KS Audio U-Line Testbericht-Line-Array

Ein traditionsreicher Lautsprecherhersteller wie KS AUDIO beobachtet natürlich den internationalen Markt und überprüft das eigene Produktprogramm dahingehend, ob sich mit einer Neuentwicklung Marktsegmente im In- und Ausland besser bedienen lassen als mit den bis dato im eigenen Portfolio verfügbaren Systemen.

Als Ergebnis einer solchen Analyse stellte Firmengründer und Chefentwickler von KS AUDIO, Dieter Klein, fest, dass es durchaus Bedarf für ein Line-Array-System der oberen Größenklasse für sehr hohe Ansprüche an die Klangqualität gab.

In der Folge wurde das neue U LINE System entwickelt, das man wirklich als „großes Besteck“ bezeichnen kann. Konzeptionell weist auch dieses System einige typische Eigenschaften auf, die zu Dieter Kleins Philosophie beim Design von Lautsprechersystemen gehören.

Bei der Entwicklung der U LINE stand nicht im Vordergrund, ein System mit besonders kompakten Abmessungen zu schaffen, sondern vielmehr, ein echtes Großbeschallungssystem zu entwickeln, das höchste Ansprüche an Leistungsfähigkeit und Klangqualität erfüllen können sollte, dabei aber dennoch einfach zu handeln sein musste.

Auch und gerade bei echten Großveranstaltungen, die eine höchst leistungsfähige Beschallungsanlage benötigen, ist es wichtig, dass der Aufwand für Aufbau und Einrichten des Systems nicht überproportional wächst, damit auch solche Veranstaltungen wirtschaftlich durchgeführt werden können.

Das gilt sowohl für das Lautsprechermaterial, als auch für den personellen Aufwand für Transport, Auf/Abbau und Inbetriebnahme eines solchen Systems.

Als Entwickler kann man sich also nicht einfach sagen: „Aufwand ist egal, der Kunde hat’s ja“, vielmehr muss man als Entwickler eines Lautsprechersystems für Großveranstaltungen beziehungsweise große Versammlungsstätten auch und gerade darauf achten, dass Transport und Auf- bzw. Abbau problemlos und effizient von statten gehen und man auch für sehr große Veranstaltungen mit einer überschaubaren Anzahl von Lautsprechersystem auskommt.

Das bedeutet, dass auf der einen Seite auch dem Wirkungsgrad eine große Bedeutung zukommt, ebenso aber auch dem einfachen Aufbau und dem Bedienkonzept, damit man keinen extra Tag und einen Bus voll Stage-Hands braucht, nur um die Lautsprechersysteme spielfertig aufzubauen.

Dieter Klein ist nun seit mehr als 36 Jahren mit hochwertigen Beschallungssystemen am Markt und hat sicher schon das eine oder andere Lautsprechersystem gesehen, gehört und selbst entwickelt und kennt ebenso die Bedürfnisse seiner Kunden. Daher ist es schon sehr interessant, welche konstruktiven Lösungen Bestandteil des neuen U LINE-Systems geworden sind.

Testaufbau auf dem Dach des Firmengebäudes
Testaufbau auf dem Dach des Firmengebäudes

Akustisches Konzept des KS Audio U Line Systems

Der Tiefton- bzw. Low-Mid-Bereich wird beim U LINE System von zwei 15-Zöllern übernommen, die von 50Hz bis 250Hz arbeiten. In diesem Frequenzbereich schwingt die Membran eines 15″-Chassis noch rein kolbenförmig. Die (horizontale) Richtcharakteristik im Tieftonbereich wird also im Wesentlichen vom Abstand der beiden 15 Zöller im Gehäuse bestimmt, das bei der U LINE eine Gesamtbreite von 120cm hat.

Die Gehäusehöhe beträgt natürlich mindestens 38cm plus Dicke der Randeinfassung, die meist mit der Wandstärke der Gehäuse übereinstimmt. Dementsprechend sind die Arrayelemente des U LINE Systems 42,4 cm hoch – das Gehäuse ist also gerade so hoch, dass ein 15″-Chassis hineinpasst. Die beiden 15er arbeiten in einem Bassreflexgehäuse und strahlen direkt ab.

So weit, so einfach.

Nun ist es natürlich so, dass die Konstruktion eines funktionierenden Line-Arrays umso schwieriger wird, je kleiner die Wellenlänge des abzustrahlenden Schalls ist. Das hängt damit zusammen, dass ein funktionierender Linienstrahler über seine Länge möglichst einen kontinuierlichen Schallfluss erzeugen, also einen konstanten sog. Ergiebigkeitsbelag aufweisen sollte, was eigentlich nur bei Elektro- oder Magnetostaten mit ihrem gleichmäßig über die Membranlänge wirkenden Antrieb funktioniert.

Ersatzweise kann man die Linie auch aus Einzelstrahlern zusammensetzen, vorausgesetzt, dass deren Abstand untereinander nicht größer wird als eine halbe Wellenlänge. In der U LINE werden für den Mittenbereich 6,5″-Chassis eingesetzt, die in metrischen Maßen einen Durchmesser von 16,5cm haben. Nach der vorgenannten Regel könnte man daraus also ein Linienstrahler bauen, der bis zu einer oberen Grenzfrequenz von 1030Hz auch als solcher funktioniert.

In einem U LINE Arrayelement werden nun jeweils zwei 6,5″-Chassis übereinander eingesetzt, was bei einer Gehäusehöhe von 42,4cm zu einem mittleren Abstand von 21,2cm führt. Für eine Trennfrequenz von 1,25kHz ist das eigentlich schon ein bisschen viel, denn mit diesem Treiberabstand funktioniert ein Linienstrahler gut nur bis ca. 800Hz. Da gibt es also bereits Handlungsbedarf für den Entwickler, wenn man nicht auf drei 5,5″-Chassis ausweichen will, die es vielleicht erstens nicht gibt, und zweitens nicht mit dem benötigten Wirkungsgrad und Nutz-Frequenzbereich von 250Hz bis 1,25kHz.

Die Lösung dieses konstruktiven Problems besteht darin, dass man eine Schallführung vor die Konusmembranen der Mitteltöner setzt, die die runde Schallaustrittsfläche der 6,5-Zöller auf eine rechteckige von ca. 7,5 x 19,5cm mit jeweils drei annähernd quadratischen Schallaustrittsöffnungen umsetzt.

KS Audio U Line Test: Blick am Array vorbei in Richtung auf die Hörfläche
Blick am Array vorbei in Richtung auf die Hörfläche

Diese Schallführung verwandelt also akustisch zwei Schallstrahler mit einem Membrandurchmesser von effektiv ca. 15cm in eine Reihe von sechs Schallstrahlern mit einer Schallaustrittsfläche von jeweils ca. 7,5 x 6,5 cm.   Wenn diese akustische Umsetzung der größeren auf mehrere kleinere Öffnungen funktioniert, erfüllen diese nun wieder bequem die Forderung, bis zur Trennfrequenz von 1,25kHz dichter als eine halbe Wellenlänge aneinander geschmiegt zu sein. Bei 1,25kHz beträgt die Schallwellenlänge gut 27cm, so dass diese Forderung unproblematisch zu erfüllen ist.

Auch den Waveguide für die Mitteltöner kann man bei dieser Wellenlänge noch relativ problemarm konstruieren, weil innerhalb der Schallführung wegen der gegen die Wellenlänge kleinen Abmessungen noch nicht mit Wellenausbreitungseffekten gerechnet werden muss.

KS Audio U Line Test: Endfire-Bassarray aus vier TSub Subwoofern
Endfire-Bassarray aus vier TSub Subwoofern

Die so entstehende Anordnung aus zwei Reihen zu je sechs Schallaustrittsöffnungen verhalten sich akustisch gesehen als Doppelspalt mit einer Spaltbreite von ca. 7,5cm und einem Spaltabstand von ca. 25cm. Die höchste Frequenz, die diese Mittelton-Doppelspalt-Schallquelle abstrahlen muss, liegt bei den erwähnten 1,25kHz. Es stellt sich heraus, dass die Geometrie dieser Doppelspaltanordnung anscheinend vom Entwickler so gewählt wurde, dass beim Nenn-Abstrahlwinkel in der Horizontalen auch diese Doppelspaltanordnung auf ihr erstes Schalldruckminimum zusteuert. Auf diese Weise ergibt sich auch ohne großflächige Schallführung (vulgo: Horn) in erwünschter Weise eine Begrenzung des horizontalen Abstrahlwinkels.

Richtig schwierig wird es natürlich im Hochtonbereich, denn dort haben wir es mit Schallwellenlängen bis hinunter zu 1,7cm (bei 20kHz) zu tun. Eine Bestückung der Schall abstrahlenden Fläche mit Einzel-Hochtönern, die näher als 8,5mm beieinanderliegen, tut man sich im Hochleistungsbereich eigentlich nicht an – eine Ausnahme sind auch hier vielleicht magnetostatische Hochtonkonstruktionen, deren Membran über die gesamte Strahlerlänge einheitlich schwingt.

Will man, beispielsweise aus Gründen höchsten Leistungsbedarfs, konventionelle Kompressionstreiber einsetzen, so ist an dieser Stelle ein gerüttelt Maß an Erfahrung und Kompetenz auf Seiten des Entwicklers erforderlich, um im oberen Frequenzbereich eine kontinuierlich und konphas abstrahlende, rechteckige Schallaustrittsfläche zu Wege zu bringen. Letztendlich muss sozusagen „das Runde ins Eckige“, also die Schallaustrittsfläche beispielsweise der in der U LINE verwendeten 1″-Treiber mit 1,75″-Ringmembran auf eine rechteckige Schallaustrittsfläche umgesetzt werden. Diese wird normalerweise als Beugungsspalt mit gegebenenfalls vorgesetzter Schallführung ausgestaltet.

Die Breite dieses Spaltes wird sinnvollerweise in Kombination mit einem vorgesetzten Waveguide so gewählt, dass sich auch im Nutzfrequenzbereich des Hochtonsystems die gewünschte horizontale Abstrahlcharakteristik ergibt.

Bei der Umsetzung von „rund auf eckig“ hat man leider das Problem, dass bereits die Schallaustrittsöffnung des Treibers mit hier gut 25mm spürbar größer ist als 8,5mm – die halbe Schallwellenlänge bei der höchsten auftretenden Nutzfrequenz.

Bei praktisch allen Arten von Schallführungen, die man sich für diesen Zweck ausdenken kann, wird man also nicht umhin kommen, auch Wellenausbreitungseffekte zu berücksichtigen – was die Entwicklung eines Hochton-Systems für Line-Arrays wirklich nicht gerade einfacher macht. Darüber hinaus muss man als Entwickler diverse Patente berücksichtigen, die für entsprechende Konstruktionen eventuell bereits erteilt worden sind.

KS Audio U Line Test: Blick in die Front eines Arrayelementes mit den Schallführungen für den Mitten- und Hochtonbereich
Blick in die Front eines Arrayelementes mit den Schallführungen für den Mitten- und Hochtonbereich

Dafür, wie man an eine solche Aufgabe herangeht, gibt es verschiedene Ansätze und auch Werkzeuge, die einem das Design einer solchen Schallführung erleichtern. Eine große Hilfe sind in der neueren Zeit auch moderne 3D-Drucker, mit denen man relativ schnell auch kompliziert geformte Prototypen mit Hinterschneidungen herstellen und direkt testen kann, die mit klassischem Formenbau weitaus aufwändiger und zeitraubender zu fertigen wären.

KS Audio U Line Test: Zwei TA 4-D Endstufen mit F MOD Controllereinschüben
Zwei TA 4-D Endstufen mit F MOD Controllereinschüben

Das in der Abbildung gezeigte Objekt ist ein maßstäbliches Modell aus transparentem Kunststoff der in der U LINE verbauten Schallführung für den Hochtonbereich. Die deutlich sichtbaren, gebogenen, hornähnlichen Strukturen haben intern noch einmal eine Trennwand und setzen die runde Schallaustrittsfläche des Treibers auf jeweils vier annähernd quadratische Schallaustrittsöffnungen im Beugungsspalt um.

Die Eintrittsöffnungen sind nicht gleichmäßig geformt, sondern so, dass jede Öffnung jeweils gleiche Schallleistungs-Anteile des vom Treiber abgestrahlten Schalls „abgreift“ und so zum Beugungsspalt transportiert, dass sich dort eine konphase, gleichmäßige Abstrahlung ergibt. Genau genommen ist die Schallführung im Waveguide sogar so ausgelegt, dass sich im Hochtonbereich ein vertikaler Abstrahlwinkel von 2° für das gesamte Arrayelement ergibt, damit das Array auch bei leichtem Curving gleichmäßig abstrahlt und die vertikale Abstrahlcharakteristik im Hochtonbereich nicht aufreißt.

KS Audio U Line Test: Erstellt im 3D-Drucker: Maßstäbliches Modell aus transparentem Kunststoff der in der U LINE verbauten Schallführung für den Hochtonbereich.
Erstellt im 3D-Drucker: Maßstäbliches Modell aus transparentem Kunststoff der in der U LINE verbauten Schallführung für den Hochtonbereich. Die deutlich sichtbaren, gebogenen, hornähnlichen Strukturen haben intern noch einmal eine Trennwand und setzen die runde Schallaustrittsfläche des Treibers auf jeweils vier annähernd quadratische Schallaustrittsöffnungen im Beugungsspalt um.

Würde man den Treiber übrigens gegen ein anderes Modell mit gleichem Anschlussdurchmesser ersetzen, so Dieter Klein, so könnte es durchaus sein, dass im Waveguide auch diese Schalleintrittsöffnungen und ggf. auch die Form der Schallführungen selbst verändert werden müssten, weil man nicht davon ausgehen kann, dass bei allen Treibern die Schallabstrahlung in der Ebene des Hornanschlusses über die gesamte (runde) Schallaustrittsfläche gleichmäßig und konphas erfolgt.

Die genaue Formgebung des Waveguides für das Hochtonsystem ist also schon ziemlich anspruchsvoll, und die Entwicklung sicher auch nicht an einem Nachmittag erledigt. Übrigens ist gerade bei einem solchen Bauelement, bei dem 1mm Abweichung an einer kritischen Stelle schon einen hörbaren Unterschied ausmachen kann, die 3D-Drucktechnologie beim Prototypenbau ausgesprochen nützlich.

KS Audio U Line Test: Eine der Schalleintrittsöffnungen des Hochton-Waveguides
Eine der Schalleintrittsöffnungen des Hochton-Waveguides

Letzten Endes verfügt das Hochtonsystem der neuen KS Audio U LINE über nicht weniger als vier Kompressionstreiber pro Arrayelement mit einer Gesamt-Belastbarkeit von 320W nur für den Hochtonbereich. Mit der Bestückung von 2×15″, 4×6,5″ und 4×1″ kommt man auf eine Nenn-Belastbarkeit von 4000W pro Arrayelement – 2x1300W Tiefton, 4x270W Tiefmittelton und 4x80W Hochton – was die U LINE definitiv in die Leistungsklasse eines Höchstleistungssystems katapultiert.

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