Das Funktionsprinzip ist sehr einfach erklärt. Ein URPS ist nichts weiter als ein elektronisch entzerrtes (Bass-)Lautsprecherchassis in einem nominell viel zu kleinen geschlossenen Gehäuse. Betrachtet man sich ein übliches Basschassis mit z.B. folgenden Daten:
fs = 30Hz
Qts = 0.5
VAS = 100 Liter
so ergibt sich in einem etwa 100 Liter großen Gehäuse folgender Frequenzgang:
Es ergibt sich glatter Frequenzgang mit einer Einbauresonanz von etwa 42 Hz bei einer Güte von 0.7
Das selbe Chassis wird nun in ein 10 Liter großes Gehäuse eingebaut, woraus sich folgender Frequenzgangverlauf ergibt:
Die Einbaugüte beträgt nun 1.66 und die Einbauresonanz bei etwa 100 Hz. Durch die hohe Güte erhält man einen deutlichen Buckel bei 100 Hz. Eine vernünftige Basswiedergabe ist in dem Gehäuse ohne weitere Maßnahmen nicht möglich.
Jetzt kommt die Entzerrung zum Einsatz. Eine elektronische Schaltung hebt den Bereich unter 100 Hz an und senkt gleichzeitig den Buckel bei 100 Hz, so daß trotz des kleinen Gehäuses wieder der Frequenzgang der obigen Abbildung oder gar ein bis auf 20 Hz hinab reichender Frequenzgang zustande kommt. Das Chassis wird somit unterhalb seiner ursprünglichen Einbauresonanz betrieben, deshalb der Name Under Resonance Principle Subwoofer (den sich mal ein Forumskollege ausdachte).
Ein Lautsprecher ist nichts weiter als ein (Bandpass-)Filter mit dementsprechenden Eigenschaften. Schaltet man ein zusätzliches Filter vor den Lautsprecher, wobei es egal ist, ob es ein elektrisches oder ein mechanisches (z.B. Gehäuse, Reflexrohr usw.) ist, so ergeben sich in Kombination völlig neue Filtereigenschaften. Genau so verhält es sich logischerweise mit dem Linkwitzfilter. In Kombination mit dem Lautsprecher ergeben sich neue Eigenschaften, die je nach Filtereinstellungen der einer geschlossenen Box mit beispielsweise 20Hz Grenzfrequenz bei einer Güte von 0.7 ergeben. Die ursprünglichen Eigenschaften (beispielsweise Einbauresonanz 100 Hz und Güte 1.6) sind völlig aufgehoben; sie machen sich weder klanglich noch meßtechnisch bemerkbar, was auch eindrucksvoll die Impulsantwort gefiltertes/ungefiltertes System in der Rubrik Messungen darlegt.
Das "Problem" liegt im theoretisch enormen Leistungsbedarf eines URPS. Unterhalb der Einbauresonanz muß mit 12 dB pro Oktave angehoben werden. Wenn wir bei dem oberen Beispiel bleiben und bis 25 Hz entzerren wollen, so muß das Signal dort bereits um 24 dB angehoben werden. Hierzu ist gegenüber 0dB die 256 fache Leistung notwendig!! Spielt das Chassis beispielsweise bei 100 Hz mit 4 Watt, so wären 1024 Watt notwendig, um bei 25 Hz gleich laut zu spielen! Genau hier setzt die Kritik vieler "URPS-Hasser" an. Der Leistungsbedarf ist einfach zu hoch, die Verzerrungen dürften enorm sein usw. ...
Ganz ähnliche Fragen habe ich mir auch gestellt als ich zum ersten Mal vom URPS hörte - ich sah einfach keinen Sinn - so viele Chassis im viel zu kleinen Gehäuse; und dann der enorme (theoretische) Leistungsbedarf . Als ich jedoch zum erstem Mal einen URPS bei einem Forumskollegen hörte, warf ich meine Bedenken über Bord und wenige Wochen später hatte ich meinen eigenen (siehe Bild am Seitenanfang).
Warum er gegenüber anderen Funktionsprinzipien so gut darsteht, weiß ich leider immer noch nicht so genau - ich habe nur für mich eine (momentane) Antwort gefunden. Meiner Meinung nach hat im Falle URPS der Klirrfaktor den größten Einfluß auf das Klanggeschehen. Vieles spricht jedenfalls dafür: Der Klirrfaktor ist das Meßkriterium, welches sich am größten von den anderen Messungen unterscheidet. Beim URPS ist allgemein festzustellen, dass er umso besser klingt je lauter er betrieben wird, sprich in Bereichen, wo der Klirr eine Rolle spielt (50% Klirr und mehr sind keine Seltenheit, wobei vor allen K3 recht hoch ist). Anscheinend nimmt das Gehör einen hohen Klirrfaktor im Bass als trocken und knackig wahr, denn so wird der URPS oft klanglich umschrieben. Hinzu kommt, daß bei hohem Klirr die Grundwelle im Pegel abnimmt (es gilt Energieerhaltung). Womöglich wird durch die jetzt reduzierten niederfrequenten Schallanteile der Raum nicht mehr so stark angeregt - es dröhnt weniger. Der Fachmann könnte nun sagen, dass es durch den abgesenkten Grundtonpegel zu einer Kompression kommt, aber das Gehör addiert anscheinend die Klirrpegel zur Grundwelle, von daher ist auch bei hohen Pegel nur eine geringe Kompression feststellbar. Womöglich spielt auch das Residuumhören eine Rolle.
Was ich zudem festellen konnte ist die Tatsache, dass der theoretisch enorme Leistungsbedarf in der Praxis nicht zum Tragen kommt. Zum einen aus oben genannten Gründen und zum anderen womöglich aus dem nicht allzu zahlreichen in der Musik enthaltenen niederfrequenten Anteilen. Während bei den Messungen (mit Gleitsinus) der Verstärker extrem schnell an seine Grenzen stieß, konnte ich dieses Phänomen beim Musik hören bisher nicht feststellen. Witzig ist in dem Zusammenhang die Tatsache, dass ich erst viel später (nämlich beim Messen) feststellte, daß mein Verstärker überhaupt nicht im Brückenbetrieb lief und anstatt 400W nur 150 Watt lieferte (also 25 Watt pro Chassis !!!), was in der Praxis völlig ausreichte.
Was auch noch für die Klirrtheorie spricht sind einige Experimente, die ich mit einem Forumskollegen durchführte. So haben wir zwei 30er Rockwoods in jeweils 11 Litern getestet. Dieser Subwoofer klang für mich bisher am besten. Leider haben wir zu dem Zeitpunkt noch keine Klirrmessungen durchgeführt, aber er produzierte aufgrund des für die Membranfläche extrem kleinen Gehäuses und aufgrund der geringen Chassisanzahl und der sich daraus ergebenen, auf den Pegel bezogenen, großen Auslenkungen mit Sicherheit enorm viel Klirr - Klirr der wie gesagt nicht als unangenehm empfunden wird, sondern im Gegenteil den Musikgenuss steigert.
Gut, der Purist wird mit dem System nicht zufrieden sein - eben weil's klirrt, weil dem Musiksignal Anteile hinzu gefügt werden, die im Original nicht vorhanden sind. Ich sehe das allerdings anders: Immerhin hat eine harmonische Oberwelle immer einen Bezug zur Grundwelle (bei Baßreflex o.ä. ist das übrigens nicht unbedingt der Fall). Ich (und auch alle anderen URPS User) habe nicht den Eindruck, dass dem Musiksignal etwas hinzugefügt wird - die Klirranteile fügen sich im Bassbereich ganz offensichtlich nicht verfremdend in das Klanggeschehen ein und reduzieren gleichzeitig Dröhneffekte. Mal ganz ehrlich: Wer will denn schon einen dröhnigen waberigen Bass? Der ist allenfalls bei Heimkino ab und an mal gefragt (und nervt auch dort recht schnell). Mit einem URPS beseitigt man all' diese Probleme weitgehendst - ich jedenfalls habe mein Bassprinzip gefunden :-).
Einige Tipps:
Man sollte sich nur nicht dazu hinreissen lassen, das Gehäuse doch lieber etwas größer zu wählen um eventuell Chassis und Verstärkerleistung sparen zu wollen. Meiner Meinung nach gehen damit sämtliche Klangeigenschaften - alles was den URPS ausmacht - verloren. Eine feste Regel, wie groß denn das Gehäuse nun zu wählen ist, gibt es leider nicht. Dies hängt stark von den eingesetzen Chassis bzw. deren Parameter und Membraneigenschaften ab. Als Faustregel kann man sagen, dass sich die (unentzerrte) Einbauresonanz etwa am oberen Ende des zu übertragenden Frequenzbereichs befinden sollte. Bei meinem Subwoofer liegt sie bei ca. 100 Hz.
Des weiteren ist die Chassisauswahl wichtig. Als gute Größe haben sich 25er Chassis herausgestellt. 30er haben meist ein zu großes Verhältnis von Schwingspulendurchmesser und Membranfläche - sie neigen aufgrund der hohen Drücke zu starken Membranverformungen. Zudem sollte die Membran möglichst stabil sein. Metallwerkstoffe oder auch Papiermembranen haben sich hier gut bewährt. Wichtig ist zudem, daß der maximale Hub nicht(!) allzu groß ist. Ein großer möglicher Hub geht meist mit einem großen Schwingspulenüberhang einher - ein Großteil der Schwingspule befindet sich bei solchen Konstruktionen nicht im Magnetfeld. Hier kann die Leistung nicht in Bewegungsenergie umgesetzt werden, folglich wird hier die Schwingspule zu heiß. Mehr als +- 6 bis 7 mm sollten es möglichst nicht sein.