Phasengang und Gruppenlaufzeit

Die Phase beschreibt, an welcher Stelle ihrer Schwingung eine Frequenz ankommt, wenn man sie mit einer Referenz vergleicht. Für sich genommen ist das eine abstrakte Größe. Anschaulich wird sie erst als Gruppenlaufzeit: Sie gibt an, um wie viele Millisekunden ein Frequenzbereich gegenüber anderen verzögert wiedergegeben wird.

Woher die Verzögerungen kommen

Die größte Quelle ist die Frequenzweiche. Jedes Filter dreht die Phase, und zwar umso stärker, je steiler es trennt. Ein Filter zweiter Ordnung dreht um 180 Grad, eines vierter Ordnung um 360 Grad. Diese Drehung ist der Preis für eine saubere Aufteilung zwischen den Chassis, siehe Frequenzweiche verstehen.

Die zweite Quelle ist die Bassabstimmung. Jedes Gehäuse begrenzt den Tiefgang nach unten und wirkt damit als Hochpassfilter mit entsprechender Phasendrehung. Bassreflex kostet mehr Gruppenlaufzeit als eine geschlossene Box, Bandpassgehäuse noch mehr.

Die dritte Quelle ist geometrisch: Sitzen Hoch- und Tieftöner auf einer senkrechten Schallwand, liegen ihre akustischen Zentren unterschiedlich weit vom Ohr entfernt. Wenige Zentimeter Unterschied entsprechen einem Bruchteil einer Millisekunde, was im Übernahmebereich bereits die Summenbildung verändert.

Ab wann es hörbar wird

Die Untersuchungen zur Hörbarkeit stimmen in der Größenordnung überein: Im Bereich der Mitten liegt die Schwelle bei etwa ein bis zwei Millisekunden, im Hochton ähnlich, im Bass deutlich höher. Unterhalb von 100 Hertz werden auch zehn Millisekunden Gruppenlaufzeit von vielen Hörern nicht als Fehler wahrgenommen, sondern allenfalls als weicherer Bass.

Daraus folgt eine praktische Priorität: Phasenfehler im Übernahmebereich zwischen Mittel- und Hochton sind relevant, weil das Gehör dort am empfindlichsten ist. Phasenfehler unterhalb von 80 Hertz sind es kaum. Genau deshalb ist es sinnvoll, eine unvermeidliche Trennstelle in den Bass zu legen statt in die Mitten.

Wie man es im Diagramm sieht

Ein Phasendiagramm zeigt die Phase über der Frequenz, meist zwischen minus 180 und plus 180 Grad, mit Sprüngen am Rand der Skala. Diese Sprünge sind Darstellungseffekte, keine Fehler. Aussagekräftiger ist die Gruppenlaufzeit, weil sie direkt in Millisekunden abzulesen ist.

Achten Sie auf zwei Dinge. Erstens auf Sprünge in der Gruppenlaufzeit rund um die Übernahmefrequenz: Sie zeigen, wie stark die Weiche eingreift. Zweitens auf den Anstieg zu den tiefen Frequenzen hin, der die Bassabstimmung verrät. Ein Anstieg auf 20 Millisekunden bei 40 Hertz ist typisch für eine tief abgestimmte Bassreflexbox.

Was man daraus für die Auswahl mitnimmt

Ein Lautsprecher mit flacher Gruppenlaufzeit über den Mitten- und Hochtonbereich reproduziert Impulse geordnet. Ob Sie das hören, hängt vom Material ab: Bei Perkussion und gezupften Saiten eher, bei dichter Popproduktion kaum.

Vor allem aber ist die Gruppenlaufzeit die Kenngröße, die erklärt, warum zwei Lautsprecher mit identischem Frequenzgang unterschiedlich klingen können. Wer diesen Zusammenhang kennt, hört im Vergleich gezielter hin und schreibt den Unterschied nicht automatisch dem Kabel zu.