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Was ist die “Gruppenlaufzeit” und wie beeinflusst sie die Klangqualität?

Einfach ausgedrückt ist bei einem Lautsprecher die Gruppenlaufzeit die Zeitspanne, die vergeht, um das ankommende elektrische Signal in ein akustisches Signal zu wandeln. Die Gruppenlaufzeit ist frequenzabhängig und sollte idealerweise null Sekunden bei allen Frequenzen betragen, was in der Praxis jedoch nicht möglich ist.

Latenz…
Bei einem linear-phasigen System ist die Gruppenlaufzeit konstant – was man manchmal als Latenz bezeichnet. Beispiel: Bei einem O 500 C in der linear-phasigen Betriebsart ist due Gruppenlaufzeit konstant und beträgt bei allen Frequenzen ca. 80 ms. Obwohl ein linear-phasiges Soundsystem Vorteile bei der Schallwahrnehmung bietet, ist diese Latenz nicht vertretbar, wenn sich Schallquelle und Lautsprecher im gleichen Raum befinden, da ein Echo erklingt. Bei der Arbeit mit modernen Videogeräten hingegen wird das Videosignal aufgrund der Videodatenverarbeitung normalerweise später als das Audiosignal wiedergegeben und das Audiosignal muss verzögert werden um Bild und Ton wieder synchron zu haben. Dies nennt man Lippensynchronität. Normalerweise arbeiten Flachbildschirme (Plasma und LCD) mit einer Videoverzögerung von zwei Frames (80 ms bei 50 Hz Frames oder 66 ms bei 60 Hz Frames). Bei Rundfunkstationen sind aufgrund von zusätzlicher Videoeffektbearbeitung weitere Verzögerungen im Bereich von 0…8 Frames notwendig.

Zurück zur frequenzabhängigen Verzögerung …
Die subjektive Wirkung einer exzessiven Gruppenlaufzeit ist eine weniger kompakte oder eine weniger trockene Basswiedergabe. Momentan ist die psychoakustische Erforschung des Schwellenwerts der Gruppenlaufzeit bei tiefen Frequenzen noch nicht weit fortgeschritten. Hinreichend bekannt hingegen ist ein Wert von 2,5 ms bei 100 Hz. Dies ist exakt der Wert der Gruppenlaufzeit, den der KH 310 A und O 410 bei dieser Frequenz aufweisen. Ein Bassreflexgehäuse mit ähnlicher Tieftonwiedergabe würde etwa 5 ms Gruppenlaufzeit bei 100 Hz aufweisen. Bei höheren Frequenzen, >1 kHz, sollte die Gruppenlaufzeit weniger als 1,6 ms (55 cm oder 2‘) betragen, was bei den meisten Lautsprecherkonstruktionen der Fall ist. Die folgenden Diagramme zeigen den theoretischen Frequenzgang und die Gruppenlaufzeit verschiedener Gehäusetypen (geschlossen (12 dB/Okt.) und Bassreflex (24 dB/Okt.) sowie einen Bassreflex-Subwoofer).

Frequenzgang von geschlossenen (blau) und Bassreflexgehäusen (rot)

 + Frequenzgang eines Bassreflex- gehäuses mit
tiefer Grenzfrequenz (grün)

Gruppenlaufzeit von geschlossenen (blau) und Bassreflexgehäusen (rot)  

+ Gruppenlaufzeit eines Bassreflexgehäuses mit
tiefer Grenzfrequenz (grün)


Anhand dieser Diagrammen kann man erkennen, dass die untere Grenzfrequenz eines Bassreflexgehäuses deutlich tiefer liegen muss um die gleiche Gruppenlaufzeit wie bei einem geschlossenen Gehäuse zu erziehlen. Dies ist ein wichtiger Aspekt, um Subwoofer mit einer sehr tiefen unteren Grenzfrequenz, z. B. 18 Hz, zu verwenden. Wenn dieser Subwoofer mit einem geschlossenen Nahfeldlautsprecher kombiniert wird, bleibt trotz der hinzukommenden gruppenlaufzeitverschlechternden Frequenzweiche die Gesamt-Gruppenlaufzeit nahezu unbeeinflusst.

Durch Hinzufügen von Subsonicfiltern (Hochpass) zum Schutz von Tiefbasstreibern vergrößert sich die in den obigen Diagrammen dargestellte Gruppenlaufzeit. Beispiel: Ein geschlossenes Gehäuse mit 12 dB/Okt akustischer Hochpassfilterung mit einem Subsonic-Treiberschutzfilter zweiter Ordnung (12 dB/Okt), dessen Eckfrequenz mit der unteren Grenzfrequenz des Lautsprechers identisch ist, besitzt die gleiche Gruppenlaufzeit wie ein Bassreflexgehäuse (24 dB/Okt) mit der gleichen unteren Grenzfrequenz und keinem Subsonic-Treiberschutzfilter.

Ein weiterer Verursacher der Gruppenlaufzeit ist die Bass-Management-Filterung – siehe Diagramme unten:

Drei Trennfrequenzen: 70, 80, 90 Hz

Je tiefer die Trennfrequenz, desto höher die Gruppenlaufzeit

Wenn man einem kompakten geschlossenen Lautsprecher einen Subwoofer hinzufügt, erhöht sich die Gruppenlaufzeit im Bereich der Trennfrequenz geringfügig aufgrund der Bass-Management- Trennfrequenzfilterung – siehe Diagramm unten im Bereich von 100 Hz. Wie oben erwähnt, bleibt die Gruppenlaufzeit im Bereich der unteren Grenzfrequenz des Hauptlautsprechers mit oder ohne Subwoofer etwa gleich, was auf die sehr tief liegende untere Grenzfrequenz des Subwoofers zurückzuführen ist. Darunter steigt die Gruppenlaufzeit im Subwoofer wie erwartet weiter an.

Gruppenlaufzeit eines kompakten geschlossenen Lautsprechers
(KH 310 A)

Gruppenlaufzeit eines kompakten geschlossenen Lautsprechers mit Subwoofer  (KH 310 A + KH 810)


Die Auswirkungen der zusätzlichen elektronischen Filterung einer 80 Hz Bass-Management-Frequenzweiche auf die Gruppenlaufzeit eines großen Bassreflexgehäuses sind unten im rechten Diagramm dargestellt. Beim Vergleichen der beiden linken Diagramme (großes Bassreflex- und kompaktes geschlossenes Gehäuse) kann man erkennen, dass die Gruppenlaufzeit bis hinunter auf 35 Hz identisch ist und dann beim großen Bassreflexlautsprecher bis hinunter zu dessen unterer Grenzfrequenz ansteigt.

Gruppenlaufzeit eines großen Bassreflexlautsprechers (O 410

Gruppenlaufzeit eines großen Bassreflexlautsprechers mit
Subwoofer
(O 410 + O 870)

Ein großer Bassreflexlautsprecher verhält sich bezüglich der Gruppenlaufzeit also etwa wie ein kompakter geschlossener Lautsprecher, wobei er einen erweiterten Bassbereich und einen höheren Maximalpegel besitzt. Dies ist im Gegenzug mit höheren Kosten und größerem Platzbedarf im Abhörraum verbunden.
 


 

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