Der QUAD ESL-55 - "Walker`s little wonder"
Das elektrostatische Prinzip ist schon recht alt; erste Versuche datiert man auf ungefähr 1930 zurück. Obschon die damaligen Messaufbauten recht primitiv waren - als Membran bediente man sich eines Stückes gespannter Schweinehaut - bewiesen Rice und Kellogg bereits damals, dass auf diese Art und Weise eine Schallübertragung möglich ist. Der Vollständigkeit halber soll das elektrostatische Prinzip in dieser Einleitung zum ESL-55 nochmals in stark vereinfachter Form erläutert werden.Beim elektrostatischen Lautsprecher finden wir eine leitfähig beschichtete, sehr dünne Membran in der Mitte zwischen zwei feststehenden Platten, welche im folgenden Statoren genannt werden sollen. Die beiden Statoren sind ebenfalls über ihre ganze Fläche leitfähig. Nehmen wir nun weiter an, die leitfähige Membran wird auf eine sehr hohe (Gleich-) Spannung aufgeladen (kV-Bereich), so dass sich auf dieser Membran alle Ladungsträger möglichst gleichmässig in einem homogenen Feld verteilen (wenn die Ladung gleichmässig verteilt ist, findet kein Ladungsträgertransport mehr statt - daher auch die Bezeichnung ElektroSTAT für statisch im Gegensatz zu dynamisch bei Ladungsträgerbewegung = Stromfluss!). Weiterhin wird nun das Musiksignal vom Verstärkerausgang über über einen Transformator geführt, welcher das sehr niederohmige Signal (relativ geringe Spannungen, bei Bedarf recht kräftige Ströme) umspannt in ein Signal mit wesentlich grösseren Spannungen (dem dafür aber kein Strom mehr abverlangt wird!). Der Ausgang des Trafos hat 3 Anschlüsse; d.h. ein unsymmetrisches Eingangssignal wird in ein symmetrisches Signal gewandelt. Legt man nun die Mittenanzapfung beider Sekundärwicklungen, die Hochspannungsquelle und die Lautsprechermembran in Serie, und verbindet die beiden übrigen, gegenphasigen Sekundäranschlüsse des NF-Transformators mit den beiden Statoren, wird die ("vorgespannte") Membran im Rhythmus des angelegten Musiksignals durch die unterschiedlichen Ladungsverhältnisse hin- und herbewegt. Wenn man sich dieses Prinzip vor Augen hält, wird zum einen deutlich, dass die Membran möglichst dünn und leicht sein sollte, damit sie der angelegten Musikwechselspannung möglichst trägheitslos folgen kann, zum anderen aber auch, dass sich in Grenzbereichen Probleme ergeben; insbesondere dann, wenn tiefe Frequenzanteile in grossen Lautstärken dargestellt werden sollen (in schlimmsten Fall kann es bei maximaler Auslenkung dazu kommen, dass die Folie den oder die Statoren berührt; eine schlagartige Entladung findet statt und die Membran wird dauerhaft beschädigt). Darüberhinaus ist es aus mehreren physikalischen Gründen, auf die hier der Einfachheit halber nicht eingegangen werden soll, schwierig, die Membran bei grossen Auslenkungen in der Linearität zu belassen; d.h. im Grenzbereich stellen sich recht schnell Verzerrungen ein. Aus letztgenannten Gründen hat man häufig diese scheinbar schwierige Aufgabe der Bassübertragung einem konventionellen (Konus-)Lautsprecher überlassen, und nur der wenig leistungsintensive Mittel-/Hochtonbereich wurde einem elektrostatischen Treiber zugeführt. Diese sogenannten Hybridelektrostaten fand man schon in der Vergangenheit, aber auch heute noch erfreuen sich solche Modelle grosser Beliebtheit (u.a. Martin Logan) Eine interessante Variante der Hybridtechnik, die auch einen QUAD ESL integriert, gab es übrigens von keinem geringeren als Mark Levinson - das legendäre HQD-System wurde in verschwindend geringen Stückzahlen produziert und benutzte je Kanal zwei ESL-55 nur für den Mittenbereich. (HQD kommt von "Hartley-QUAD-Decca"; d.h. die ESL wurden "untenrum" durch Hartley-Bässe und im Hochtonbereich durch Decca-Bändchen ergänzt. Das ganze System wurde aktiv "gefahren".)
Peter Walker, der sich in frühen Jahren über den "Corner Ribbon" Lautsprecher mit einem Hybriden (Bändchen und konventioneller Treiber) befasst hatte, befand jedoch, dass diese Lösung immer nur ein Kompromiss sein könne - schon aufgrund der verschiedenen Abstrahlcharakteristika der beiden Wandlersysteme.
Aus diesem Denkansatz heraus erfolgte die Konstruktion des Vollbereichselektrostaten ESL-55. Der Lautsprecher besitzt je Seite 3 getrennte Wandlerelemente; ein relativ kleines Mittel-Hochtonpaneel wird rechts und links von je einem Basspaneel flankiert. Die beiden Elemente unterscheiden sich aufgrund Ihrer verschiedenen Aufgaben in Ihrer Konstruktion z.T. erheblich, auf einige Einzelheiten soll an dieser Stelle eingegangen werden:
Im Original sind die Statoren beider Arten Wandlerelemente aus dem gleichen, dunkelroten Kunststoff gefertigt; die sichtbaren Seiten sind mit einem grauen Isolierlack überzogen. Als Membranmaterial wählte man für die Basselemente SaranTM, eine verhältnismässig dicke, "weiche" und schwere Folie. SaranTM ist ein durchsichtiges, fast farbloses Thermoplast, das in der Chemie vor allem aufgrund seiner sehr niedrigen Durchlässigkeit für Gase bedeutsam ist. Häufigster Einsatzbereich in der heutigen Industrie sind verschiedene Folien zur Lebensmittelverpackung. Diese von Natur aus nicht elektrisch leitfähige Folie wurde mit einer vom Lack- und Farbenhersteller ICI stammenden, elektrisch leitenden Lösung namens CalatonTM beschichtet (diese Lösung bzw. ihre Nichtverfügbarkeit führte dann "offiziell" dazu, dass von Seiten QUAD UK Mitte der 90er Jahre keine Wandlerelemente mehr als Ersatzteile hergestellt werden konnten; siehe unten).
Die beiden Basselemente werden mit einer Polarisationshochspannung von um die 5,5 kV "gefahren". Staub- und Partikelablagerungen innerhalb der Elemente (welche bei dieser Konstruktion kurzfristig zum Enstehen von Funkenstrecken und damit zur Zerstörung des Elementes führen würden) hält man durch einen folienbespannten, quasi luftdicht abgeschlossenen Holzrahmen fern (Dieser Rahmen ist übrigens von aussen sichtbar; jedoch ist die hier aufgebrachte Folie entgegen häufig vertretenen Meinungen natürlich NICHT die schallerzeugende Membran, sondern dient nur dem Staubschutz!).
Mittel-Hochton, sowie Bassbereich werden im ESL-55 durch eine kleine passive Weiche am Übertrager getrennt. Dieser stellt für den Bassbereich dann auch recht mächtige Spannungen bereit, so misst man bereits bei 100 Hz und 3 Vpp Eingangsspannung etwa 800 Vpp zwischen den beiden Statoren (Vorsicht Lebensgefahr! Die Sekundärspannungen des Eingangsübertragers sind - entgegen der Polarisationsspannung - sehr niederohmig, was zu tödlichen Stromschlägen führen kann!!).
Das wie erwähnt wesentlich kleinere Hochtonpaneel ist elektrisch nochmals in 2 Sektionen unterteilt. Bereits von aussen kann man 3 nebeneinanderliegende Lochstreifen auf den Statoren erkennen; zwei davon sind für den Mittelhochton-Bereich zuständig; das mittlere ist allein für die Hochtonübertragung verantwortlich.
Als Membranmaterial findet man hier das auch in heutigen Elektrostaten fast durchgängig benutzte MylarTM (welches von anderen Chemieherstellern auch unter anderen Namen - z.B. HostaphanTM oder MelinexTM vertrieben wird). MylarTM ist ein relativ steifer, jedoch leichter und formbeständiger PE-Film, der in der Kondensatorenfertigung und als Rohmaterial für Audio-, Video- und Datenbänder genutzt wird. Die bereits in geringen Dicken (z.B. 3µ) erstaunlich reissfeste Folie überzeugt darüberhinaus durch Ihre Resistenz gegenüber den verschiedensten Chemikalien.
Da in der Mittel-/Hochtonsektion nur vergleichsweise geringe Pegel gefordert sind, gibt sich das entsprechende Wandlerelement bereits mit vergleichsweise bescheidenen 1,5 kV Polarisationsspannung zufrieden. Im Zuge dessen ist auch der Abstand zwischen den beiden Statoren und der Folie - ein wichtiger Parameter bezüglich der Kraftverteilung - bei diesem Element wesentlich kleiner als beim vorgenannten Basselement.
Auch das Übertragungsverhältnis des Eingangsübertragers ist ein anderes; in der Mitteltonsektion misst man bei 1kHz und 3 Vpp am Lautsprechereingang gerade mal etwa 200 Vpp zwischen den Gegenelektroden. Beide Polarisationsspannungen werden in einem gemeinsamen Netzteil erzeugt. Dessen Trafo erzeugt sekundär 610 V für die Hochspannungserzeugung, sowie 6,3 V für die Anzeigelampe (die nicht in allen Ausführungen vorhanden ist).
Da der Lautsprecher in einer Standardversion in aller Herren Länder exportiert wurde, musste man unterschiedlichen klimatischen Bedingungen bzw. dem Drang der Hochspannung, sich bei höherer Luftfeuchtigkeit durch die Luft zu entladen, Rechnung tragen. Aus diesem Grund gibt es eine weitere Sekundärwicklung, die 590 V liefert und immer dann vorzuziehen ist, wenn die Hochspannung aus welchen Gründen auch immer zu gross ist.
Die 5,5 kV werden durch eine einfache Kaskadenschaltung erzeugt, die für die geringere Spannung (1,5 kV) einen früheren Abgriff innerhalb der Schaltung vorsieht. Wenn eine Kaskade defekt ist, so hat meistens einer der Kondensatoren "Durchzug" oder eine der Dioden ist defekt. Je nach Version ist die Kaskade in eine kleine Wanne aus Holz mit Bienenwachs eingegossen; aus der man die Platine im Reparaturfall ausschmelzen muss (und später wieder vergiessen sollte).
Beim Ersatz der Kondensatoren sollte man schon auf 2 kV Belastbarkeit achten, als Ersatztyp für die Dioden empfiehlt sich die GP02-40. Eine mit solchen Bauteilen komplett restaurierte Kaskade sollte die nächsten 50 Jahre Lebensdauer des Lautsprechers spielend überstehen...
Die Übertragungsdaten des Lautsprechers sind an heutigen Masstäben gemessen sicherlich etwas aussergewöhnlich; sieht man jedoch die Situation als der Lautsprecher entwickelt wurde, wird recht schnell klar, dass die Daten eine logische Konsequenz sind:
Die Eingangsimpedanz des ESL-55 beträgt 15 Ohm; die maximale Dauertonbelastbarkeit gemäss Herstellerangabe 15 Watt RMS. Mit diesen Übertragungsdaten passt der Lautsprecher hervorragend zur QUAD II Endstufe! Trotz des recht moderaten Wirkungsgrads des Lautsprechers lässt sich mit der QUAD II und dem ESL durchaus eine Art "gehobene Zimmerlautstärke" erzeugen (mal nur quantitativ, nicht qualitativ bewertet). Als 1967 die QUAD 303 auf den Markt kam (und andere Hersteller schon längst leistungsfähigere Transistorverstärker herstellten), stand man allerdings vor einem Problem: Im Gegensatz zum Nachfolger ESL-63 besitzt der ESL-55 in der "Urversion" bis etwa zur Seriennummer 16800 keinerlei Schutzmassnahme gegen Überlast: Sollte also (wie oben aufgeführt) ein zu starker Impuls eine zu grosse Auslenkung der Folie verursachen, entsteht häufig durch den Funkenüberschlag ein Brandloch in der Mylarfolie, und je nach Grösse und Dauer der Überlastung auch in den Statoren!
Statoren mit Brandlöchern bzw. verschmorten Zonen in der Grösse eines Fünfmarkstücks sind nichts seltenes - natürlich machen diese Lautsprecher dann keine Musik mehr. Damit zumindest der Hochtöner etwas besser gegen Überlast geschützt war, ersann man eine Schutzschaltung, die ab der Seriennummer 16800 in die Produktion mit integriert wurde: Eine Reihenschaltung aus Z-Dioden bewirkt, dass die Hochtonsektion ab gewissen Spannungen am Element kurzgeschlossen wird, und die schädliche Spannung quasi abgeleitet wird. Der Vorteil dieser Schaltung ist, dass sie sekundär vom Eingangsübertrager arbeitet und damit keine negative Beeinflussung des Verstärkers, sowie ausserhalb des Schutzbetriebs keine messbare Klangverfälschung zur Folge hat. Nachteilig wirkt sich jedoch aus, dass diese recht einfach gestrickte Schaltung recht träge reagiert und von daher zwar eine Notbremse darstellt, letztendlich aber natürlich keinen garantierten Schutz darstellen kann (... aber welche Schutzmassnahme ist schon ultimativ?) in der Hinsicht, dass das Hochtonelement mit dieser Schaltung unzerstörbar wäre.
Für die QUAD-Endstufe 303 mit ihren relativ moderaten 45 Watt Ausgangsleistung reicht diese Massnahme noch aus; als Walker 1975 die wesentlich leistungsstärkere Endstufe 405 vorstellte, sah man für diejenigen QUAD-Liebhaber, die diese Endstufe mit ihren alten ESL-55 betreiben wollten, eine kleine Schaltungsänderung innerhalb der Endstufe vor: Ein einfach einzusetzender Widerstand begrenzte die Spannung am Ausgang der 405 auf einen dem ESL zuträglichen Maximalwert.
Grundsätzlich kann zu dieser Thematik gesagt werden: Man kann generell zunächst jede Endstufe an den ESL-55 anschliessen (natürlich macht es keinen Sinn bzw. wird niemand hingehen und eine 1,2 kW PA-Endstufe anschliessen...), den nötigen Respekt vor Ihren Lautsprechern und ein wenig Vorsicht vorausgesetzt, wird den Lautsprechern nichts passieren. Kritisch wird es insbesondere dann, wenn im Überlastungsfall Signalanteile mit starkem Klirranteil und Rechteckstruktur entstehen. Auch bei dynamischen Lautsprechern bedeutet dies, da zusammen mit dem Klirranteil jede Menge Oberwellen und damit mehr "Stress" für den Hochtöner erzeugt werden, oft den Ausfall des Hochtöners. Auch der ESL-55 nimmt eine solche Behandlung ziemlich krumm - unerheblich ist dabei, an welcher Komponente in der Anlage die Verzerrung entsteht - erheblich ist jedoch in welcher Lautstärke das verzerrte Signal wiedergegeben wird.
Der Lautsprecher mit seinem etwas merkwürdigen Aussehen wurde ab Werk in 2 verschiedenen Ausführungen angeboten: In schwarz (schwarzes Gitter, schwarze Holzseitenteile, Rahmen und Füsse schwarz), sowie in bronze (bronzefarbenes - siehe unten- Gitter, Holzseitenteile und Füsse natur, Rahmen schwarz). Die charakteristischen Aluminiumgitter wurden zwar von einem Zulieferer gestanzt und gekantet, jedoch bei QUAD lackiert, was, wie an anderer Stelle schon einmal ausgeführt wurde, dazu geführt hat dass es starke Farbschwankungen innerhalb eines Farbtons gab. Bei der mit "bronze" bezeichneten Version sind demnach von kupferfarben über gold bis zu beige alle möglichen Varianten zu finden. Die Füsse sind häufig bei gebrauchten Lautsprechern nicht mehr mit dabei - konstruktionsbedingt brechen sie auch häufig ab - der Lautsprecher sollte jedoch unbedingt hochgestellt werden, da ohne Füsse die Tieftonwiedergabe deutlich schlechter ist!
Das hintere Gitter ist zur Erzielung eines höheren Schalldrucks im Bassbereichs von innen mit einer starken Schicht Filz beklebt.
Varianten gibt es interessanterweise auch bei den Netzsteckern bzw. dem Netzeingangsfeld: Es gibt Varianten mit Netzschalter und ohne, sowie mit Kontrolleuchte oder ohne. Im Lauf der Fertigung sind nicht weniger als 4 verschiedene Netzbuchsen verbaut worden: Zuerst die 3-polige runde Buchse von Bulgin (diese Stecker sind heute kaum noch zu bekommen!), später dann zwei Varianten Heiss-gerätesteckerartige Verbinder und bei den letzten Lautsprechern mit rechteckiger Kontrolleuchte dann die auch heute noch gebräuchlichen Kaltgerätesteckverbinder.
Wie klingt er denn nun, der QUAD? Eigentlich eine überflüssige Fragestellung - stand er doch lange Zeit bei der "deutschen Grammophon" als Referenzmonitor in den Studios, in denen klassische Aufzeichnungen abgemischt wurden. Böse Zungen sagen dem Lautsprecher nach, er würde keinen Bass wiedergeben - das kann man sicherlich so nicht stehen lassen, dennoch kann man guten Gewissens sagen, dass der Lautsprecher bei der Wiedergabe von Stimmen und akustischen Instrumenten voll seine Stärken zeigen kann. Dies bedeutet, dass der Lautprecher sich mit Kammermusik eher zufriedengibt als mit grossorchestralen Werken mit Brachialdynamik - weiterhin ist der Lautsprecher eher für akustischen Jazz geeignet als z.B. für Popmusik mit hohen Pegeln und grossem Anteil an synthetischen Instrumenten.
In diesem Kontext sei auch nochmal die Dauerbelastbarkeit von 12 Watt erwähnt, was sicherlich auch nicht ausreichend ist, um grössere "Beschallungen" zu fahren.
Jede weitere Beschreibung des Klangs würde misslingen - man sollte den Lautsprecher einfach gehört haben, um die Faszination zu verstehen. Ohnehin sind solche subjektiven Wahrnehmungen wie Klang nur schwer mit objektiven Kriterien zu beschreiben.
Ein weiterer Aspekt sollte nicht unerwähnt bleiben: Es gibt eine Variante des QUAD ESL auf dem Markt, die von der deutschen Traditionsschmiede Braun gebaut wurde. Der Lautsprecher lief bei Braun unter der Modellbezeichnung LE-1 und benutzte, obwohl er äusserlich überhaupt keine Assoziation zum QUAD darstellt, im wesentlichen QUAD-Technik. Das von Dieter Rams persönlich gestaltete Modell war nur in einer Variante erhältlich, von 1959 an wurde der Lautsprecher in Kronberg in einer Auflage von nur 500 Paaren hergestellt; der Sammlerwert eines solchen guterhaltenen Exemplars ist heute entsprechend hoch. Ursprünglich für den Betrieb mit dem CSV13 konzipiert - dieser Verstärker besitzt eigens dafür vorgesehene mehrpolige Anschlussbuchsen, die gleichermassen NF-Signale und Betriebsspannug zum Lautsprecher übermitteln - kann der LE-1 auch mit jedem anderen Verstärker gefahren werden. In dem robusten Leichtmetallrahmen findet man ebenfalls 3 Elemente in der gleichen Anordnung wie auch im ESL-55; aus Platzgründen - der LE-1 ist wesentlich flacher - war man jedoch gezwungen, ein eigenes Netzteil, sowie einen eigenen Eingangstransformator zu bauen. Letzerer unterscheidet sich denn auch in einigen Merkmalen vom "originalen" ESL-Trafo, was zu einer gegenüber dem "originalen" ESL leicht abweichenden Tonalität des Lautsprechers führt.
Flächenstrahlern wird pauschal eine sehr gute und transparente Wiedergabe, allerdings auch häufig auch eine überdurchnittliche Reparaturanfälligkeit und Unzuverlässigkeit nachgesagt. Sicherlich ist ein derart allgemeines Urteil nicht in jedem Fall zutreffend: Zwar gibt es eine Menge Flächenstrahler mit "Serienmacken", z.B. die früheren Magnepan-Magnetostaten oder aber auch bestimmte Modelle von Martin Logan, die Langlebigkeit hängt jedoch stark von der "Behandlung" des jeweiligen Lautsprechers ab. Richtig ist natürlich, dass in einem elektrostatischen Lautsprecher gerade durch die enthaltenen aktiven Elemente (Hochspannungsnetzteil, usw.) einige potentielle Fehlerquellen mehr enthalten sind als im klassischen dynamischen Mehrweglautsprecher mit seinen wenigen passiven Bauelementen.
Was bedeutet das nun alles für die QUAD-Elektrostaten? Die ESL-55 sind natürlich inzwischen in die Jahre gekommen, selbst die letzten Modelle sind mittlerweile über 20 Jahre alt, die meisten jedoch älter. Pflegliche Behandlung vorausgesetzt, kann ein solcher Lautsprecher auch heute noch hervorragend spielen! Die pflegliche Behandlung impliziert bei diesem Lautsprecher, dass er sein Lautsprecherleben möglichst trocken, staub- und vor allem nikotinarm, und - last but not least - ohne Überlastung von der Verstärkerseite verbringen durfte. Wichtig auch in diesem Zusammenhang: Wenn ein ESL-55 längere Zeit nicht am Netz angeschlossen war, sollte man dem Lautsprecher unbedingt mehrere Stunden Zeit zum "aufladen" gönnen, bevor ein Musiksignal angelegt wird! Neben der Tatsache dass ein "ungeladener" Lautsprecher miserabel spielt, können bei derartigen Experimenten recht schnell Schäden an den Elementen verursacht werden! Einmal angeschlossen, sollte der Lautsprecher immer am Netz bleiben (Stromaufnahme ökologisch vertretbar---), um direkt spielbereit zu sein; von daher ist der Netzschalter bei einer der Bauserien eigentlich Makulatur.
Alle aufgeführten potentiellen Schadensursachen können einen Defekt der Wandlerelemente zur Folge haben; am ehesten ist wegen des geringen Elektrodenabstandes das Mittel-Hochtontonelement gefährdet. Ein Hochspannungsüberschlag zwischen Stator(en) und Wandlerfolie kann ein Loch in die Folie brennen, was zur Folge hat, dass das Element danach permanent Nebengeräusche erzeugt ("knistern") und/oder die Musikwiedergabe deutlich gestört ist (leiser, verzerrt). Ein solches Element ist nicht reparabel und muss ausgetauscht werden. QUAD stellt nun seit etwa Mitte der 90er Jahre keine Elemente mehr her, seitdem haben sich viele Leute mehr oder weniger erfolgreich mit der Neuherstellung oder auch Restauration defekter Elemente beschäftigt. Darüberhinaus gibt es reichlich DIY-Literatur zu diesem Thema, und unzählige Internetpublikationen, die z.T. in unserer Linkliste aufgeführt sind. Besonders viel Mühe hat sich Sheldon D. Stokes gegeben, der seine Erkenntnisse schon seit Jahren im Netz publiziert. Offensichtlich derzeit führend in der Restauration defekter Elemente ist Steve Williams von Onething audio
(siehe Linkliste).Zwischen 1957 und 1985 wurden gesamt 54.000 Paare dieses Lautsprechers hergestellt.
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