten (Glas) und weichen (Polster) Flächen und der Autoinnenraum ist sehr zerklüftet und vieles mehr. Die Thematik könnte ein ganzes Buch füllen.
Besonders zum Einfluss der Lautsprecherumgebung auf seine Tonalität gibt es ein schönes Beispiel: Bilden Sie mit beiden Händen einen Trichter vor dem Mund und sprechen Sie. Klingt es trötig? Jetzt wissen Sie, warum Mitteltöner in den Ecken des Armaturenbretts (z.B. Golf III) ohne Equalizing nicht besonders klingen können. Die Begrenzungflächen Frontscheibe, A-Säule/Seitenscheibe und Armaturenbrett bilden ebenfalls einen Trichter und verstärken je nach Geometrie bestimmte Frequenzbereiche. Bei Hornhochtönern im PA-Bereich nutzt man diese physiklische Eigenschaft und erzielt gigantische Pegel.

Mag der Grundverlauf noch ein wenig dem persönlichen Geschmack (Bass, Höhen) angepasst werden dürfen, sind Welligkeiten im Frequenzverlauf extrem störend. Kleinere Bereiche werden lauter oder leiser wiedergegeben, was ganz und gar nicht dem Original entspricht.
Doch wie glättet man diese Wogen nun? Hierfür gibt es Equalizer. Diese elektronischen Helferlein begrenzen den Tatendrang der Anlage dort, wo sie - aus welchen Gründen auch immer - von Haus aus zur forsch agiert. Wo es ohne Equalizing zu leise ist, legt der Klangakrobat etwas Pegel zu. Er merzt also tonale Fehler durch eine nahezu spiegelbildliche Übertragungsfunktion aus. Einstellungen wirken sich aber nicht immer ganz 1:1 in der Wiedergabekurve aus.

Am besten rückt man dem Frequenzgebirge mit parametrischen Equalizern zu Leibe. Parametrisch heißt, man kann exakt die Frequenz einstellen, an der das Problem liegt. Außerdem kann man auch die Wirkungsbreite (Güte Q) einstellen. So lässt sich gezielt anheben bzw. absenken.
Grafische Equalizer stellen feste Regelfrequenzen bereit, deren Wirkunsbreite fix ist. Liegt nun unser tonals Problem genau zwischen zwei solcher Regelmöglichkeiten ("Bänder"), haben wir Pech gehabt. Deshalb sollten grafische EQs möglichst fein unterteilt sein, am besten 31 Bänder besitzen.
Da sich mit parametrischen EQs exakt die Problemstellen anfahren lassen, kommt man hier mit wesentlich weniger Bändern zum gleichen Erfolg. Mit drei bis fünf Bändern lässt sich schon eine Menge anstellen.

Hat man den Frequenzgangschrieb vor sich, gilt es zu entscheiden, wo man nun eingreift. Zwei Berge können auch als eine Senke gesehen werden. Ob man nun die beiden Berge abträgt oder die Senke auffüllt, das Ergebnis ist das gleiche. Wenn man die Wahlmöglichkeit hat, ist eine Pegelsenkung grundsätzlich einer Erhöhung vorzuziehen.


Der Pioneer Easy Equalizer Plus

Equalizer
LO
Frequenz: 40 / 80 / 100 / 160 Hz

Q-Faktor: 0,35 / 0,59 / 0,95 / 1,15
(ca. Angaben bei +6 dB)

Pegel: +-12 dB
MID
Frequenz: 200 / 500 / 1K / 2K Hz

Q-Faktor: 0,35 / 0,59 / 0,95 / 1,15
(ca. Angaben bei +6 dB)

Pegel: +-12 dB
HI
Frequenz: 3,15K / 8K / 10K / 12,5K Hz

Q-Faktor: 0,35 / 0,59 / 0,95 / 1,15
(ca. Angaben bei +6 dB)

Pegel: +-12 dB
Klangfarbenregler
BASS
Frequenz: 40 / 63 / 100 / 160 Hz

Pegel: +-12 dB
TRE
Frequenz: 2,5K / 4K / 6,3K / 10K Hz

Pegel: +-12 dB
Pioneer bietet mit dem EEQ+ bereits im mittleren Preissegment (CD-Tuner ab ca. 300 Euro) einen gut ausgestatteten, teilparametrischen Equalizer.







Teilparametrisch bedeutet, dass wir aus vorgegebenen Frequenzbändern auswählen müssen.
Leider sind die Wirkungsbreiten sehr groß (kleine Güte) gewählt. Senkt man einen Berg, erhält man so nach der Korrektur zwei Täler.
Der EEQ+ ist aber dennoch den meisten Equalizern seiner Preisklasse überlegen, bei denen sich die Güte gar nicht beeinflussen lässt. Durch geschicktes "gegeneinander" Einsetzen der einzelnen Bänder und Klangregler lässt sich der Klang im FD schon dramatisch verbessern.

Neugierige erfhahren hier, wie ein simpler aber wirkungsvoller teilparametrischer Equalizer beschaffen sein müsste.


Kurvendiskussion

Die nebenstehende Grafik zeigt die Wiedergabekurve der FD-Anlage ohne jegliche Klangeinstellung (nur: Fader F5).
Wie ohne Subwoofer zu erwarten ist, produziert die Werksanlage wenig Tiefbass. Auch die oberste Oktave ab 10 kHz könnte etwas lauter sein.
Am problematischsten ist aber die Breite Anhebung. zwischen 1 und 2 kHz. Gerade hier nimmt das menschliche Ohr sowieso schon am besten wahr. Dieser Breite Buckel verleiht dem Klang einen quäckenden Charakter, überspitzt ausgedrückt ähnlich dem Sound eines Telefonhörers.
Die nachfolgenden Frequenzgänge wurden mit dem Pioneer EEQ+ erreicht. Dennoch soll diese Ausgangskurve auch allen als Einstellhilfe dienen, die ein anderes Autoradio besitzen.

Nach einigem Testeinstellen verläuft der Frequenzgang bis auf den Einbruch um 800 Hz für eine Werksanlage ohne Subwoofer extrem gut. Leider muten wir mit dieser Einstellung den Tieftönern im besonders energiegeladenen Bassbereich bei weitem zuviel des Guten zu.
Schon bei mäßigen Lautstärken stoßen die Speaker an ihre Grenzen.

Variante 1:
Schon nicht schlecht. Doch immer noch zu wenig Hochton und zu mittig.
Pioneer EEQ +
EQ
LO
+3
100
1N

MID
+6
500
1W

HI
+3
3K
1N
BASS

+3
160

TRE

+6
10K


Pioneer EEQ +
EQ
LO
+3
100
1N

MID
+6
500
1W

HI
+2
8K
2W
BASS

+3
160

TRE

+6
6K

Variante 2:
Etwas mehr Hochton. Der 1 kHz-Buckel stört aber immer noch.

Das momentane Optimum:
Ab ca. 1 kHz verläuft der Frequenzgang jenseits von Gut und Böse.
Mit der (zu breiten) Absenkung des Mitteltonbuckels haben wir uns leider zwei Senken um sie herum eingefangen, besonders unterhalb 1 kHz.
Pioneer EEQ +
EQ
LO
-5
80
1W

MID
-5
1K
2N

HI
-2
10K
2N
BASS

+5
160

TRE

+6
10K


Oberhalb können wir das Problem wunderbar mit dem Höhenregler kompensieren. Mit dem Bassregler und unterem EQ-Band kommen wir nur bis 160 Hz hoch. Das reicht nicht, um die Mittletonsenke ganz zu begradigen. Wenn überhaupt, dann nur mit einem gehörigen Schub durch den breitbandigen Bassregler.
Um dessen Wirkung um 80 Hz etwas zu mildern, hält das untere EQ-Band die Speaker etwas an der Leine. Dieser Bereich setzt Tiefmitteltönern, die nicht von einer Frequenzweiche geschützt werden, besonders zu: Zum einen steigt die benötigte Energie aus phsyoakustischen Gründen mit abnehmender Frequenz. Andererseits kommen die Frequenzen zwischen etwa 60 und 120 Hz in normaler Musik besonders häufig vor.
Übrigens wurden die Einstellungen - besonders die im Bassbereich - nicht nur anhand der Messergebnisse, sondern auch durch intensive Hörchecks optimiert
Die 800 Hz Senke sieht zwar nicht schön aus, ist akustisch aber weit weniger störend als eine breite Überhöhung, besonders im kritsichen Bereich um 1-2 kHz. Klang es vorher sehr nervig und trötig, raubt der Einbruch dem Klang jetzt nur noch etwas an Klarheit im Mittelton.
Der Bassbereich spielt in tiefsten Regionen etwas lauter und ist so ausgewogener. Durch die Beseitigung der 80 Hz Überhöhung ist die Wiedergabe um einiges präziser und weniger dröhnanfällig. Der insgesamt (zu) leise spielende Bassbereich verleiht der Anlage einen eher knackigen Charakter.
Die extrem ausgewogene Wiedergabe ab 1 kHz verhilft der Anlage zu ungekannter Spielfreude und Lebendigkeit. Der unaufdringliche und spritzige Klang ist um Welten besser als ohne EQ.


Soft-EQ

FD-Besitzer, die erst einmal testen möchten, was Equalizing für die Klangqualität bewirkt, können den Radiokauf getrost etwas verschieben.
Alles, was Sie brauchen, sind ein PC mit CD-Brenner und die Software Nero Burning Rom. Das Brennprogramm beinhaltet einen Wave Editor, der einen extrem flexiblen Equalizer beinhaltet. Die sechs Bänder lassen sich nahezu beliebig konfigurieren. Die Equalizer der meisten High-End Autoradios werden hier blass vor Neid. Nun ja, schließlich verfügen deren DSPs nicht über die Rechenpower eines Pentium IV und die Rechenvorgänge müssen auch noch in Echtzeit vonstatten gehen.
Übernehmen Sie die nebenstehenden Einstellungen und wenden Sie sie auf Ihre von CD gespeicherten *.wav Files an. Sie werden den Sound der Werksanlage derart verbessern, dass Sie nicht mehr anders hören wollen.
Am Bild unten links sehen Sie, wie ein Equalizer wirkt. Daneben der Frequenzgang, den man mit diesen Einstellungen erhält. Ab 160 Hz erübrigt sich jede Diskussion. Darunter habe ich bewusst auf eine Beeinflussung verzichtet.
Wer unbedingt sein Werksradio samt CD-Wechsler behalten möchte, kann all die CDs, die er gerne im FD hört, mit den Wave Editor Einstellungen duplizieren. So erhält der Umrüstunwillige einen angesichts der Anlagenbestückung fantastsichen Klang, ohne Änderungen am Serienzustand vornehmen zu müssen.
Seien Sie sich aber bewusst, dass derart modifizierte CDs auf allen anderen Anlagen nur mäßig klingen.



Ausblick

Betrachtet man die breite Überhöhung um 800 bis 2,5 kHz, könnte man sie auch in eine Überlagerung zweier Frequenzbereich zerlegen. Und das ist es in der Tat. Ein Hügel gipfelt bei ca. 1,2 kHz und einer bei ungefähr 2kHz.
Leider liegen diese Frequenzen in einem EQ-Band des EEQ+. Es kann also nur ein Problembereich angegangen werden. Setzt man den EQ auf 2 kHz mit der kleinsten Wirkungsbreite (2N = Q 1,2), wird der 1,2 kHz Höcker noch deutlicher (Bild unten links).
Da kein Band mehr zur Verfügung steht, muss eine andere Lösung her. Ähnlich einer passiven Frequenzweiche lässt sich auch ein nur begrenzter Bereich mittles Kondensator, Spule und Widerstand absenken. Eine Erhöhung geht dagegen nicht mit diesen passiven Mitteln.
Wir benötigen einen sogenannten "Saugkreis", der bei ca. 1,15 kHz die Wiedergabe mit einem Q von gut 2 um 10 dB absenkt. Je Frontkanal benötigen wir eine LCR-Gruppe. Die Heckkanäle können wir vernachlässigen, da sie nur leise mitspielen und im betreffenden Bereich eine weit geringere Überhöhung aufweisen als die vorderen Speaker.
Die Abstimmung eines LCR Filters ist sehr aufwändig und langwierig, da verschiedene Bauteilkombinationen ausprobiert werden müssen.
Im Frühjahr jedoch hoffe ich, dieses Vorhaben in Angriff zu nehmen. Das zu erwartende Ergebnis aus 2 kHz-EEQ-Band und LCR-Saugkreis sehen Sie unten rechts. Der Frequenzgang verläuft von 200 Hz bis gut 10 kHz vorbildlich. Man könnte es schon fast dabei belassen.
Den Höcker im Oberbass kann man mit dem schmalbandigen 160 Hz EQ und dem Bassregler zu Leibe Rücken. Für einen Tick mehr Hochtonfrische lässt sich evtl. der 12,5 kHz EQ schmalbandig einsetzen.
Damit dürfte das tonale Potenzial der Werksanlage wirklich gänzlich ausgeschöpft sein.



Anmerkung:
Für Schäden übernehme ich keine Haftung!

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