Apart 120 von Variant HiFi, ein kleiner, großer Lautsprecher

Variant-HiFi Apart120

Auf dem Abonnenten-Treffen im November 2023 hatte Variant-HiFi ihre Apart 120 mitgebracht (s. HiFi-Selbstbau Treffen 2023 Teil 1 (Keller)). Zunächst stand sie, weil sie so winzig ist, etwas unbeachtet im großen Vorraum zum alten HSB Hörraum.
Aber dann kam ihre "große" Stunde, als sie zum Hören in unseren HSB 1 getragen wurde und die Leute nicht schlecht staunten was dieser kleine Lautsprecher für große Töne spucken kann.

Also, ausleihen und untersuchen, wollten wir, durften wir.

Die Lautsprecher wurden uns fertig montiert von Variant-HiFi zur Verfügung gestellt 

Durch die Bodenaufstellung waren wir dem kleinen Lautsprecher messtechnisch nicht wirklich gerecht geworden, und so haben wir darum gebeten, dass Variant-HiFi uns die Apart 120 noch ein wenig zum Hören und Messen "ausleiht".

Die Boxen wurden zwar in der Klang & Ton Heft 6/2023 vorgestellt, aber dort werden nur rudimentäre Messungen gemacht:
- es gibt keine Messungen zum vertikalen Rundstrahlverhalten
- es gibt keine Spannungsverläufe an den Chassis
- es gibt nur bei 2 Pegelstufen Klirrfaktormessungen (und dann auch nur K2 und K3)
- es gibt keinen Linearitätscheck

Impedanzmessungen:

Das Schöne an Impedanzmessungen ist, dass man eigentlich nur einen Lastwiderstand (z.B. 20 Watt) mit genau bekanntem Wert und eine kleine "Schaltung" benötigt um diese durchzuführen (s. Einfache Anschlussbox für JustOct, passt auch für andere Programme).
Wir machen Impedanzmessungen gerne in 5 Pegelstufen (-18 / -12 / -6 / 0 / +6 dB bzw. 1 / 4 / 16 / 64 / 256-fache Leistung) an beiden Boxen, denn dort erkennt man schon mal:
- ob sich beide Boxen gleich verhalten
- ob es Resonanz-Probleme gibt (z.B. schmale Impedanzspitzen bei Gehäuseresonanzen)
- ob bzw. ab wann es Pegel-Probleme gibt

- beide Impedanzverläufe sind weitgehend identisch
- das Impedanzminimum liegt bei 3.04 Ohm/282 Hz
- das Impedanzminimum bei der Abstimmfrequenz (72 Hz) liegt bei relativ hohen 7.1 Ohm

- erst bei der höchsten Pegelstufe leicht verzappelte Impedanzkurve

- bei geschlossenem Bassreflexrohr liegt die Resonanzfrequenz bei relativ hohen 79 Hz

Aus den Impedanzmessungen lässt sich ablesen, dass:
- die Boxen nicht wirklich Tiefbass machen (Fb = 72 Hz, Fc = 79 Hz)
- die Boxen auch bei hohen Anregungspegeln nicht kollabieren

Spannungsmessungen:

Eine weitere "einfache" Messung (man braucht kein kalibriertes Mikrofon und keinen speziellen Messraum) ist die Spannungsmessung an den Chassis "hinter" der Frequenzweiche. Bei dieser Messung erkennt man die Funktionsweise der Weiche (welche Trennfrequenz, welche Filtersteilheit etc.), sie ist daher ideal geeignet um zu überprüfen, ob die Frequenzweiche richtig zusammengebaut wurde - leider wird diese Messung so gut wie nie veröffentlicht . . . (außer bei uns)
OK, auch mit einer Impedanzmessung lassen sich grobe Fehler beim Frequenzweichenaufbau finden, aber ob der Fehler beim Tief- oder Hochtöner liegt geht daraus nicht eindeutig hervor.

- um 200 Hz gibt es eine "Spannungsverstärkung" beim Tieftöner, daraus resultiert dann eine Verringerung der Impedanz (siehe oben)
- beim Tieftöner wird der Mitteltonbereich > 600 Hz um 6 dB abgesenkt (Baffle-Step-Kompensation)
- beim Tieftöner fällt die Spannung > 1.6 kHz mit mehr als 18 dB/Oktave ab*
- der Hochtöner wird um ca. 11 dB "eingebremst" und fällt < 3 kHz mit ca. 12 dB/Oktave ab*

*Variant-HiFi spricht von einer Trennfrequenz von 2000 Hz mit 18 dB Flankensteilheit (s. Produktinformationen "Apart 120 Lautsprecherbausatz")

Schalldruckmessungen im RAR:

Bei den Frequenzgangmessungen kam es uns mehr auf das Rundstrahlverhalten an, daher haben wir einen relativ großen Messabstand gewählt, der uns unter 500 Hz schon Raumrückwirkungen beschert (Hinweis: die Box wurde so angewinkelt, dass die Schallwand senkrecht stand). Die Referenzhöhe war zwischen Tief- und Hochtöner:

Bild im RAR

So sieht der Schalldruck in 1 m Abstand unter 0° aus, wenn man die Chassis zusammen bzw. einzeln betreibt:

Wegen des hohen Messabstandes gibt es relativ starke Raumrückwirkungen. Daher wurden auch Messungen in 20 cm Abstand gemacht. Um den Einfluss des Bassreflexrohres zu erfassen wurden noch Messungen auf der Gehäuseseite (Höhe zwischen "Tieftöner" und Bassreflexrohr). Und so sieht das aus, wenn man alle Teilmessungen kombiniert:

- die Bassreflex-Öffnung unterstützt deutlich um 75 Hz (+7 dB)

So sieht der Schalldruck unter Winkeln aus (horizontal):

- zunehmende Bündelung des Tief-/Mitteltöners um 2 kHz
- Aufweitung um 3.5 kHz durch mittige Platzierung auf schmaler Schallwand
- bis 11 kHz sehr breite Abstrahlung
 
Das zeigt sich auch beim winkelgewichteten Schalldruck (oben) und Bündelungsgrad (unten, jeweils 0°-75°, horizontal):

Beim vertikalen Rundstrahlverhalten haben wir die Box quergelegt:

https://youtu.be/B_0vPUcbjgk?si=iFGOAtxPebGFdq7d

Bild im RAR

- nur zwischen 1.5 und 2.5 kHz moderate Interferenzen zwischen Tief- und Hochtöner
- unterhalb der Referenzhöhe steigt der Pegel um 2 kHz leicht an, oberhalb fällt er stärker ab -> die Apart120 sollte nicht zu tief stehen

Und so sehen dann die zugehörigen Rundstrahldiagramme von ARTA aus:

Alles in allem ein sehr breites und gleichmäßiges Abstrahlverhalten.

Nach Floyd Toole, dem Vice President Acoustical Engineering von Harman International Industries Inc., korreliert die subjektive Beurteilung eines Lautsprechers stark mit der objektiven Messung des sogenannten Listening Windows. Das ist der energetische Mittelwert von Schalldruckpegeln unter +/- 30° horizontal und +/- 10° vertikal (s. Audio Science in the service of Art bzw. lokale Kopie).

Wenn man die entsprechenden ARTA-Messungen exportiert und den Direktschall (0°, blaue Kurve) mit dem energetischen Mittelwert des Listening Window (rote Kurve) vergleicht sieht das so aus (Glättung nur 1/12 Oktave):

- das Listening Window verläuft > 1 kHz sogar noch etwas linearer als der Schalldruck auf Achse - Respekt!

Klirrfaktormessungen:

Bei der Klirrfaktormessung der K&T (85 bzw. 95 dB) konnte man zwar erkennen, dass K2 und K3 oberhalb von 250 Hz auf niedrigem Niveau sind, aber wir messen bei 4 Pegelstufen (85 bis 100 dB), berücksichtigen K2 bis K8 und unsere Auswertung prüft darüber hinaus, in welchem Frequenzbereich die Klirrkomponenten überhaupt hörbar sind:

Bei einem mittleren Schalldruckpegel von 85 / 90 / 95 / 100 dB liegt K2 oberhalb von 80 Hz im Mittel bei 0.341 / 0.550 / 0.928 / 1.345%. Für K3 gilt in diesem Bereich ein Mittelwert von 0.170 / 0.266 / 0.518 / 1.890%.

Nach unseren Untersuchungen (Klirrfaktor - wie viel ist zu viel?) lägen alle Klirrkomponenten bis 100 dB unter 71 Hz unterhalb der Wahrnehmbarkeitsschwelle bei Anregung mit Sinustönen. Der unharmonische K3 läge zwischen 631 und 1884 Hz (85 bis 90 dB) bzw. 668 und 1679 Hz (95 dB) oberhalb der Sinus-Wahrnehmbarkeitsschwelle. Der unharmonische K5 läge zwischen 668 und 1334 Hz (85 bis 90 dB) bzw. 530 bis 1259 Hz (95 dB) oberhalb der Sinus-Wahrnehmbarkeitsschwelle.
Bei 100 dB mittlerem Schalldruckpegel kollabiert das Chassis zwischen 100 und 200 Hz (K5 bis K8, das Spektrogramm zeigt ein breitbandiges Kollabieren), aber darüber kommt es nur zu vereinzelten Überschreitungen der Wahrnehmbarkeitsschwelle (vorwiegend K5 zwischen 631 und 1122 Hz).

Linearitätscheck:

Hier wird beschrieben wie wir unseren Linearitätscheck durchführen. Bei der Apart 120 wurden die Messungen in 40 cm Abstand gemacht:

Bei Anregung von 20 Hz bis 20 kHz mit einem mittleren Schalldruckpegel von 74 bis 94 dB (dafür ist eine Anregungsspannung von 0.87 bis 8.7 Volt bzw. eine Anregungsleistung von 0.19 bis 19 Watt nötig) zeigen sich unter 160 Hz nur ganz sporadisch Nichtlinearitäten > 0.5 dB. Erhöht man die Anregung um 6 dB (= 4-fache Leistung), dann sind unter 100 Hz deutliche breitbandige Nichtlinearitäten > 3 dB zu erkennen, die auch noch sporadisch bis 600 Hz auftreten - hier kollabiert die Apart 120.

Bewahrt man die Apart 120 bei der höheren Anregung vor tiefen Tönen (Hochpass 2. Ordnung bei 80 Hz), dann kommt es nur um 250 Hz (= Impedanzminimum = höchste Leistungsaufnahme) zu Nichtlinearitäten > 0.5 dB -> die Apart 120 mag keine lauten und tiefen Töne (wer hätte das von einem so kleinen Chassis (Sd = 56.4 cm² -> der effektive Membrandurchmesser beträgt nur 8.5 cm, s. Datenblatt DAYTON Signature 120) nicht erwartet). Erstaunlich ist eher, dass hohe Pegel bei mittleren und hohen Frequenzen (z.B. harte Klavieranschläge) nicht komprimiert werden.

Wedelmessungen im CLC:

Während des Abonnenten-Treffens wurde die Apart 120 in unserem alten Hörraum aufgestellt, gemessen und beurteilt (s. HiFi-Selbstbau Treffen 2023 Teil 1 (Keller)). Abschließend haben wir die Apart 120 auch noch einmal in unserem neuen "Wohnzimmer", dem CLC (für Cologne Listening Center, s. Der CLC-Hörraum) aufgestellt, gemessen und beurteilt.

Zunächst hatten wir die Apart auf den Subwoofern (= Lowboard) positioniert, später dann auch auf dem Boden:

-> bis ca. 80 Hz ist der "Bass" der Apart 120 noch voll da, darunter hilft unsere Raummode von 45 Hz den Basspegel bis 40 Hz nur moderat abfallen zu lassen (-8 dB)

Bei der Positionierung auf den Subwoofern (= blaue Kurve) ist das Ohr leicht unterhalb der zur Schallwand senkrechten Linie und man erkennt sehr schön den sehr ausgewogenen Bereich > 1 kHz mit optimaler Linearität im Bereich der Übergangsfrequenz von 2 kHz. Darunter ist der Verlauf nicht ganz ideal:
- Überhöhung um 500 Hz
- Einbrüche um 160 und 300 Hz
- Überhöhung um 110 Hz

Stellt man die Apart 120 auf den Boden ergibt sich im Bereich der Übernahmefrequenz eine Auslöschung, weil die Ohrposition nun oberhalb der zur Schallwand senkrechten Linie ist. Im Grundtonbereich gibt es eine breite Überhöhung zwischen 125 und 300 Hz sowie eine leichte Senke um 550 Hz. Diese Aufstellungsvariante hörte sich voller an, die Zurückhaltung um 500 Hz (vor allem im Vergleich mit der Subwoofer-Aufstellung) klang bei Stimmen und Streichern (vor allem Bratschen) weniger verfärbt.

Was passiert denn da genau? Neben dem Direktschall (= kürzester Weg zwischen Lautsprecher und Mikrofon) gibt es in einem Raum zahlreiche Reflexionen. Je größer der "Umweg" über die reflektierende Fläche desto schwächer ist die Reflexion und desto weniger beeinflusst sie den Schalldruck am Hörplatz. Die stärkste Reflexion ist üblicherweise die Reflexion am Boden, hier ergibt sich der kürzeste Umweg. In unserem Fall ist dies:

Diese einfache Annahme (nur die Bodenreflexion wird berücksichtig) sagt voraus, dass der "Umweg" über den Boden bei der Aufstellung auf dem Subwoofer (= blaue Kurve) 60.1 cm beträgt. Dieser Umweg entspricht einer Wellenlänge von 343 [m/s] / 0.601 [m] = 570.9 [1/s] = [Hz], bei dieser Frequenz kommt es also zu einer optimalen Addition von Direktschall und Bodenreflexion -> es wäre eine Schalldrucküberhöhung zu erwarten, die sich ja auch einstellt. Auch bei der doppelten und dreifachen Frequenz kann es zu einer Addition kommen, aber dort bündelt zum einen der Tieftöner schon etwas, zum anderen wirkt der Teppich zunehmend als Absorber und reduziert so die Reflexion. Bei 285.4 Hz entspricht der Umweg einer halben Wellenlänge, es wäre also eine "optimale" Auslöschung zu erwarten (wenn die Bodenreflexion nicht etwas leider gewesen wäre) - auch diese stellt sich ein. Rund um diese Frequenzen kommt es natürlich auch zu einer Addition bzw. Auslöschung, nur ist sie nicht mehr ganz optimal und fällt so geringer aus -> die Überhöhung bzw. der Einbruch sieht "hügelig" aus.

Stellt man die Apart 120 auf den Boden, dann ergibt sich eine Addition von Direktschall und Bodenreflexion erst bei 982.9 Hz, eine Auslöschung bei 491.5 Hz - beides passt gut mit dem gemessenen Frequenzgang (= rote Kurve) überein.

Dirac-Messungen im CLC:

Da uns die Bodenaufstellung tendenziell etwas besser gefallen hat haben wir dort auch eine Dirac-Einmessung gemacht:

Wir messen mittlerweile die Lautsprecher in einer etwas breiteren Anordnung was unserem CLC zuträglich ist. Für unser Empfinden ergibt sich dadurch eine bessere Räumlichkeit in unserem Hörraum. Das mag in anderen Räumen durchaus anders funktionieren, so war es z.B. im HSB 1 im Keller.
Die Frequenzgangüberhöhung zwischen 8ßß Hz und 1200 Hz ist als, je nach Musik, leichte, nasale Verfärbung wahrzunehmen und die Senke bei 2 kHz legt darüber einen leichten Schatten der Bedeckheit. Das ist aber wirklich nichts schlimmes und man kann die Apart 120 sehr gut hören, auch ohne ein Raumkorrektursystem. Was etwas deutlicher hervortritt ist der untere Bereich, der gerade bei tiefen Männerstimmen manchmal etwas aufdringlich ist. Dies lässt sich sich mit einer anderen Aufstellung, je nach Raum, noch etwas zügeln.
Diese Abstimmungsvariante ist bei kleinen Lautsprechern aber durchaus üblich, da sie so doch deutlich größer klingen als es optisch den Anschein hat.

Mit der für unseren raum ausgetüftelten Zielkurve geht der kleine Lautsprecher dann ich Richtung "ich mache alles richtig", tonal ausgeglichen, in der richtigen Größe, sich keine groben Fehler erlaubend. Man muss alledings bei so kleinen Lautsprechern, die mit Korrektursystem angeglichen werden, immer darauf aufpassen das es im Tieftonbereich nicht zu Katastrophen kommt. Eine Auffüllung der negativen Raummode zwischen 40 Hz und 50 Hz würde dem kleinen Tieftöner je nach Musik großen Schaden zufügen.
Das verhindert man wenn man bei Dirac den linken Wirkbereich in eine ungefährliche Region nach rechts verschiebt.

Auf diese Weise wird die unterste, angeregte Raummode nicht aufgefüllt und das kleine TMT-Chassis wird zu nichts gezwungen was es von alleine nicht auch tun würde.

So, obwohl der Lautsprecher nun ausgeglichen, in der richtigen Größe, sehr natürlich spielt, fehlt einem bei manchen Liedern vielleicht das "Grinsen in den Backen", welches man bekommt wenn man die Apart 120 ohne Korrektur hört. Leute die sie im Keller am Tag unseres Forentreffens gehört haben, werden wissen was gemeint ist. Also, da gehen wir nochmal ran.

Jetzt aber, da ist es wieder, dank der leicht modifizierten Zielkurve in Dirac. Der Tieftonbereich ist nun nicht mehr so "Übergriffig"  wie ohne Korrektur, aber der "ich will Spaß, ich geb Gas" Faktor ist wieder da. Obwohl die kleine Box auch ohne Raumkorrektur ganz toll klingt, ist sie mit dem genialen Tool von Dirac auch zu Höherem fähig, geht in den... das ist ja unglaublich, Bereich mit sauberer Tonalität, leichtem, anspringenden Dynamikverhalten und echtem Spaßfaktor.

Wer heute noch ohne akustische Anpassung des Raumes oder entsprechenden Korrektursystemen arbeitet ist selber Schuld. Da wird immer noch ein riesen Potential verschenkt und man bekommt es mit, wenn Zuhörer in unserem CLC den Satz fallen lassen: "das habe ich so räumlich noch nie gehört"

Dann wäre da noch die Optik.

Variant HiFi ist es gelungen den Lautsprecher in ein kleines, optisches Kunstwerk zu packen, das eher mit schöner Eleganz als mit aufreizenden Werten wirbt.

Die Apart 120 ist mittlerweile wieder "zuhause" (bei Variant-HiFi in Marburg), aber die gerade in der Klang & Ton 1/2024 getestet Apart 150 ist jetzt bei uns zu Besuch und nach Terminvereinbarung vorführbereit. Bald gibt es auch noch eine Apart 180 . . . die ist dann eine Kooperation von Variant HiFi und HiFi-Selbstbau.

Fazit:

Die "kleine" Apart 120 (16.5B x 61.1H x 22.9T) zeigt sich in unserem RAR als ausgeschlafene Konstruktion. OK, der Tiefbass ist limitiert und die Lautstärke unter 100 Hz auch - auch die Apart 120 kann die Physik mit ihrem nur 8.5 cm durchmessenden Tieftönerchen nicht verbiegen . . .

Der Frequenzgang zeigt eine leichte Badewannen-Charakteristik mit angehobenem Grundton und Höhen - das sorgt insbesondere bei leisem Hören für eine leichte Loudness-Charakteristik.

Das Rundstrahlverhalten der Apart 120 ist ganz vorzüglich und gutmütig, durch entsprechende Einwinkelung und "Ständer"-Höhe lässt sich das gewünschte Klangbild im Detail noch feintunen.

Die Apart 120 misst sich in unserem neuen "Wohnzimmer" auch sehr gut:
- die Bodenaufstellung klang etwas voller
- die Aufstellung auf den Subwoofern war im Übernahmebereich linearer

Partypegel im Bassbereich mag die Apart 120 verständlicherweise nicht, wer aber ohnehin nicht lauter als Zimmerlautstärke hört findet mit der Apart 120 einen wirklich guten, kleinen Lautsprecher. Der Nachbau wird durch die optionalen Gehäusebausätze von Variant-HiFi nach Bedarf (nur gefräste Schallwand für 15 €/Stück oder komplett aufgebaut und lackiert für 370 €/Stück) vereinfacht - leichter geht Selbstbau nicht . . .