Hintergrund • Frequenzweichen und ihre Funktionen

Das Innere des Lautsprechers

 erstellt am 08.08.2013 von Torsten Pless
Nicht nur Größe und Konstruktionsart entscheiden über den Klang eines Lautsprechers, auch dessen Inneres hat großen Einfluss auf die Wiedergabequalität. Wir beschäftigen uns mit dem Teil, der die Frequenzen an die Lautsprecher verteilt.

Lautsprecher – es gibt sie in den unterschiedlichsten Größen, Formen und Farben, aber auch mit unterschiedlicher Chassisanzahl. Baut man selbst einen, ist der einfachste Weg einen Lautsprecher in eine gewöhnliche Kiste einzusetzen. Selbst auf eine herkömmliche Frequenzweiche lässt sich dabei gut und gerne verzichten. Schaut man sich hingegen professionelle Lösungen an stellt man schnell fest, dass diese meist aus mehreren Lautsprechern pro "Box" bestehen. Herkömmliche Breitbandlautsprecher mit großen schweren Tieftonmembranen haben oft das Problem den schnellen Bewegungen hoher Frequenzen nicht standhalten zu können. Dies kann zu Partialschwingungen auf der Membranoberfläche führen.
 
Sehr kleine Chassis-Typen, für die hochfrequente Wiedergabe, können wiederum nicht mit der Höhe an Leistung eines Tieftöners betrieben werden. Im schlimmsten Fall würde dies zur mechanischen Zerstörung und dem Durchbrennen des Lautsprechers führen. Da ein einzelnes Lautsprecherchassis nicht den kompletten Frequenzbereich mit gleicher akustischer Leistung wiedergeben kann, werden in Hi-Fi-Speakern meist mehrere verbaut. So sind in einem klassischen 2-Wege-System der Tieftöner für die Grundtöne und der Hochtöner für die Obertöne verantwortlich. Eine mögliche Frequenzauftrennung könnte etwa bei zwei Kilohertz (kHz) erfolgen. 3-Wege-Lautsprecher verfügen über einen zusätzlichen Mitteltöner, mit dem sich die gegenseitige Frequenzübernahme noch präziser gestalten lässt.

Auftrennung

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Gut zu erkennen sind hier Spule, Widerstand und Kondensator
Bild: Auerbach Verlag

Für die Verteilung auf die einzelnen Wege ist die sogenannte Frequenzweiche zuständig. Sie nimmt die eingehenden Signale entgegen und teilt sie der entsprechenden Anzahl an Chassis zu. Grundsätzlich wird die Frequenzweiche in passiver und aktiver Bauweise unterschieden, wobei die Aktivvariante sowohl analog als auch digital aufgebaut sein kann. Eine klassische passive Frequenzweiche besteht rein aus passiven Bauelementen wie Spulen, Kondensatoren und Widerständen, die auf einer Leiterplatte angeordnet sind.
 
Diese sitzt im Signalweg zwischen dem Leistungsverstärker und den Chassis, innerhalb des Lautsprechergehäuses. Auch die Platzierung im Signalweg unterscheidet beide Varianten voneinander. Die aktive Frequenzweiche, wie sie etwa in Aktivlautsprechern vorkommt, sitzt vor dem Leistungsverstärker, sodass die eigentliche Signalauftrennung bereits vor der Verstärkung geschieht. Jedes Chassis eines Aktivlautsprechers benötigt daher seine eigene Frequenzweiche, die wiederum über eine eigene Endstufe verfügt.

Ordnung halten


Die eigentliche Frequenzaufteilung auf der Weiche wird durch verschiedene elektrische Filter realisiert, die mit steigender Ordnung aufwändiger zu berechnen und zu konstruieren sind. Die einfachste Form der Frequenzaufteilung einer 2-Wege-Weiche geschieht über einen Filter erster Ordnung. Das Tieftönersignal passiert lediglich eine Spule, das an den Hochtöner gerichtete hingegen einen Kondensator. Induktivität und Kapazität der zu verwendenden Bauteile lassen sich mit entsprechenden Formeln berechnen. Ebenso einfach wie deren Kalkulation erfolgt die Frequenzgangkorrektur der Weiche. Das Überschneiden von Hoch- und Tieftonbereich kann derweil zu hörbaren Interferenzen zwischen den Chassis führen.
 
Die Abtrennung des benachbarten Frequenzbereiches wird mit sechs Dezibel (dB) pro Oktave beschrieben. Häufiger vorzufinden sind Frequenzweichen mit zwölf dB pro Oktave, welche auch als Filter zweiter Ordnung bekannt sind. Mit steigender Ordnung nehmen auch der Berechnungsaufwand und der Materialeinsatz zu. Bei zu hoher Flankensteilheit nimmt jedoch wiederum das Impulsverhalten der Filter ab und nimmt hörbaren Einfluss auf die klangliche Wiedergabe. Filter bis zur vierten Ordnung werden jedoch noch häufig in Hi-Fi-Lautsprechern verbaut. Ein Blick in das Gehäuseinnere kann also niemals schaden, denn je aufwändiger das Frequenzweichendesign ausfällt, desto homogener gelingt die Wiedergabe.

Die Informationen in diesem Artikel basieren auf sorgfältiger Recherche und geben den Sachstand zum Zeitpunkt der Erstveröffentlichung wieder. Spätere Entwicklungen oder Updates sind aus diesem Grund unter Umständen nicht berücksichtigt. Für Hinweise auf möglicherweise überholte Informationen sind wir dankbar.
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