Im Test hat sich Autor Anselm Goertz die CPD18 Säulenlautsprecher von KS Audio vorgenommen und überprüft, was die aktives System mit 3½-Wegen und VALtec-Beam-Steering zu bieten hat.
Ein Paar CPD18 im reflexionsarmen Raum; dank der schlanken Bauform kann die CPD18 unauffällig am Bühnenrand platziert werden (Bild: Anselm Goertz)
Zum „Endprodukt Lautsprecher“ gehört bei KS immer auch die zugehörige Elektronik mit Filtern, Limitern und je nach Modell auch die Beamforming-Technik, die genau auf das System abgestimmt sind. Inhaber und Gründer Dieter Klein führt bis heute die Geschicke der Firma KS Audio aus Hettenleidelheim in der Pfalz. KS ist seit über 40 Jahren eine feste Größe in der professionellen Beschallungstechnik und sorgte über die zurückliegenden Jahrzehnte zusammen mit seinen Mitarbeitern in schöner Regelmäßigkeit für innovative Neuerungen in der Branche.
Von Beginn an setzte man bei KS auf eine hohe Fertigungs- und Entwicklungstiefe. Kompromisse in der Entwicklung oder gar ein „Geht nicht“ sind für Dieter Klein ein Fremdwort. Genau diese Qualifikationen prädestinieren die KS-Produkte auch für viele Spezialaufgaben und Sonderbauten. Zu den bekanntesten dürften die beiden Halbampeln im Plenarsaal des Reichstagsgebäudes gehören, die man bei KS vor 28 Jahren für Siemens entwickelte – und die bis heute dort ihren Dienst tun.
Die eigene Elektronik als externer Controller-Amp oder auch als integrierte Einheit gehören bei KS schon lange zum Standard, womit dem Kunden oder Anwender immer ein komplettes System geboten wird, das in sich abgestimmt ist und keiner weiteren „Entwicklung“ durch den Kunden mehr bedarf. Heute setzten fast alle renommierten Hersteller darauf, nur noch komplette Systeme bestehend aus Lautsprechern und der zugehörigen Elektronik anzubieten. Vor 30 Jahren war das jedoch für eine im Verhältnis zu den damaligen Größen der Szene eher kleine Firma wie KS noch echte Pionierarbeit.
CAD-Rendering der CPD18: um die zentral angeordnete Hochtoneinheit gibt es acht 5″-Mitteltöner und vier seitlich angeordnete 10″-Tieftöner (Bild: KS)
Ein Meilenstein in der KS-Historie war 1995 die Einführung der FIRtec-Controller, die mit Hilfe digitaler FIR-Filter ein über alles phasenlineares Lautsprechersystem ermöglichen. FIRtec ist nur eines der typischen Beispiele, bei dem KS – schon lange, bevor eine bestimmte Technik zum Mainstream wurde – ganz vorne mit dabei war und federführend mit zur Entwicklung beigetragen hat.
Dass die Innovationskraft von KS auch nach 40 Jahren keineswegs nachgelassen hat, zeigen die aktuellen Produkte aus dem Portfolio, zu denen auch die hier vorgestellte CPD18 gehört. Auf den ersten Blick handelt es sich bei der CPD18 um eine PA-Box in Form einer schlanken Säule, wie sie zurzeit bei vielen Herstellern en vogue sind.
Die Bestückung setzt sich aus einer Hochtoneinheit, acht 5“-Mittel-Tieftönern und vier 10“-Tieftönern zusammen. Letztere sind seitlich eingebaut, womit die Bauform der schlanken Säule möglich wird. Um am Bühnenrand auch eine wandnahe Aufstellung zu ermöglichen, gibt es die CPD18 in zwei Varianten mit spiegelsymmetrischer Anordnung der Tieftöner.
Die Bestückung der CPD18 lässt schon erkennen, dass es sich hier nicht nur um eine „typische Säule“ für Sprachwiedergabe, sondern um eine vollwertige PA-Box handelt. Als Einsatzbereiche kommen Konzert- und Theaterbühnen ebenso in Frage wie der Einsatz als Monitor in großen Demoräumen, Regien oder beim Mastering.
Semperoper Hier beschallen pro Seite je fünf CPD14 das Parkett und die Ränge, die Box für den 2. Rang ist nicht sichtbar in der Wand hinter dem Bild eingebaut; die CPD14 ist eine kleine Variante der CPD18 ohne variables Beam-Steering (Bild: KS)
Die kleine Schwester der CPD18, die CPD14 mit halbierter Bestückung und ohne variables Beam-Steering, wird so schon seit einigen Jahren in der berühmten Semperoper in vier Ebenen als Beschallung für das Parkett und die drei Ränge eingesetzt. Ganz nebenbei erwähnt, gäbe die CPD18 auch als großer HiFi-Lautsprecher ein gutes Bild ab und würde dabei so manch einem akustisch schwierigen Wohnraum auf die Sprünge helfen. Die Abmessungen der CPD18 betragen 1380 × 208 × 465 mm, das Gewicht beträgt 51 kg.
Das grundsätzliche Ziel eines Lautsprechers in dieser Bauform ist, eine Schallabstrahlung möglichst gut gerichtet auf die Zuhörer zu ermöglichen und gleichzeitig den umgebenden Raum und dessen Reflexionen und Nachhall so wenig wie möglich anzuregen. Was für viele Instrumente lebenswichtig für einen guten Klang ist – der umgebende und den Schall verstärkende Raum – wirkt sich bei der Lautsprecherwiedergabe meist kontraproduktiv aus. Eine präzise Wiedergabe mit guter Sprachverständlichkeit und Klarheit bei der Musik erfordern ein präzises Richtverhalten der eingesetzten Lautsprecher.
Nun kann man beim Abstrahlverhalten nicht pauschal von gut oder schlecht sprechen, sondern eher von passend oder unpassend für die jeweilige Anwendung: Das Abstrahlverhalten eines Lautsprechers ist an die jeweiligen Bedürfnisse anzupassen. Aus der Aufstellung des Lautsprechers (die bedingt durch äußere Umstände oft nicht optimal ist) und der Position der Zuhörer ergibt sich der gewünschte Abstrahlwinkel. In der horizontalen Ebene ist die Anforderung meist eine relativ breite Abstrahlung; mit Öffnungswinkeln von 60° bis 120° je nach Raumbreite und Tiefe. Schwieriger wird es jedoch in der vertikalen Ebene, wo ein eher enges Abstrahlverhalten und häufig auch eine leichte Neigung der Richtung wünschenswert sind. Um sich hier anzupassen, kann man auf modulare Line-Arrays mit entsprechendem Curving oder auf Systeme mit elektronischem Beam-Steering zurückgreifen. Beides erfordert jedoch Kompromisse.
Klassische Line-Arrays sind für variable Box-zu-Box-Winkel konstruiert, wobei sich Überlappungen oder Lücken nie ganz vermeiden lassen. Elektronisches Beam-Steering erfordert für eine gerichtete Abstrahlung ohne Nebenmaxima einen Quellenabstand, der kleiner als eine halbe Wellenlänge ist. Das lässt sich für hohe Frequenzen nur mit viel Aufwand oder gar nicht mehr realisieren. In der CPD18 wird elektronisches Beam-Steering daher nur für die Mitteltontreiber bis 1,8 kHz eingesetzt. Darüber hinaus wird das variable Beam-Steering mit Hilfe der VALtec-Technologie umgesetzt. Sie steht für „Variable Acoustic Lens Technology“ und ermöglicht es, über zwei „akustische Linsen“ im Weg des Schalls den Öffnungs- und den Neigungswinkel der Schallabstrahlung aus einer Linienquelle einzustellen.
Die Bezeichnung VALtec steht für „Variable Acoustic Lens Technology“ und ermöglicht es, über zwei „akustische Linsen“ im Weg des Schalls den Öffnungs- und den Neigungswinkel der Schallabstrahlung aus einer Linienquelle einzustellen. Im Detail betrachtet handelt es sich bei den akustischen Linsen um kreisringförmige Schallführungen, deren Durchmesser zur Mitte hin größer werden. Jetzt sind jedoch nicht die Mittelpunkte der Ringe auf einer Geraden angeordnet, sondern jeweils ein Punkt der äußeren Radien.
3D-Zeichnung des variablen VALtec-Waveformers
Der Treiber strahlt in die erste akustische Linse, deren Ausgang direkt mit der zweiten Linse verbunden ist, die dann auf den Waveformer arbeitet, der final die Umformung zur Linienquelle vornimmt. Durch den Umweg, den der Schall durch die Bäuche der Linsen nehmen muss, lässt sich nun die Ausbildung der Wellenfront der Linienquelle formen. Abhängig vom Drehwinkel der akustischen Linsen zueinander und zum vorderen Waveformer kann damit die Krümmung und Neigungen der aus dem Waveformer austretenden Wellenfront eingestellt werden.
Die 3D-Zeichnung des VALtec-Waveformers zeigt von links nach rechts betrachtet zunächst den Treiber, dann die erste akustische Linse, gefolgt von der zweiten akustischen Linse und den abschließenden Waveformer für die Linienquelle. In der Zeichnung sind die einseitigen „Bäuche“ der akustischen Linsen deutlich zu erkennen. Macht man nun die Einstellung bzw. Drehung der Linsen zueinander und zum vorderen Waveformer einstellbar, dann lässt sich damit eine Linienquelle mit einstellbarer Wellenfront konstruieren.
VALtec-Waveformer mit zwei Stellmotoren (Bild: KS)
Die im 3D-Drucker gefertigten akustischen Linsen sind drehbar zwischen Treiber und Waveformer eingebaut und können von zwei kleinen Motoren aus dem Modellbau über Zahnriemen in die gewünschte Position gedreht werden.
Eingesetzt wird VALtec bei KS in der hier vorgestellten CPD18, um den dort eingebauten Hochtöner im Öffnungs- und Neigungswinkel variabel einzustellen und im VC-Line-Array, bei dem für jede einzelne Box im Array abhängig vom Winkel zur nächsten Box die Krümmung der Wellenfront von 0° bis 15° optimal justiert werden kann. Lücken in der Linienquelle bei großen Box-zu-Box-Winkeln oder Überlappungen bei kleinen Winkeln lassen sich damit vermeiden.
In der CPD18 gibt es eine mittig eingebaute VALtec-Hochtoneinheit, in der als Treiber ein Modell von BMS mit 1¾“-Mylar-Ringmembran zum Einsatz kommt. Über zwei drehbare akustische Linsen wird der Schall dann auf ein Waveguide zur Formung der Linienquelle geleitet, das dann über einen Hornansatz mit 120° horizontalem Öffnungswinkel den Schall abstrahlt. Über die Position der beiden akustischen Linsen können Öffnungs- und Neigungswinkel von 0° bis 30° bzw. von -15° bis +15° eingestellt werden. Die Verstellung der Linsen erfolgt über kleine Motoren aus dem Modellbau, die über Zahnriemen die Linsen drehen können. Ein kostspieliger Austausch des Zahnriemens alle paar Jahre ist aber zum Glück nicht notwendig. Aber Scherz beiseite – in der CPD18 wird also dank VALtec ermöglicht, das Abstrahlverhalten ohne Kompromisse im gesamten Frequenzbereich bis 20 kHz hinauf einzustellen.
Die integrierte Elektronik verfügt über sieben Endstufen mit insgesamt 1.000 W Leistung für die Tieftöner, 500 W für die Mitteltöner und 100 W für den Hochtöner. Als Peakleistung stehen in der Summe laut Datenblatt 3 kW zur Verfügung. Für die Tief- und Mitteltöner werden Class-D-Endstufen eingesetzt und für den Hochtöner eine altbewährte MOSFET-Endstufe aus hauseigener Entwicklung.
Die Ansteuerung erfolgt über sieben DSP-Kanäle, von denen zwei für die Tieftöner, vier für die Mitteltöner und einer für den Hochtöner genutzt werden. Die Mitteltöner werden paarweise angesteuert, wobei der jeweils außen liegende noch eine Spule im Signalweg hat, die als passives Tiefpassfilter wirkt.
Die gesamte Elektronik der CPD18 befindet sich versenkt eingebaut auf der Rückseite. Der Stromanschluss erfolgt über eine PowerCon-Buchse mit Link-Anschluss. Die Signalzuspielung kann analog oder digital via AES/EBU oder Dante erfolgen. Trotz der hohen Verstärkerleistung kommt die Elektronik der CPD18 ohne Lüfter aus.
Die dank der Class-D-Endstufen geringe Verlustleistung kann über den flachen Kühlkörper am Elektronikmodul komplett abgeführt werden, sodass kein Lüfter benötigt wird. Dieser Aspekt ist speziell beim Einsatz in Theatern nahe am Publikum wichtig. Das Netzteil im Elektronikmodul ist ein Weitbereichsschaltnetzteil für Spannungen von 110 V bis 240 V ohne Umschaltung.
Die Basis-Einstellungen wie Gain, Delay, Öffnungswinkel und Neigungswinkel können mit Hilfe einiger Taster und der zugehörigen Anzeigen direkt am Lautsprecher vorgenommen werden. Eine umfassendere Konfiguration und Überwachung kann über die KS Remote Software erfolgen.
Ein hochmoderner Lautsprecher wie der CPD18 mit FIR- und VALtec-Technologie weckt unweigerlich auch großes Interesse an seinen Messwerten. Eigenschaften wie ein linearer Phasengang oder das variable Beam-Steering können nur messtechnisch in einer neutralen Umgebung (reflexionsarmer Raum) umfassend geprüft und bewertet werden.
Frequenzgang der CPD18 in 6 m Entfernung on Axis gemessen für eine Beam-Einstellung mit 20 Öffnungswinkel und 0 Neigung (Abb. 1) (Bild: Anselm Goertz)
Beginnen wir mit dem Frequenzgang on Axis in einer Einstellung mit 20° Öffnungswinkel und 0° Neigungswinkel. Abb. 1 zeigt dazu den in 6 m Entfernung gemessenen Verlauf ohne jegliche weitere Glättung. Die im Datenblatt angegebenen 38 Hz bis 20 kHz ±3 dB werden mehr als voll erfüllt. Der Verlauf ist nahezu perfekt. Die FIRtec-Filterung verspricht zudem einen linearen Phasengang. Wie sich das messtechnisch darstellt, zeigt Abb. 2. Ab ca. 120 Hz aufwärts verläuft der Phasengang weitgehend konstant um die 0°-Linie. Weder die X-Over-Funktionen noch die Filterung für das Beam-Steering sind im Phasenverlauf zu erkennen.
Phasengang der CPD18 mit einem linearphasigen Verlauf ab 120 Hz aufwärts. Die Latenz über alles der CPD18 beträgt 9 ms (Abb. 2) (Bild: Anselm Goertz)
Dank der FIR-Filter ist es möglich, alle Funktionen linearphasig auszuführen und auch noch den Phasengang der Lautsprecher zu entzerren. Lediglich am unteren Ende der Frequenzskala dreht sich die Phase durch das Bassreflexgehäuse und ein elektronisches Hochpassfilter um 360° + 180°. Ein linearphasiger Verlauf wäre auch hier möglich gewesen, jedoch nur mit einer relativ hohen Latenz durch die FIR-Filter in einer Größenordnung von 30 ms oder mehr anstatt der jetzt gemessenen 9 ms.
Spektrogramm der CPD18 mit einem gleichmäßigen und resonanzarmen Ausschwingverhalten (Abb. 3) (Bild: Anselm Goertz)
Im Spektrogramm aus Abb. 3 zeigt sich die CPD18 problemlos. Das Ausschwingverhalten ist wie üblich bei einer FIR-Filterung mit Entzerrung der einzelnen Wege sehr schön gleichmäßig und frei von Resonanzen. Das längere Nachschwingen bei tiefen Frequenzen entsteht durch die Phasendrehung der Hochpassfunktion, die dort auch mit einem Anstieg der Gruppenlaufzeit auf 25 ms einhergeht.
Beim Thema Abstrahlverhalten gibt es die horizontale Ebene mit einem festen Abstrahlwinkel und die Vertikale mit variablem Beamforming. Die dazu gemessenen Isobarengrafiken zeigen die Abb. 4 –7. Die Messung in der horizontalen Ebene ergibt einen insgesamt gleichmäßigen Verlauf der Isobarenlinien mit einem mittleren Öffnungswinkel (–6 dB) von 120°, der so auch im Datenblatt angegeben wird.
Interessanter wird es in der vertikalen Ebene, in der drei Konfigurationen gemessen wurden. Zum einen mit 10° Öffnungswinkel bei 0° und bei +10° (nach oben) Neigungswinkel sowie bei 20° Öffnungswinkel mit 0° Neigung. In Abb. 5 und 6 sind die 10° Öffnungswinkel gut zu erkennen, die einmal ihren Schwerpunkt auf der Mittelachse bei 0° haben und einmal beim eingestellten Winkel von +10°. Für die Messung aus Abb. 7 wurde der Öffnungswinkel auf 20° erweitert, wo sich die Aufweitung im Vergleich zur 10°-Einstellung nachvollziehen lässt.
Isobaren
Bild: Anselm Goertz
Horizontale Isobaren der CPD18 mit einem Öffnungswinkel von 120°. Die Isobare –6 dB ist der Übergang von orange nach gelb (Abb. 4)
Bild: Anselm Goertz
Vertikale Isobaren der CPD18 für eine Einstellung mit 10° Öffnungswinkel und 0° Neigungswinkel (Abb. 5)
Bild: Anselm Goertz
Vertikale Isobaren der CPD18 für eine Einstellung mit 10° Öffnungswinkel und +10° Neigungswinkel (Abb. 6)
Bild: Anselm Goertz
Vertikale Isobaren der CPD18 für eine Einstellung mit 20° Öffnungswinkel und 0° Neigungswinkel (Abb. 7)
In allen drei vertikalen Isobaren fällt zudem auf, dass es im Arbeitsbereich des Hochtöners keine seitlichen Nebenmaxima gibt. Mit einer Anordnung aus vielen kleinen Einzelquellen wäre das nicht möglich gewesen. Unterhalb von 2 kHz, wo die acht Mitteltöner als Linie aus Einzelquellen die Schallabstrahlung übernehmen, sind leichte Nebenmaxima auszumachen, die im Pegel jedoch 9 dB oder mehr unterhalb des Wertes auf der Mittelachse bleiben und somit weitgehend vernachlässigbar sind.
Für die Messungen des erreichbaren Maximalpegels wurden die beiden üblichen Methoden mit Sinusbursts und einem Multitonsignal angewandt. Die Sinusburstmessung bestimmt, welcher Pegel in Abhängigkeit von der Frequenz bei einem definierten maximalen Verzerrungswert möglich ist. Gemessen wird jeweils bei einer Frequenz, bei der der Pegel für den 185 ms langen Burst immer so lange erhöht wird, bis ein vorgegebener Verzerrungsgrenzwert erreicht ist. Die Pegelerhöhung erfolgt in 1-dB-Stufen. Die Frequenzschritte betragen 1/12 Oktave.
Maximalpegel der CPD18 bezogen auf 1 m Entfernung im Freifeld bei maximal 3% (blau) und maximal 10% (rot) Verzerrungen. Beam-Einstellung: 20 Öffnungswinkel, 0 Neigung (Abb. 8) (Bild: Anselm Goertz)
Abb. 8 zeigt das Ergebnis für die CPD18 mit der roten Kurve gemessen von 50 Hz bis 10 kHz für maximal 10% Verzerrungen und mit der blauen Kurve für maximal 3% Verzerrungen. Anhand dieser Messung würden sich mögliche Schwächen in bestimmten Frequenzbereichen gut erkennen lassen. Einzelne Einbrüche der Kurve sind hier nicht zu erkennen. Auffällig ist jedoch der +10-dB-Sprung von 200 Hz bis 1,5 kHz, und somit genau dort, wo die Mitteltöner ihren Arbeitsbereich haben. Bei den Tieftönern, ebenso wie beim Hochtöner ist davon auszugehen, dass für die 185-ms-Burst bereits ein Limiter eingreift, der ein Clipping der Endstufen und/oder eine Überlastung des Hochtontreibers verhindert.
Für die Praxis deutlich aussagekräftiger ist daher die Multitonmessung, bei der ein Testsignal verwendet wird, dessen Spektrum dem eines mittleren Musiksignals entspricht. Der Crestfaktor (Verhältnis Spitzenwert zu Effektiv- wert) des Testsignals kommt mit 12 dB einem nicht zu stark komprimierten Musiksignal recht nahe, so dass hier vor allem die verzerrungsfreie Wiedergabe von Signalspitzen bewertet wird. Zusammengesetzt wird das Multitonsignal aus 60 Sinussignalen mit zufälliger Phase und einem Frequenz- abstand von 1/6 Oktave.
Die Auswertung gestaltet sich mit einem FFT-Messsystem bei synchroner Messung einfach, indem man alle nicht zum Anregungssignal gehörigen Anteile und somit die Verzerrungen in Relation zum Gesamtsignal setzt. Erfasst werden dabei sowohl harmonische Verzerrungen (THD) wie auch Intermodulationsverzerrungen (IMD).
Beides zusammen bezeichnet man auch als Total Distortions (TD). Der Verzerrungsgrenzwert wurde bei dieser Art der Messung ebenfalls zu 10% definiert.
Multitonmessung mit einem EIA-426B-Spektrum (grüne Kurve). Bezogen auf 1 m Freifeld werden 122 dB Mittlungspegel (Leq) und 134 dB Spitzenpegel (Lpk) bei –23 dB Gesamtverzerrungen (TD) erreicht (Abb. 9) (Bild: Anselm Goertz)
Abb. 9 zeigt dazu jeweils in 1/6 Oktavbändern das Signalspektrum (grün), das wiedergegebene Gesamtsignal (rot) und dessen Verzerrungsanteile (blau). Bei 7% Gesamtverzerrungen erreicht die CPD18 mit dieser Messmethode einen Mittlungspegel Leq von 122 dB und einen Spitzenpegel Lpk von 134 dB, beides jeweils bezogen auf 1 m Entfernung im Freifeld unter Vollraumbedingungen. Eine Messung für 10% Verzerrungen war nicht mehr aussagekräftig, da hier die Limiter schon merklich einsetzten. Der so gemessenen Peak-Wert von 134 dB entspricht weitgehend dem Wert von 133 dB aus dem Datenblatt.
Im Messlabor konnte die CPD18 ihre Fähigkeiten bereits gut unter Beweis stellen. Ein linearer Frequenzgang von 38 Hz bis 20 kHz in Amplitude und Phase, ein gleichmäßiges und einfach einstellbares Abstrahlverhalten ohne Artefakte sowie ein hoher Maximalpegel von 134 dB Peak sprechen als Eckdaten für sich.
Dieter Klein, der persönlich zum Messtermin mit den beiden CPD18 angereist war, ließ es sich dann natürlich nicht nehmen, nach der Messtechnik noch eine kleine Hörsession einzulegen. Das Ergebnis spiegelte die Messwerte deutlich wider. Hier stimmte alles bis ins kleinste Detail. Neutralität, Abbildung, Präzision und alles andere war exakt auf den Punkt, so wie man es bei einem sehr guten Studiomonitor erwartet hätte.
KS Remote Software zur Steuerung und Überwachung der aktiven KS-Lautsprechermodelle und -Endstufen (Bild: Anselm Goertz)
Der Unterschied ist jedoch, dass die CPD18 das alles auch in PA-Lautstärke kann. Für kleine Konzertbühnen und Theater ist die CPD18 mit ihren Fähigkeiten in Kombination mit dem schlanken, unauffälligen Erscheinungsbild somit eine ideale Besetzung. Möchte man noch mehr Reserven haben, dann bietet sich die Erweiterung mit einem Subwoofer an, der dann auch für EDM und spezielle Effekte das entsprechende Fundament im Tiefbass liefern kann.
In der CPD18 gibt es sehr viel moderne Lautsprechertechnik, umgesetzt mit 13 hochwertigen Treibern bekannter Hersteller und 3 kW Verstärkerleistung, die von einem DSP-System optimal auf sieben aktive Wege aufgeteilt werden. Die Ausstattung sowie die Fertigungsqualität und das äußere Erscheinungsbild runden den sehr guten Gesamteindruck ab. Als finaler Pluspunkt wäre dann noch der Preis von 5.600 € netto zu nennen, der durchaus überraschend ausfällt – in Anbetracht des Gebotenen hätte man auch einen fünfstelligen Betrag nicht als abwegig empfunden.
