Technik

Erfolg ist messbar Samsung forscht sich an die Audio-Spitze

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(Foto: kwe)

Bei einem Besuch in Samsungs kalifornischen Audio Lab lernt n-tv.de nicht nur, worauf es bei guten Lautsprechern ankommt. Das internationale Forscherteam zeigt auch, dass Erfolg messbar und ein Modell der Realität oft weit überlegen ist.

Valencia ist ein Stadtteil von Santa Clarita im US-Bundesstaat Kalifornien. Es handelt sich dabei um einen der sichersten Orte der Vereinigten Staaten und das beschauliche Leben dort ist mit der brodelnden Hektik des nahe gelegenen Los Angeles kaum zu vergleichen. Es herrscht praktisch Vollbeschäftigung und man sieht den Einwohnern und ihren Häusern an, dass es ihnen nicht schlecht geht. Hier kann man es aushalten. Und genau deshalb hat Samsung hier in einem Gewerbepark die Räume für sein Audio Lab angemietet, das Ende 2013 in Betrieb genommen wurde. Denn wer die Besten der Besten der Branche haben möchte, muss ihnen mehr bieten als eine Top-Bezahlung.

Geballte Fachkompetenz

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Audio-Lab-Leiter Allan Devantier.

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Chef des Forschungslabors ist der Kanadier Allan Devantier, der 22 Jahre lang für Harman arbeitete, das inzwischen zu Samsung gehört. Er ist ein "Mess-Guru", unter anderem basiert ein Standard der CEA (Consumer Electronics Association) für Lautsprechermessung auf seiner Arbeit. Devantier hat sich ein rund 40-köpfiges Team von Spezialisten zusammengestellt, in dessen Lebensläufen von Bose über JBL bis zu Sonos fast alle großen Unternehmen der Audio-Branche vertreten sind. Wie Devantier, der bei Harman die Akustik-Forschung leitete, hatten die meisten von ihnen Führungspositionen bei ihren vorherigen Arbeitgebern inne. Außerdem haben viele der Audio-Lab-Mitarbeiter Patente im Audio-Bereich angemeldet.

Zu den Top-Wissenschaftlern, die sich Samsung schnappen konnte, gehören beispielsweise der Schweizer Andri Bezzola, der Computermodelle und -simulationen erstellt oder der Franzose Pascal Brunet, der Algorithmen für elektroakustische Messungen entwickelt. An ihnen erkennt man, dass Samsungs Audio Lab die Forschung mit modernsten Mitteln vorantreibt. Künftig möchte Devantier auch verstärkt auf KI-Anwendungen setzen.

Alte Technik, neue Methoden

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Pasqal Brunet gleicht Verzerrungen mit Mathematik aus.

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Die Bauweise von Lautsprechern (Wandler) inklusive ihren Gehäusen hat sich dabei in den vergangenen Jahrzehnten grundsätzlich kaum verändert: Eine Membran wird über einen elektromagnetischen Antrieb in Schwingungen versetzt und erzeugt Schall. Auch die verwendeten Materialien sind weitgehend noch die gleichen, die bereits vor 20 Jahren verwendet wurden. Neu erfinden kann Lautsprecher wohl niemand mehr, auch wenn es immer wieder versucht wird.

Um bessere Lautsprecher herstellen, geht es also vor allem darum, bestehende Technik zu optimieren. Und das wiederum bedeutet zum einen, Verzerrungen und andere Störungen zu eliminieren. Die andere große Herausforderung ist, trotz schrumpfender Dimensionen einen großen Klang zu erzeugen.

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In der echofreien Kammer kann der Klang eines Lautsprechers von allen Seiten gemessen werden.

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Um Fehlerquellen ausfindig zu machen, führt das Samsung-Team zahllose Messungen durch. Das mache zwar auch die Konkurrenz, sagt Devantier. Aber sie messe oft nicht oft genug und vor allem nicht richtig. Im Audio Lab gibt es für die Messungen im zwei "schalltote" Räume, in denen ausschließlich die Akustik der Lautsprecher zu hören ist. Reflexionen werden durch die zackig geformten Wände aus absorbierenden Material nahezu vollständig geschluckt.

Extra-Kammer für Soundbars

Solche echofreien Kammern nutzen selbstverständlich auch andere Labore. Weniger selbstverständlich sei aber, dass nicht nur von einzelnen Positionen aus gemessen wird, sondern wie im Audio Lab die Mikrofone 360 Grad um die Geräte herumfahren können. Das ist deshalb besonders wichtig, weil Hörer selten in der idealen Position sitzen. Und weil in Samsungs Audio Lab derzeit ein Schwerpunkt auf Soundbars liegt, gibt es eine zweite Kammer, in der die Lautsprecher realitätsnah an einer glatten Wand befestigt werden. Auch das soll in der Branche erstaunlicherweise nicht üblich sein, obwohl solche Messungen bei Soundbars eigentlich nahe liegen.

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Die Wand, an der die Soundbars befestigt werde, ist gleichzeitig der Eingang zur Kammer.

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Kommt bei den Messungen beispielsweise heraus, dass einige Frequenzbereiche in einem bestimmten Winkel zum Lautsprecher "untergehen", oder durch Überlagerungen Verzerrungen entstehen, gibt es verschiedene Möglichkeiten, das Problem anzugehen. Unter anderem kann man die Formen der Bauteile verändern, beispielsweise der Schalltrichter.

Computersimulationen statt Prototypen

Mit Prototypen, die man immer wieder verändert, bis es passt, verbraucht man viel Zeit und Ressourcen. Stattdessen setzt man in Samsungs Audio Lab auf Computersimulationen. Es ist erstaunlich, wie genau auf diese Weise die in der Realität perfekten Formen gefunden werden können. Laut Samsung ermöglicht das "Rapid Prototyping" via Computersimulation eine Entwicklung von der Skizze bis zum fertigen Lautsprecher innerhalb rund sechs Monaten.

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Computersimulationen beschleunigen und optimieren die Entwicklung und Verbesserung von Lautsprechern enorm.

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Manchmal sind Störungen auch keine Fehler im eigentlichen Sinne, sondern Verzerrungen, die unter anderem durch die verwendeten Materialien oder nicht gewollte Wechselwirkungen der Komponenten erzeugt werden. Komplett vermeiden lassen sich solche Wiedergabefehler nicht. Das Samsung-Team kann sie aber zum Teil herausrechnen. Die von Pascal Brunet entwickelte Anti-Distortion-Technologie gleicht Unregelmäßigkeiten digital aus, die unter anderem dadurch entstehen, dass je nach Frequenz und Lautstärke mal mehr oder weniger Kraft benötigt wird, um die Membran zu bewegen.

Ein weiterer Vorteil dieser Technik ist, dass der Schallwandler bis an seine Grenzen belastet werden kann, ohne dass die Schwingspule anschlägt. Damit sind auch bei kleineren Lautsprechern kräftigere Bässe möglich. Herkömmliche Limiter regeln sicherheitshalber früher ab.

Eine kostengünstige Möglichkeit, bei kleinen Boxen die Tiefenwiedergabe deutlich zu verbessern, sind Reflexrohre. Sie nutzen die durch die rückwärts schwingende Membran bewegte Luft aus, um in einem zusätzlichen Frequenzbereich die Bässe zu verstärken. Damit sich Wandler und Reflexrohr ideal ergänzen, kommt es dabei stark auf die ideale Form der Röhre an. Diese ermitteln die Samsung-Experten ebenfalls über Computermodelle.

Tweeter gehen in die Tiefe

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Damit im Blindtest gleiche Bedingungen herrschen, rotieren die Kandidaten hinter einem Vorhang abwechselnd auf die Testposition.

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Bei Soundbars stellt sich ein weiteres Problem durch die besondere Bauweise: Zuschauer, die nicht zentral vor dem Fernseher sitzen, genießen oft nicht den gleich guten Sound wie mittig platzierte Personen. Das liegt daran, dass die Hoch- und Tief-/Mitteltöner direkt nebeneinander sitzen und ihre Signale sich überlagern. Für welchen Frequenzbereich ein Wandler zuständig ist, regeln Frequenzweichen.

Normalerweise übernimmt ein Hochtöner den Bereich von 2000 Hertz (Hz) bis 20.000 Hertz (kHz). Die Messungen des Audio-Lab-Teams haben aber ergeben, dass die Störungen durch die Überlagerungen wesentlich geringer ausfallen, wenn der Hochtöner einen Bereich ab 700 Hz abdeckt. Deshalb haben die Forscher für die jüngeren Samsung-Soundbars sogenannte Wide Range Tweeter entwickelt. Auch hier kamen wieder die Computermodelle von Andri Bezzola zum Einsatz.

Im Blindtest gegen die Konkurrenz

Das jüngste Resultat der Forschungsergebnisse sind Samsungs Soundbars der Q-Serie. Um zu demonstrieren, wie stark sie sind, durfte n-tv.de einen im Lbor üblichen Blindtest machen, bei der hinter einem verschlossenen Vorhang das rund 1300 Euro teure Flaggschiff der Serie gegen ein noch etwas teureres Konkurrenz-Produkt antrat. Das Ergebnis war für n-tv.de eindeutig, Samsungs Soundbar klang in allen Bereichen überlegen. Da es sich letztendlich aber um einen PR-Termin gehandelt hat, könnte es aber durchaus gleichwertige oder auch bessere Systeme geben. In ersten Testberichten schneidet die Samsung-Soundbar allerdings ausgezeichnet ab.

So oder so hat der Termin gezeigt, dass Samsung seiner bisher noch etwas unterbewertete Audio-Sparte mit großer Entschiedenheit und viel Fachwissen auf die Sprünge helfen möchte. Was sein Forschungsteam in Valencia in den vergangenen sechs Jahren bereits erreicht hat, ist beeindruckend. Und es wäre keine Überraschung, wenn Samsungs Lautsprecher in Zukunft nicht nur bei den Soundbars ganz oben mitspielen.

Quelle: n-tv.de

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