Kling & Freitag: Neue Klangerlebnisse dank 3D-Druck von Formlabs

Professionelle Beschallungssysteme sind extrem kleinteilig und deswegen zeit- und kostenintensiv in der Produktion. Das deutsche Unternehmen Kling & Freitag modernisiert die Audiobranche mithilfe des 3D-Drucks.

Gastbeitrag von David Lakatos, Chief Product Officer bei Formlabs

Der große Saal der Elbphilharmonie in Hamburg bietet Platz für bis zu 2.100 Zuschauer:innen. Je nach Sitzposition verändert sich der Blick auf die Bühne, die Klangerfahrung sollte aber für alle Besucher:innen gleich sein. Dafür braucht es professionelle Lautsprecher- und Beschallungssysteme, die Live-Events zu einem wahren Klangerlebnis machen. Für die einheitliche Saalbeschallung ist die Expertise der Tontechnik gefragt.

Die Beschallungstechnik selbst sowie deren Einrichtung sind komplex. Um ein professionelles Beschallungssystem planen und umsetzen zu können, ist es wichtig, gewisse Parameter des Veranstaltungsraums zu kennen. Dazu gehören die Maße des Publikumsbereichs und der Bühne, verwendete Materialien und die Art der Publikumspositionierung.

Das Ziel eines akustischen Beschallungssystems ist es, möglichst den gesamten Raum mit dem gleichen Schalldruckpegel zu versorgen. Dafür darf die Beschallung nicht auf die Wände oder andere Hindernisse zielen. Denn dies kann zu Reflexionen führen, welche wiederum den Klang negativ beeinflussen. Gleichzeitig sollten Bodenflächen für Künstler:innen und ihre Instrumente möglichst freigehalten werden. Somit zählen auch kurze Kabelwege und eine platzsparende Anordnung der Lautsprecher zur professionellen Planung einer Soundinstallation.

Einzigartige Lautsprecherteile aus dem 3D-Drucker

Das Lautsprechersystem, bestehend aus Lautsprechern und Leistungsverstärkern, ist das Herzstück eines Beschallungssystems. Vor allem die Qualität der Lautsprecher entwickelt sich ständig weiter, weshalb es bei deren Design und Herstellung einer umfassenden Marktkenntnis bedarf. Das Hannoveraner Unternehmen Kling & Freitag fertigt seit 1991 hochwertige Lautsprecher und stattet damit Theater, Stadien und eben auch Konzerthäuser wie den Großen Konzertsaal der Hamburger Elbphilharmonie (2018) aus.

André Figula ist Design-Ingenieur bei Kling & Freitag. Das Unternehmen beschäftigt sich bereits seit Anfang der 2000er Jahre mit der additiven Fertigung. Mithilfe des 3D-Drucks hat es einen Alleskönner unter den Lautsprechern entwickelt. Der PIA M ermöglicht in jeder akustisch anspruchsvollen Umgebung einen identischen Schalldruckpegel. Dafür sorgt das sogenannte Hochtonhorn oder auch Waveguide aus der additiven Fertigung. Die vier vertikal verstellbaren Horn-Arrays lassen nicht sich nur nach oben und unten kippen. Durch ihr ausgeklügeltes mechanisches Design ermöglichen sie unterschiedliche Öffnungswinkel zwischen den einzelnen Wellenformern. Eine gleichmäßige Pegelverteilung lässt sich so im gesamten Klangraum realisieren, ohne Kompromisse bei der Montageposition oder -höhe einzugehen.

Jeder Veranstaltungsraum hat seine eigene Akustik. Somit gibt es kein Patentrezept für die Aufstellung der Lautsprecher für ein optimales Klangergebnis. Üblicherweise bedarf dies Zeit, um durch Probieren die beste Position der Lautsprecher herauszufinden. Die gleichbleibende Klangqualität ist beim mobilen Einsatz in wechselnden Räumlichkeiten oder für unterschiedliche Publikumsgrößen eine besondere Herausforderung. Durch die ausgeklügelte Mechanik des PIA M können Tontechniker:innen die Akustik immer wieder neu anpassen und so für eine gleichmäßige Pegelverteilung über das jeweilige Publikum sorgen. Daher eignet sich dieser Lautsprecher besonders für temporäre Zwecke wie Messen oder Open-Air-Veranstaltungen.

Mit Rapid Prototyping zum optimalen Klang

Kling & Freitag nutzt sowohl für die Prototypenentwicklung als auch die Serienfertigung das 3D-Druckverfahren des selektiven Lasersinterns (SLS) mit dem Fuse 1 von Formlabs. SLS findet in einem Pulverbett, meist unter Verwendung eines Nylonpulvers, statt. Das Pulver befindet sich in der sogenannten Baukammer. Hier schmilzt ein Laser Schicht für Schicht einzelne Partikel des Pulvers und verbindet sie zu einer dreidimensionalen Struktur. Das umgebende Pulver wirkt dabei stabilisierend, sodass keine zusätzlichen Stützstrukturen notwendig sind. Zur Nachbearbeitung sind lediglich einige kurze Schritte erforderlich.

Der SLS-3D-Druck ermöglicht den Einsatz in der Produktentwicklung und -fertigung. Anwender:innen profitieren besonders davon, dass sie Teile während der Entwicklungsphase in kürzester Zeit flexibel optimieren können. Für die komplexe Tontechnik ist die Prototypenfertigung ein entscheidender Schritt der Produktentwicklung. Die hauseigenen 3D-Drucker des Hannoveraner Unternehmens verwandeln Ideen in realistische Konzepte und entwickeln diese zu Prototypen in hoher Originaltreue weiter. In Zusammenarbeit mit externen Dienstleistern müsste Kling & Freitag ungefähr acht Wochen für jeden Iterationsschritt in einem durchschnittlichen Prototyping-Verfahren warten. In dem additiven Fertigungsprozess müssen Ingenieur:innen lediglich die neuste Variante in einer CAD-Software erstellen und auf den Drucker hochladen. In kurzer Zeit druckt der 3D-Drucker das funktionsfähige Teil. So können Unternehmen Komponenten testen, flexibel entwickeln und verbessern. Inzwischen ist die additive Fertigung seit 20 Jahren ein fester Bestandteil der Produktion und Entwicklung bei Kling & Freitag.

„Den Waveguide des PIA M Lautsprechers hätten wir ohne den Fuse 1 nicht auf den Markt bringen können“, sagt Design-Ingenieur André Figula. Aufgrund ihrer komplexen Form wäre die Herstellung dieser verstellbaren Horn-Arrays mittels eines Spritzgussverfahrens sehr anspruchsvoll und teuer geworden. Deshalb nutzte Kling & Freitag den SLS-3D-Druck hier nicht nur für das Rapid Prototyping, sondern auch zur Serienproduktion dieser Lautsprecherkomponente.

Das additive Verfahren in der Fertigung

Für die Produktion und Entwicklung von komplexen Soundsystemen und Lautsprechern bringt die additive Fertigung klare Vorteile mit sich. Mithilfe des 3D-Druck können Ingenieur:innen einzelne Teile im Rapid Prototyping mit hochspezialisierten Anforderungen schnell, flexibel und kostengünstig entwickeln. Ist der Entwicklungsprozess erfolgreich abgeschlossen, steht auch einer Serienproduktion via 3D-Druck nichts im Wege. Dank der technologischen Möglichkeiten der modernen additiven Fertigung entstehen also die Herzstücke des Beschallungssystems so simpel wie nie zuvor. Diese Vorteile nutzt auch Kling & Freitag und arbeitet bereits an weiteren Innovationen, damit ihre Beschallungssystem auch in Zukunft inspirierende Klangereignisse schaffen können.