Die Invers-Hochtonkalotte ist ein Wahrzeichen von Focal-JMlab, das Ergebnis von mehr als 20 Jahren Entwicklungsarbeit an einem Hochtöner mit hoher Ausgabeleistung und zugleich geringem Energieverbrauch und ohne Anstieg der Richtwirkung. Das Unternehmen ist nun bereit, mit der Einführung einer reinen Beryllium-Version einen entscheidenden Schritt nach vorne zu machen.

Der Profile-Hochtöner ersetzt das TRC-Modell der vorausgehenden Electra-Reihe. Hier wurde eine Membrane aus der Tioxid-5-Familie eingesetzt (Titanmembran mit einem 5 µm-Film Titanoxid). Die Erfahrungen aus der Herstellung der reinen Beryllium-Membrane demonstrieren, dass wir die technologische Entwicklung weit voran gebracht haben, besonders im Bereich der Dämpfung. Die Aluminium-Magnesium-Legierung bietet eine herausragende Lösung; bei vergleichbarer Steifigkeit und Linearität ist die Dämpfung weit überlegen. Tatsächlich erlaubt die Natur des Materials eine weniger konkave Form als in der Vergangenheit. Dies führt zu akustischen Verbesserungen. Auch das Phasenstück, das gelegentlich Quelle von Kompression und Verzerrung ist, kann

entfernt werden. Der Profile-Hochtöner steht damit in einer Reihe mit dem Utopia-Beryllium-TBU, dem er weitere wichtige Merkmale entlehnt.

Der traditionelle Hochtöner mit konvexer Membrane setzt den Einsatz einer Spule voraus, die am äußeren Rand des Hochtöners befestigt wird. Andere Möglichkeiten gibt es nicht. Dieser Umstand ist nachteilig, da die mechanische Kupplung alles andere als vollkommen ist. Es besteht ein Hebeleffekt zwischen dem Zentrum der Kalotte und der weit entfernten Spule. Tests und Simulationen zeigen, dass das Zentrum der Kalotte bei hohen Frequenzen nicht mehr reagiert, sondern erstarrt bleibt. Nur der Rand der Kalotte in direktem Kontakt mit der Spule (höchste Steifigkeit) ist reaktiv. Das dynamische Verhalten ist beeinträchtigt. Dieser Umstand übersetzt sich in verminderte Ausgabe und beeinflusst die Richtwirkung.Eine Invers-Kalotte funktioniert in kleineren Dimensionen ähnlich wie ein Woofer. Die Spule sitzt auf der Innenseite der Kalotte und verteilt den Impuls einheitlicher über die gesamte Oberfläche der Kalotte. Diese verbesserte Kopplung sorgt auch für eine geringere Resonanzfrequenz, eine wichtige Überlegung bei der der Cutoff-Frequenz zwischen dem Hoch- und dem Mitteltöner. Die Verzerrung ist dabei minimal. Im Fall einer konventionellen Kalotte von ähnlichem Durchmesser, weist die Spule der Invers-Kalotte nur die halbe Masse auf. Dies führt zu einer enormen Energieeinsparung. Für das dynamische Verhalten ist dies ein grundlegender Parameter.

Der Profile-Hochtöner ist eine raffiniertere Version der TNC-Aluminium-Magnesium-Kalotte der Chorus-Reihe, die sich selbst als sehr erfolgreiches Modell erwiesen hat. Andere Designmerkmale sind revolutionär. Der äußerst kompakte magnetische Schaltkreis verwendet den Neodymium N48M, das leistungsstärkste Element in seiner Temperaturklasse (100°). Die Flussdichte steigt auf 1,7 Tesla an, der TRC bietet im Vergleich 1,5 Tesla. Neodymium ist ein Material mit großen Vorteilen, hat aber einen Makel: Der Magnet neigt unter extremer Hitze zur Demagnetisierung.Dieser Umstand macht Sicherheitsmaßnahmen notwendig. Ein Temperaturanstieg muss proportional zur Intensität des in der Spule zirkulierenden Stroms vermieden werden. Die ausgezeichnete Leistung der Invers-Kalotte bot uns die Lösung: die Spule hat eine Impedanz von 6 Ohm bei einer vergleichbaren, wenn nicht höheren Empfindlichkeit als ein Hochtöner mit einer Spule von 3 oder 4 Ohm. Man erhält dieselbe akustische Ausgabe bei halbiertem Strom. Ebenfalls zu beachten: Die Hitzestreuung ist so gering, dass keine Ferroflüssigkeit benötigt wird. Diese würde die Bewegung und Leistung des Hochtöners behindern, was bei der Zähflüssigkeit einen Verlust an Detail und Dynamik zu Folge hätte. Wie beim Utopia Be TBU verwendet der Hochtöner dieselbe Poron®-Federung. Sie besteht aus einem Urethanschau, der abgesehen von seinen hervorragenden Dämpfungseigenschaften (Anwendung in Silentbloc-Antivibrationsinstallationen) über lange Zeit hin stabil bleibt. Dabei bleiben die mechanischen Eigenschaften bei jeder Beanspruchung erhalten.Die Verwendung von Poron® verhindert auch eine Beeinflussung der Kalotte durch die Federung. Im Vergleich mit dem TNC ist der Verzerrungsgrad bei 1 kHz um einen Faktor von 1 bis 10 niedriger. Bei 2 kHz verhält es sich ähnlich.Dieser Umstand übersetzt sich in ein sehr klares High-Band, das im bemerkenswert niedrigen Low-Cutoff-Bereich von 2,6 kHz, in dem das Ohr extrem empfindlich ist, transparenter ist. Noch bedeutender bei der Optimierung des Magneten und seinem Einbau in die Schallwandaussparung ist die Tatsache, dass wir eine verbesserte Thiell-und-Small-Konfiguration verwenden, die sich durch eine bessere Linearität auszeichnet. So entsteht dank der besser verteilten Energie eine wesentlich besser geeignete Verbindung mit dem Mitteltöner. Das Ergebnis ist eine äußerst feine, nahezu transzendente Raffinesse ohne Verfärbung bei gegebenen Frequenzen. Das Fehlen von subjektiven Verzerrungen sogar bei hohen Pegeln und bei der Schnittfrequenz ist ein weiterer Vorzug dieses Designs.

Der Invers-Hochtöner ist ein Wahrzeichen von Focal-JMlab und das Ergebnis von 20 Jahren Entwicklungstätigkeit. Auf jeder Stufe haben wir uns bemüht, Fortschritte in verschiedenen Bereichen zu erzielen, so beim Frequenzgang, den Klebstoffen und Materialien. Es galt, den Produktionsprozess zu optimieren und das Hauptziel bei der Entwicklung der Invers-Hochtonkalotte ins Visier zu nehmen: die Optimierung von mechanischer Kupplung und niedriger Richtwirkung. Vorher galten unsere Bemühungen vornehmlich der Erleichterung und Versteifung der Kalotte. Ziel war eine Verbesserung der Leistung im oberen und unteren Bereich des Klangspektrums. Im Jahr 2002 erzielte diese Arbeit den größten Erfolg und führte zum Ergebnis der reinen Beryllium-Invers-Hochtonkalotte. Ihre nie zuvor erreichten Merkmale, was Steifigkeit und Leichtigkeit anbelangt, ließen das Konzept

eines konkurrenzlosen Hochtöners zu. Dieser hat einen Klangbereich von 5 Oktaven (1 kHz bis 40 kHz). Diese entscheidende Innovation ließ auch einen anderen wichtigen Punkt deutlich werden: den Dämpfungsfaktor und seine Implikationen für die Impulsantwort. Unser Ziel im Jahr 2003 bestand darin, einen „erschwinglichen“ Hochtöner zu fertigen, der hervorragende Dämpfungseigenschaften ohne Verlust an Steifigkeit und Gewichtszunahme verbindet. Diese letzteren Merkmale sind entscheidend für die Qualität des Hochtöners.

Ersten Experimenten zufolge bot nur das Aluminium die geforderten Dämpfungseigenschaften. Allerdings erwies sich das Material als ungeeignet, besonders hinsichtlich der Steifigkeit. So entschieden wir uns endlich für eine hochleistungsfähige Aluminium-/Magnesium-Verbindung, die wir in früheren Versuche getestet hatten. Dank der sehr geringen Dichte dieser Verbindung konnten wir die Dicke der Invers-Kalotte vergrößern. Diese Änderung bietet zwei Vorteile: eine bessere Dämpfung aufgrund einer zusätzlichen Materialoberfläche sowie eine verbesserte strukturelle Steifigkeit, die eine Abflachung des Kalottenprofils möglich macht. Diese Form hat den großen Vorteil, die Resonanzspitze in einen höheren Frequenzbereich zu verlagern. Dadurch werden die Richtwirkung und der Frequenzgang optimiert, und es muss kein Phasenstecker eingesetzt werden, der zwar die Linearitätsdefizite korrigieren, aber auch Verzerrungen erzeugen und die Richtwirkung verändern würde. Dieser Ansatz fügt sich perfekt in das Schema des seit der Konzipierung des Utopia Be angewandten Überlegungsansatzes von Focal-JMlab ein. Dabei wird immer versucht, die Ursache bestimmter Probleme zu beseitigen und damit die üblicherweise zur Beseitigung dieser Probleme benötigten Tricks überflüssig zu machen.

Dank seiner kompakten Proportionen kann der Hochtöner für eine kohärente Übertragung näher am mittleren Lautsprecher positioniert werden. Der Magnet verfügt über zwei N45H-Neodymium-Kapseln. Dieses Neodymium ist qualitativ hochwertiger und kann ohne Demagnetisierung höheren Temperaturen ausgesetzt werden. Unter Berücksichtigung der hohen Intensität dieses Magnetkreislaufs kann die Luftspalte weit genug gestaltet werden, um jede Reibung der Schwingspule zu vermeiden und ein hohes Magnetfeld (1,6 Tesla) zu erhalten. Darüber hinaus setzen wir eine neue Generation von Ferroflüssigkeit ein: Ferrotec 2000. Seine Viskosität ist bei Änderungen der Raumtemperatur weitaus stabiler, und es oxidiert nicht. Es verleiht den ursprünglichen Merkmalen des Hochtöners eine längere Lebensdauer. Die Peripherie der Kalotte wird in Verbindung mit einer flexiblen unabhängigen Schaumstoffhülle zur Senkung der Resonanzfrequenz durch eine Reihe von Nocken verstärkt. Sogar wenn die Aluminium-/Magnesiumverbindung schweren Tests unterzogen wird, kann ihr Elastizitätslimit kaum übertroffen werden und sie weist eine ungewöhnliche Widerstandsfähigkeit (ungefähr 4-mal höher als reines Aluminium) auf. Aus diesen Merkmalen ergibt sich ein Formgedächtnis, das eine schnelle Formwiederherstellung der Kalotte sicherstellt und Deformationen nach leichten Stößen wieder aufhebt.

Die Leistungen des TNC-Hochtöners beweisen, dass unsere Forschungsergebnisse sich vollkommen mit unserer früheren Hypothese decken. Beim Vergleich mit dem TPC-Hochtöner der vergangenen Chorus-Reihe erstaunt der große Unterschied: die Resonanzfrequenz wurde von 2000 Hz auf 1150 Hz gesenkt, um eine optimale Kupplung mit dem mittleren Lautsprecher und eine Verzerrungsverringerung um die Cut-Off-Frequenz herum zu erhalten. Die Richtwirkung wurde verbessert, die Bandbreite auf 28 kHz anstatt 23 kHz erweitert, und es wird auch in der oberen Oktave immer noch viel Energie erzeugt. Wenn wir die Impulsanwort genauer untersuchen, stellen wir eindeutig fest, dass der TNC-Hochtöner einen großen Fortschritt im Technologiebereich darstellt: ein reduzierter Frequenzgang, eine schnelle Dämpfung und die Beseitigung der störenden Signalreflexe, die nun in den Ultraschallbereich verlagert werden. Viele Hörstunden haben einen raffinierten und subtilen Klang im Hochfrequenzbereich offenbart. Zugleich bestehen aber weiter die Vorzüge der steifen Kalotte, was Klangauflösung und Dynamik anbelangt. Der TNC-Hochtöner arbeitet in perfekter tonaler Harmonie mit den Polyglas-Lautsprechern der Chorus-S-Reihe.

Die Invers-Kalotte ist nach den Prinzipien eines Miniaturlautsprechers konstruiert. Mit ihrer zentral befestigten Schwingspule sorgt sie für Höchstleistungen und für einen Frequenzgang, der bis in den Mittenbereich geht. Durch den erweiterten Frequenzgang kann die Trennfrequenz niedrig genug angesetzt werden, um die Abstrahlungseffekte des Mitteltöners zu eliminieren. Der Abstrahlungseffekt tritt ein, wenn der Ton bei höheren Frequenzen, die dem Durchmesser der Membrane entsprechen, direktional oder fokussiert in einen Strahl mündet. Bei einem 165-mm-Treiber beginnt dieser Effekt bei 2,8 kHz, so dass die Trennfrequenz idealerweise unterhalb dieses Grenzwerts liegen sollte.

Die herkömmliche Konvexkalotte stellt sich in der Theorie als „pulsierende Halbkugel“ dar, die ihre Energie über 180° abstrahlt. In der Praxis ist dies nicht der Fall, da die um ihren Umfang angetriebene Kalotte sich mit ihrer Form bewegt, die unabhängig von der Amplitude des reproduzierten Signals unverändert bleibt. Ein „pulsierender“ Effekt ist nicht gegeben. Auf der Abbildung sehen Sie, dass sich die Schwingspule am Rand der Konvexkalotte befindet, zwischen Kalotte und Federung. Die Übertragung der Energie von der Spule auf die Kalotte konzentriert sich auf den Rand. Dadurch ist die Wirksamkeit der Übertragung auf die gesamte Struktur begrenzt. Die Kalotte strahlt nicht effektiv ab. Die traditionelle Hochtonkalotte hat den Nachteil, dass die Trennfrequenz wegen der schlechten Luftkopplung nicht niedrig angesetzt werden kann. Ihr Dynamikbereich wird durch die Befestigung der Spule an der Kalotte komprimiert. Wir sehen dadurch, dass die Vorstellung von der „pulsierenden Halbkugel“ und das Prinzip der gleichmäßigen Verteilung ungenau ist.

Beim Hochtöner mit Invers-Kalotte ist die Schwingspule in der Mitte der Kalotte befestigt. Dadurch wird der Druck gleichmäßiger auf die gesamte Struktur ausgeübt. Der Treiber strahlt direkt in den Raum ab und zeigt optimale Wirksamkeit. Die akustische Kopplung mit der Luft ist ideal. Zusätzlich kann die Kopplung mit dem Mitteltöner bei ausreichend niedrigen Frequenzen erfolgen (2,5 kHz). Dies ist ein Hauptmerkmal zur Verbesserung der Richtwirkung des Mitteltöners.

Tioxid 5 ist eine Weiterentwicklung des Tioxid-Werkstoffs, der ursprünglich mit dem TGU-Hochtöner des Grand Utopia eingeführt wurde. Tioxid 5 bietet ein vergleichbares Leistungsprofil hinsichtlich Masse und Steifigkeit, jedoch bessere Dämpfungseigenschaften. Tioxid 5 ist wegen der feineren Schicht von nur 5 Micron auf der Kalotte leichter als das Original-Tioxid. Das Impulsverhalten ist durch den inneren Dämpfungsfaktor von Tioxid 5 verbessert worden. Der Klang ist sanft und frei von metallischen Verfärbungen.

Für eine maximale Effizienz vereint der Motor dieses Hochtöners eine Struktur mit Doppelmagneten. Bei nur minimalen Verlusten wird dadurch die magnetische Flussdichte erhöht und im Luftspalt ein höherer Wert von 1,5 Tesla erreicht. Die rückwärtige Schallabstrahlung der Kalotte wird durch ein System eliminiert, das die Energie durch das Zentrum des Polstücks in eine Kammer leitet, wo sie vom Dämmstoff absorbiert wird. Das Ergebnis ist eine perfekte Lösung für die Wiedergabe der unteren Frequenzen, eine wesentliche Reduktion der Verzerrung und eine bessere Tiefe der Klangbühne.

Ein Design von Focal-JMlab: Das einzigartige Konzept der Invers-Kalotte ist das Ergebnis aus 20 Jahren industrieller Erfahrung, in denen wir Technologien für eine wirksame Steuerung des Frequenzgangs entwickelt haben. Mit dieser Methode vermeiden wir, dass Korrekturen über eine Frequenzweiche erfolgen müssen. Es ist ein Irrtum, dass mechanische Defekte auf elektronischem Weg korrigiert werden können. Die Optimierung des Frequenzgangs durch den mechanischen Aufbau des Lautsprechers sorgt dafür, dass sich die Frequenzweiche wieder auf ihre grundlegende Funktion als Frequenzaufteiler konzentriert. Dies ist die Grundlage der OPC-Filterung.

Die im Lauf der letzten 20 Jahre gesammelte Erfahrung gestattet es Focal JMlab, die Einschränkungen der Invers-Kalottentechnologie zu minimieren. Federung, Treiberform, Klebstoffe und Materialien haben auf jeder Stufe eine Verbesserung der Linearität und Bandbreite möglich gemacht. Die Nachforschungen begannen mit dem Test von Faserkalotten, was eine einfachere und weniger empfindliche Möglichkeit zur Validierung der Vorteile von Invers-Kalotten hinsichtlich des Energieverhaltens bot. Dann führte das Unternehmen steifere Metallkalotten ein, um den Gang in hohen Frequenzen zu erweitern, wobei Titan die besten Ergebnisse brachte und sich als Material der Wahl erwies. Um dieses Einschränkungen heute zu überwinden und besonders um den Gang auf nahezu 40 kHz zu erweitern, benötigen wir ein noch leichteres, zugleich noch steiferes Material. Wettbewerber haben bereits Superhochtöner eingeführt, um den extremen Anforderungen der neuen High-Band-Quellen gerecht zu werden. Focal JMlab geht allerdings nicht davon aus, dass die Superhochtöner eine befriedigende Lösung darstellen.
Zunächst stellt uns die Distanz zwischen den Hochtönern in Frequenzbereichen mit Wellenlängen im cm-Bereich schwere Kohärenzprobleme. Es kommt zu einer Filterung, die durch Phasenverluste und Verzerrungen die durch die Erweiterung des Frequenzgangs eingeführten Vorteile wieder aufhebt. Es ist daher klarzustellen, dass eine einfache Erweiterung des Hochfrequenzgangs keine endgültige Lösung darstellt, da das Ohr höchst sensibel für Übergänge ist. Die Verbesserungen beim Impulsgang sind nur bei einer Hochtönerausgabe weit über 20 kHz und damit jenseits der Grenze des menschlichen Gehörs wahrnehmbar. Es sollte nicht vergessen werden, dass das erste Ziel von Focal-JMlab das Design eines Hochtöners mit optimaler Kupplung war, der sich für die Integration mit dem Mitteltonbereich bei ausreichend niedrigen Frequenzen eignete Die einzige geeignete Lösung besteht daher in der Produktion eines Hochtöners mit einem erweiterten Gang, der mehr als fünf Oktaven von 1000 Hz bis 40 000 Hz abdeckt.

Eine ideale Kalotte muss Leichtigkeit, Steifigkeit und eine gute Dämpfung in sich vereinigen. Gegenwärtig bietet nur ein Material die Möglichkeit einer bedeutenden Verbesserung, Beryllium. Die Dichte des Beryllium liegt um das 2,5fache unter der von Titan und um das 1,5fache unter der von Aluminium, wobei seine Steifigkeit um das 3fache über der von Titan und um das 5fache über der von Aluminium liegt.

Im Fall von Kalotten gleichen Gewichts, ist die Beryllium-Version daher 7 mal steifer als die Varianten aus Titan oder Aluminium, die bei einem gegebenen Gewicht eine vergleichbare Steifigkeit aufweisen. Darüber hinaus wird der Schall in einer Beryllium-Kalotte um das 3fache schneller als in einer Titanversion und um das 2,5fache schneller als in einer Aluminiumversion übertragen. Die Verarbeitung von Beryllium ist allerdings nach wie vor sehr aufwändig und die Produktion beschränkt sich auf drei Länder: die USA, Frankreich und Russland. Gegenwärtig wird in Großbritannien, Deutschland und Japan kein Beryllium verarbeitet. In diesen Ländern wird es bevorzugt in Legierungen eingesetzt. Beryllium ist ein

hervorragendes Hightech-Material – das einzige Metall, das Glas schneiden kann - es wird ausschließlich in strategischen Anwendungen der Luftfahrt und der Militärindustrie verwendet und seine einzigartigen Eigenschaften machen es in der Folge außerordentlich teuer, weit teurer als Gold und fast 100 mal so teuer wie Titan.

Die Analyse der mechanischen Eigenschaften führt unausweichlich zur Wahl von Beryllium als ideales Material für einer Hochtönerkalotte. Es war bislang allerdings kein Unternehmen in der Lage, eine solche Kalotte zu fertigen. Um zu einer Lösung der Probleme zu gelangen, musste JMlab einen Formgebungsprozess für eine reine Beryllium-Kalotte* entwickeln. Nach zwei Jahren Forschung und großen Investitionen verfügt das Unternehmen heute über eine Maschine, die ausführt, was als Utopie galt. Technologisch haben wir es mit einem Novum zu tun, die Ergebnisse übertreffen alles, was derzeit im Audiobereich lieferbar ist.
Das Ergebnis passt zu den Hoffnungen und Erwartungen des Unternehmens, einen herausragend detaillierten Lautsprecher zu entwickeln, der bei Aufrechterhaltung einer perfekten Impulsanwort bis zu einem Bereich von 40 kHz reicht. Die Invers-Kalotte des Beryllium-Hochtöners ist ein Wahrzeichen von Focal-JMlab, das Ergebnis von mehr als 20 Jahren Entwicklungsarbeit an einem Hochtöner mit hoher Ausgabeleistung und zugleich geringem Energieverbrauch und ohne Anstieg der Richtwirkung. Das Unternehmen ist nun bereit, mit der Einführung einer reinen Beryllium-Version einen entscheidenden Schritt nach vorne zu machen.

* In der Vergangenheit haben verschiedene Hersteller versucht, Beryllium für die Konstruktion einer direkt abstrahlenden Hochtonkalotte zu verwenden. Allerdings wurde Beryllium bislang nur als Oberflächenschicht für Kalotten verwendet, was zu ganz anderen Ergebnissen führt als eine Fertigung auf Basis von reinem Beryllium.