Ein Weitstrahler mit Wohlklang - die lange Linie, ein elektro-akustischer Quantensprung

Die lange Linie ist eine konsequente Weiterentwicklung der alten Schallsäule und des Line Arrays. Mit allen verfolgt man das Ziel, innerhalb einer möglichst weiten Erstreckung der Zylinderwelle, den Pegelabfall von -3dB pro Verdoppelung der Entfernung, statt -6dB zu erreichen und somit die Reichweite der Lautsprecher zu vergrößern. Dieser relative Pegelgewinn ist von unschätzbarem Wert, wenn es darum geht, auch weiter entfernte Zuhörer mit ausreichendem Pegel zu versorgen, möglichst ohne die nahegelegenen, mit Lautstärke zu überfordern.

Bei Line Arrays zeigt die Praxis tatsächlich, dass hohe Frequenzen weit genug reichen. Manchmal gibt es sogar zuviel des Guten, wenn z.B. die Höhen von der Saal - Rückwand reflektiert werden und somit die Verständlichkeit herabsetzen und den Richtungsbezug zur Bühne stören. Zu weit tragende Höhen sind bei Freiluft - Veranstaltungen oft die Ursache für Klagen der Anrainer wegen Lärmbelästigung und innerhalb des Zuhörerbereichs ist feststellbar, dass der Klang mit zunehmender Entfernung immer „dünner“ wird.

Eine Zylinderwelle mit brauchbarer Erstreckung bildet sich hier nur im Bereich der Höhen. Daher nimmt der Hochton - Pegel bis zum Ende dieser Erstreckung, nur mit -3dB pro Verdoppelung der Entfernung ab. Die Mitten und die Bässe werden aber weiterhin „punktförmig“ abgestrahlt, das heißt mit -6dB Pegel-Verlust bei jeder Verdoppelung der Entfernung. Nach dreimaliger Verdoppelung (z. B. 2m, 4m, 8m) haben sie dann, bezogen auf 1m, -18dB Pegel verloren, die Höhen aber nur -9dB. Die resultierende Differenz beträgt 9dB, Mitten und Bässe sind somit nur mehr halb so laut, wie die Höhen und hier liegt die Ursache für dieses immer dünner werdende Klangbild. 

Die lange Linie verfolgt daher primär den Zweck, die Vorteile der Zylinderwelle nicht nur für die Hochtonwiedergabe zu nutzen, sondern zumindest für den ganzen Vokalbereich. Die Physik sagt uns, dass die Höhe (Länge) einer Linien - Schallquelle das entscheidende Kriterium darstellt, wenn es darum geht, wie weit sich eine Zylinderwelle erstreckt, bevor sie in eine Kugelwelle (mit Pegelabfall von -6dB) übergeht. Deshalb fordern Experten ganz richtig „ein ordentliches Line Array reicht vom Boden, bis zur Decke“. 

Die Erstreckung r einer Zylinderwelle, errechnet sich aus: 

r = H² / 2λ

wobei H die Höhe der linienförmigen Schallquelle ist (bzw. allgemein L, für deren Länge) und λ die konkret abgestrahlte Wellenlänge. Dieselbe Formel, aufgelöst nach der Frequenz lautet: 

r = H² x f / 2x334

In Worten ausgedrückt heißt das, die Erstreckung r der Zylinderwelle, wird einerseits zu tieferen Frequenzen (f) hin kürzer, weil deren Wellenlänge (λ) größer wird, sie steht als doppelter Wert, im Nenner des Bruchs. 

Andererseits steht die Höhe der Linien-Schallquelle im Zähler und geht dort sogar mit ihrem Quadrat ein. Die Erstreckung r wächst also ganz vorteilhaft mit dem Quadrat der Linien - Höhe, womit uns die Physik den wichtigsten Nutzen besonders günstig bietet. 

Ein guter Weitstrahler ist also grundsätzlich lang, um die Zylinderwelle zumindest auch für mittlere Tonlagen nutzen zu können, etwa über den ganzen Vokalbereich. Wenn wir dessen untere Grenze einmal bei 250Hz (ISO), ansetzen, muss die Linie 2,3m lang sein, um dort eine Erstreckung der Zylinderwelle von 2m zu bieten, 3,3m lang für 4m, bzw. 4,6m lang für 8m. Entsprechend liegt der Pegelgewinn, im Vergleich zu einer punktförmigen Schallquelle, oder auch zu einem Line Array üblicher Länge, bei +3dB, +6dB, bzw. bei +9dB. Das sind Welten in der Beschallung. +10dB entspricht beim Hörempfinden doppelt so laut, -10dB halb so laut. +10dB bedeutet aber auch die 10-fache Verstärkerleistung, oder +3dB die doppelte, die nicht zum Einsatz gebracht werden muss, um am Ende des Zuhörerbereiches dieselbe Lautstärke zu erreichen. Lange Linien vergeuden weniger Verstärkerleistung, was sie auch wirtschaftlich interessant macht.

Wenn vorne, auf der Bühne, weniger laut aufgedreht werden muss, um in der letzten Reihe laut genug zu hören, lösen sich Feedback - Probleme von selbst. Tatsächlich sind lange Linienstrahler echte Problemlöser. Die Gleichförmigkeit ihrer akustischen Ausleuchtung über die Entfernung, zeigt sich sowohl quantitativ bezüglich der Pegel, als auch qualitativ bezüglich der Frequenzgänge - das Klangbild wird mit zunehmender Entfernung kaum noch „dünner“ und die Koppelgrenze steigt.

Lange Linien-Schallquellen haben noch einen weiteren, sehr handfesten Vorteil, der ganz besonders in den heute üblichen „Mehrzweckhallen“, mit ihren schallharten Decken, Böden und Wänden (Glas) zum Tragen kommt. Proportional zu einer zunehmenden Erstreckung der Zylinderwelle, wird der vertikale Abstrahlwinkel kleiner. Eine 2,3m lange Linie strahlt bei 250Hz vertikal 41° ab, die 3,3m lange 28° und die 4,6m lange nur mehr 20°. Mit dieser vertikalen Bündelung und einer geeigneten Ausrichtung der Linie, lassen sich viele schädliche Reflexionen vermeiden, womit die Natürlichkeit und die Verständlichkeit der Darbietung steigt.

Werden die Vorteile der Zylinderwelle nur für den Hochtonbereich genutzt, stellt sich die Frage nach der Sinnhaftigkeit, sowohl aus akustischer, als auch aus wirtschaftlicher Sicht. Lautsprecherboxen mit 10“, 12“, oder 15“ Chassis, besonders in doppelter Anordnung nebeneinander, sind breit und auch sehr laut. Aber Line  Arrays sind selten lang und wenn eines einmal 3m, oder gar 5m lang ist, liegt seine Anwendung bei Grossveranstaltungen. Diese Arrays müssen hoch geflogen werden, wobei viel Schallenergie ungenützt bleibt. Dazu liefern sie auf den besten Zuhörerflächen vorne, im Nahbereich der Bühne, nur störende Bassenergie und so können oft mehrere Reihen vor der Bühne, gar nicht für die Zuhörer genutzt werden. Das ist entgangener Gewinn für den Veranstalter. Zusätzlich muss der Nahbereich mit weiteren Lautsprechern „gestützt“ werden, womit reichlich Abstimmungsprobleme entstehen, die grundsätzlich nur kompromissbehaftet gelöst werden können. 

Werden drei, oder vier Lautsprecherboxen untereinander angeordnet, nennt man das heute ein Line Array. Diese Bezeichnung entstammt kreativen Marketing - Abteilungen der Hersteller. Wenn diese Lautsprecherboxen akustisch gut miteinander kombinieren, sind sie ein nützliches Werkzeug, weil sie eine Skalierung der Beschallungsanlage, passend zu den Erfordernissen unterschiedlicher Anwendungen und Größe ermöglichen. Aber bezüglich ihrer akustischen Eigenschaften bleiben sie der „punktförmigen“ Schallquelle recht nahe und nutzen die Vorteile der Zylinderwelle kaum. 

Die lange Linie, ein Weitstrahler mit Wohlklang

Das Konzept der langen Linien ist aus der Sicht der Elektro-Akustik ein grundsätzlicher Neuansatz. Zunächst macht es keinen Sinn, zwei Basslautsprecher nebeneinander anzuordnen, wenn sie untereinander angeordnet, die Länge der Linie verdoppeln können, ohne den Aufwand zu erhöhen. Nebenbei verbessert sich dabei die Abstrahlung in der Horizontalen, durch die Vermeidung von Laufzeit-Unterschieden (Phasing).

Der nächste Schritt zur Verlängerung ist der Ersatz von 10“, 12“, oder 15“ Chassis durch eine größere Anzahl von kleinen, typisch 5¼“, oder 6½“. Für die Wiedergabe eines guten Bassfundamentes, ist die Größe der abstrahlenden Membranen-Fläche entscheidend. Um die abstrahlende Fläche eines 12“ Chassis durch kleinere zu ersetzen, braucht es entweder 5 Stk. 5¼“, oder 3 Stk. 6½“, oder 2 Stk. 8“ Chassis. In diesem Verhältnis untereinander angeordnet, ergeben sie dieselbe Menge an abgestrahlter Bass-Energie, wie ein 12“ Chassis, aber erhöhen deren Reichweite, weil damit die Länge der Linie vergrößert wird. 

Zwei Boxen mit Doppel - 12“ Chassis, untereinander angeordnet, summieren zusammen mit ihren Boxen-Gehäusen, zu einer Höhe von etwa 70cm. Dem entsprechen bezüglich Membran-Fläche, zur Abstrahlung derselben Menge an Bass-Energie, 12 Stk. 6½“ Chassis, die mit ihren Gehäusen eine etwa 2m hohe Linie bilden. Im Zuhörerbereich resultiert das in einem Pegelgewinn von fast +3dB, bei 250Hz! Die Kosten der 6½“ Chassis mögen bei vergleichbarer Qualität etwas höher liegen, aber sicher nicht um +3dB, was einer Verdoppelung entspricht. Andererseits entsprechen -3dB der halben erforderlichen Verstärker - Leistung, die eingespart werden kann.

Besser zu sparen ist kaum möglich, denn aus akustischer Sicht wird damit die Schall-Energie langer Linien, verstärkt auf den Zuhörerbereich konzentriert und der Anteil an vagabundierender Schall - Energie reduziert. Folglich werden weniger schädliche Reflexionen erzeugt, womit die Verständlichkeit steigt. Es gelangt auch weniger Schallanteil auf die Bühne, insbesondere auch weniger davon - zeitversetzt, - in die Bühnenmikrofone, womit insgesamt die klangliche Qualität der Darbietung steigt. 

All das passiert nur durch die natürliche Kopplung der beteiligten Lautsprecher, die direkt abstrahlen und keine weiteren technischen Krücken brauchen, wie ein Horn, oder gar ein Stummel-Horn (Bandpass - Lautsprecher). Diese stellen nicht nur zusätzlichen Bauaufwand bei den Boxen-Gehäusen dar, sondern resultieren in höheren Verzerrungen und höherem Gewicht.

Für eine kräftige Bass-Wiedergabe, ist auch der Umfang des Lautsprecher-Gehäuses wichtig, denn dessen Maß entspricht der Wellenlänge, bei der von einer Halbraum-Abstrahlung, zur Vollraum-Abstrahlung übergegangen wird (2π / 4π). Lange Linien haben naturgemäß einen großen Umfang, weshalb dies erst bei recht tiefen Frequenzen erfolgt.

Linien-Lautsprecher können als geschlossene Boxen ausgeführt werden. Das ist vorteilhaft, denn Lautsprecher in Bassreflex-Gehäusen zeigen bei der Frequenz ihrer Abstimmung eine ausgeprägte Resonanz, die im Protokoll ihres Impedanz-Verlaufs auch sichtbar wird. Unterhalb dieser Frequenz ist der Lautsprecher akustisch unbedämpft, womit seine Membrane leicht über ihre Auslenkungs - Limits geraten kann. Das ist wahrscheinlich die häufigste Ausfall - Ursache von Basslautsprechern ganz allgemein, besonders aber bei kleineren Chassis. Wenn man weiters bedenkt, dass eine hochwertige Linie, nahe bei den Zuhörern aufgestellt werden kann, ist auch der Entfall der Strömungsgeräusche vorteilhaft, die durch Bassreflex - Tunnel verursacht werden. 

Teilt man die abgestrahlte Energie auf mehrere, dafür aber kleinere Chassis auf, wird tendentiell auch das Verhältnis zwischen antreibender Fläche (Durchmesser der Schwingspulen) und angetriebener Membran-Fläche günstiger, was sich in einem besseren Impuls-Verhalten der Lautsprecher niederschlägt. Weiters gewinnt man damit eine Oktave im Übertragungsbereich. Der Übergang der Frequenzweiche zu den Hochtönern, kann typischerweise von etwa 1kHz, auf zumindest 2kHz angehoben werden und kommt so nicht mehr im kritischen Grundtonbereich der Stimmen zu liegen.

Eine hochwertige lange Linie, strahlt ihre Schall-Energie gleichmäßig verteilt, über ihre ganze Länge ab. In ihrem Nahfeld ist daher an einer gegebenen Stelle, etwa in Ohrhöhe der Zuhörer, die Lautstärke nicht annähernd so hoch, wie bei konventionellen Lautsprechern. Für die Mikrofone auf der Bühne gilt sinngemäß dasselbe, wie für das Ohr, was einen weiteren Grund für die Überlegenheit langer Linien, bezüglich Feedback erklärt. 

Die Salzburger Festspiele beschallen seit 2004 die grosse Tribüne am Domplatz beim „Jedermann“, erfolgreich mit 2 Stk. 6m langen Linien, bestehend aus je 3 HD L-190 Breitband - Magnetostaten. Die müssen an der Domwand, hinter der Bühne aufgestellt werden, weil sie nicht zu sehen sein dürfen. Davor, auf der Bühne, werden jede Menge Funkmikrofone betrieben. Versuche, eine ähnliche Anordnung mit konventionellen Lautsprechern zu realisieren, waren an den Klagen der Zuhörer gescheitert, weil in der hinteren Hälfte der Zuschauertribüne, der Pegel zu gering und daher nichts mehr zu verstehen war. Die Lautsprecher hätten technisch noch reichlich Pegelreserven gehabt, die konnten aber wegen Feedbacks nicht genutzt werden. 

Magnetostaten werden allseits wegen ihrer klanglichen Qualität geschätzt. Dazu ist ihre gleichförmige, seitliche Abstrahlcharakteristik ein wichtiger Schlüssel. Akustische Rückkopplung entsteht zuerst an jenen Stellen, wo ein Mikrofon in eine Nebenkeule der Abstrahlcharakteristik eines Lautsprechers gelangt. Das sind Spitzen in seinem Frequenzgang, die er in diese Richtung abstrahlt. Eine gleichförmige Abstrahlung eines Lautsprechers in alle Richtungen, ist daher sowohl für seine klangliche Qualität, als auch für sein Koppelverhaltend (Feedback) entscheidend. Bei der Kombination mehrerer, getrennt aufgestellter Lautsprecher, steigen die Probleme sowohl bezüglich Feedback, als auch bezüglich Klang, fast exponentiell.

Magnetostaten sind die perfekte Ergänzung für den Hochtonbereich langer Linien-Lautsprecher. Ihre geringere Empfindlichkeit, im Vergleich zu Kompressionshochtönern mit Horn, schadet bei dieser Anwendung keineswegs, denn sie wird durch ihre hohe Anzahl kompensiert. Da sie akustisch perfekt zu größeren Gruppen kombinieren, entsteht in der Linie insgesamt eine Hochton-Schallquelle, die sich über deren gesamte Länge erstreckt und in Summe sehr stark ist. Wie auch bei den Baßlautsprechern einer langen Linie, wird auch die Hochton - Energie, verteilt über deren ganze Länge abgestrahlt. Daher können sie unmittelbar vor den Zuhörern aufgestellt werden und so auch das Nahfeld vor der Bühne abdecken. Dem Veranstalter gehen keine Sitzreihen verloren, wie etwa beim Einsatz von Line-Arrays.

Magnetostaten strahlen bauartbedingt eine Zylinderwelle ab, denn ihre Membrane ist eine ebene Fläche, die auch vollflächig angetrieben wird. Anders, als Kompressions-Hochtöner, brauchen sie dazu keine akustischen Krücken, wie „Wellenbieger“ (Phase Plugs, etc.), um die ursprünglich abgestrahlte Kugelwelle, kompromissbehaftet an eine Zylinderwelle anzunähern und vor allem keine Kompressionskammer, wo unter Inkaufnahme erheblicher Verzerrungen, die Empfindlichkeit erhöht wird. Daher klingen sie viel natürlicher, ihr Impulsverhalten ist weit besser, als jenes dynamischer Lautsprecher und ihre Leistungsreserven (Headroom) sind typischerweise doppelt so hoch.

Die Magnetostaten können entweder in einer Linie vor den Bass-Chassis angeordnet werden, oder auch daneben. Die erstere Ausführung nennt man Co-Planar, in Anlehnung an die Co-Axiale Ausführung von Einzellautsprechern und hat vergleichbare Vorteile. Sie strahlen horizontal sehr breit ab, typisch 120° und damit geniessen die Zuhörer in einem sehr großen Bereich, einen guten Richtungsbezug zur Bühne, sowohl vertikal, als auch horizontal.

Lange Linien werden in Segmente praktisch brauchbarer Größe unterteilt. Mit 6 Stk. 5¼“ Chassis bestückt, ist so ein Segment etwa 80cm lang, mit 4 Stk. 6½“ etwa 65cm. Damit sind sie einerseits schon einzeln, für kleinere Musikanwendungen verwendbar, denn ihre gesamte, abstrahlende Membranfläche liegt über jener einer 12“ Box. Andererseits bedingen sie einen bescheidenen Rüstaufwand, wenn sie zu langen Linien kombiniert werden. Und da sie nicht geflogen werden müssen, ist auch ihre Rüstzeit kurz. An vielen Veranstaltungsorten gibt es gar keine Möglichkeit zum Fliegen, dort wird sie zum Problemlöser. Eine lange Linie in einem Gestell mit Rädern, kann auch einfach in den nächsten Raum geschoben werden. Dazu braucht sie nur auf horizontal geschwenkt zu werden.

Die exakte Ausrichtung von Lautsprechern war immer schon wichtig und hat so zu erfolgen, dass ein möglichst großer Anteil der Schall - Energie auf das Publikum gerichtet ist und ein möglichst geringer Anteil als „vagabundierende“ Energie schaden kann (Reflexionen, oder gar Echos). Das gilt für einen leistungsfähigen Weitstrahler, wie eine lange Linie erst recht und das wichtigste Zubehör dazu sind gute Gestelle, mit denen sie um alle Achsen, exakt ausgerichtet werden kann. Mit guten Gestellen, ist das auch schneller und leichter möglich, als beim Fliegen. 

Lange Linien sind schlanke und elegante Formen und fügen sich architektonisch auch in anspruchsvollen Räumen gut ein. Weiters zeigt die Praxis, dass oft akustisch günstigere Positionen zur Aufstellung gewählt werden können, wenn keine „häßlichen Kisten“ den Gesamteindruck stören.

Für den Subbass-Bereich bietet sich ebenfalls eine linienförmige Anordnung von 15“, oder 18“ Lautsprechern an. Je nach Übergangsfrequenz werden sie im Abstand von 1m bis 2m, entweder horizontal vor der Bühne aufgestellt, oder vertikal hinter den Linien geflogen. Selbst lautstarke Rock´n Roll Veranstaltungen sind so zu realisieren.

Conclusio

Weitstrahler mit Wohlklang: Eine lange Linie erweitert den Nutzen der zylinderwellenförmigen Abstrahlung, auf den ganzen Vokal-Bereich. Hohe Reichweite wird kombiniert mit ausgewogenem Klang. In ihren Gestellen wirken sie schlank und elegant, eingebaut in einem Theaterportal, sind sie kaum sichtbar und unterbrechen auch kaum Sichtlinien.

Emotion: hohe Verständlichkeit und Natürlichkeit von Sprache und Musik. Ausgeprägte Gleichförmigkeit bezüglich Klang und Lautstärke, über den ganzen Zuhörerbereich, auch in den sonst kritischen  Bereichen, wie vorne / Mitte und hinten. Sehr guter Richtungsbezug zu den Akteuren auf der Bühne, sowohl vertikal, als auch horizontal.

Feedback: Lange Linien auf der Bühne brauchen weniger Pegel abzustrahlen, um eine gegebene Lautstärke in der letzten Reihe zu erreichen und diese Energie wird über die ganze Höhe der Linie verteilt, abgestrahlt. Eine hochwertige Linie mit direkt abstrahlenden Baßlautsprechern und Magnetostaten als Hochtöner, hat weiters eine sehr gleichförmige Abstrahlcharakteristik, ohne Nebenkeulen. Die Summe dieser Eigenschaften resultiert in einer deutlich erhöhten Koppelgrenze.

Wirtschaftlichkeit: Lange Linien können nahe vor den Zuhörern aufgestellt werden, es gehen keine Plätze vor der Bühne verloren und damit auch keine Einnahmen.

Lange Linien können geflogen werden, müssen aber nicht. Besonders mit fahrbaren Gestellen, werden Rüstzeiten sehr kurz.

Nahfeld - Stützlautsprecher, samt deren Elektronik können fast immer entfallen, oft sogar ein Center Cluster. Jedenfalls wird letzterer kaum noch zum „Füllen“ gebraucht, sondern kann gezielter eingesetzt werden. 

Die Schallenergie wird effizienter genutzt. Weniger vagabundierende Energie bedeutet bessere akustische Verhältnisse im Saal und meist auch geringeren Bedarf an Verstärkerleistung.

Die Bauweise hochwertiger Linien ist einfach und geradlinig, mit günstigen Auswirkungen sowohl auf die Qualität, als auch auf die Anschaffungskosten. 

Bescheidener Aufwand für Rüstmaterial, auch zum Fliegen.