Lautsprecherbox

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Als Lautsprecherbox bezeichnet man die Einheit von Lautsprecher(n) und Gehäuse. Sie enthält im Allgemeinen – neben Verkabelung und Anschlussbuchsen – auch eine Frequenzweiche und Dämmstoff. Im Sprachgebrauch werden Lautsprecherboxen oft vereinfachend „Lautsprecher“ genannt, obwohl letztere Bezeichnung genaugenommen nur für den einzelnen Wandler steht.

Lautsprecherboxen („Studiomonitore“)

Einteilungen[Bearbeiten]

Lautsprecherboxen lassen sich gemäß vieler Kriterien differenzieren, die einander oftmals überschneiden. Je nach Interessenskreis (Anwender, Fachpresse, Hersteller) gibt es eine schwer überschaubare Anzahl von Bezeichnungen, die zudem nicht immer technisch informativ sind.

Einteilung nach HiFi und PA[Bearbeiten]

Eine erste grobe Trennung kann nach „Heimgebrauch“ (HiFi) und „öffentlichem“ Einsatzzweck vorgenommen werden.

Lautsprecher zur Beschallung von Konzerten und ähnlichem müssen speziellen Anforderungen genügen: Neben der möglichst hohen Schallausbeute (Maximallautstärke) stehen Robustheit und Funktionalität im Vordergrund. PA-Boxen („Public Address“) müssen rauen Einsatzbedingungen standhalten (Witterung, Transport, häufiger Auf- und Abbau), und auch die Handhabung (Gewicht, eventuelle Stapelbarkeit) spielt eine wesentliche Rolle; Größe und Aussehen als ästhetische Fragen sind zweitrangig.

Die Trennlinie zwischen privatem und professionellem Einsatz ist schon schwerer zu ziehen. In Veranstaltungshallen, Kirchen oder Ausstellungsräumen kommen Boxen zum Einsatz, die zwar nicht PA-Bedingungen genügen müssen, dafür aber akustischen Besonderheiten; meist geht es dabei um die Vermeidung von Nachhall und sonstige Zentrierung der Wiedergabe (zum Beispiel bei „Soundduschen“[1]). Während solche Boxen nur einen Teil des Hörspektrums abdecken, sind bei Studio-Monitoren wiederum HiFi-Qualitäten gefragt.

Die hier weiter folgenden Einteilungen nehmen hauptsächlich auf HiFi-Anwendungen Bezug.

Einteilung nach Größe[Bearbeiten]

Die bloßen Dimensionen einer Lautsprecherbox sagen wenig über ihre Wiedergabequalitäten aus. Generell gilt, dass vor allem für tiefe Frequenzen (Bass) bei gleicher Lautstärke deutlich mehr Luftvolumen verschoben werden muss; größeren Lautsprechern in größeren Gehäusen fällt diese Aufgabe tendenziell leichter.

Desktop-Lautsprecher[Bearbeiten]

Sie dienen der Wiedergabe von Computer-Klanginformationen, zum Beispiel der Tonspur von Websites oder Spielen. Da am Schreibtisch (englisch desk) wenig Platz ist und die Nähe keine hohen Lautstärken erfordert, sind sie meist nicht größer als ein Getränkekarton. Aufwändigere Versionen werden mit einem zusätzlichen kleinen Subwoofer geliefert.

Die billige Ausführung vieler handelsüblicher Geräte (Plastikgehäuse, geringe Abmessungen) lässt praktisch keine HiFi-Wiedergabe zu. Gleiches gilt für viele Soundbars und Dockingstationen (iPod, Smartphone).

Kompaktlautsprecher[Bearbeiten]

Im Außenmaß können solche Boxen vier oder auch vierzig Liter Volumen haben; entsprechend vielfältig sind die angebotenen Typen und Bezeichnungen. Gemeinsam ist ihnen, dass sie – als sogenannte Vollbereichslautsprecher – annähernd das gesamte menschliche Hörspektrum abdecken (sollen) und dass sie zur angemessenen Positionierung eine erhöhte Standfläche benötigen.

Die einfachsten Versionen sind mitgelieferte Boxen bei Kleinanlagen. Sie bieten oft keine HiFi-Wiedergabe.

Regallautsprecher reklamieren mehr Anspruch. Oft wird dieser Ausdruck für Boxen verwendet, die wegen ihrer geringen Größe eben „ins Regal passen“. Echte Regallautsprecher sind für eine wandnahe Aufstellung optimiert: sie bieten erst dann einen ausgewogenen Frequenzgang, wenn angrenzende Flächen die Abstrahlung im Tief- und Mitteltonbereich unterstützen. Eine solche Abstimmung hat nichts mit der sonstigen Qualität zu tun; für freie Aufstellung konzipierte Boxen liefern im Regal unerwünschte Schallanteile („Blähbass“), und eventuell rückseitig angeordnete Bassreflexrohre verlieren ihre Funktion.

HiFi-Kompaktlautsprecher im engeren Sinne unterscheiden sich in Bezug auf Preis und Qualität kaum von Standboxen. Sie benötigen lediglich einen Ständer zur vertikal korrekten Positionierung (Faustregel: Hochtöner auf Ohrhöhe, also ca. einen Meter über dem Boden).

Studiomonitore sind hochwertige HiFi-Kompaktlautsprecher, die zusätzlich auf einen linearen Frequenzgang im Nahfeldbereich hin optimiert wurden, also auch bei geringeren Hörabständen als im üblichen Stereodreieck einen ausgewogenen Frequenzgang liefern. In Werbeprospekten wird der Begriff manchmal irreführend für schlichte Kleinboxen verwendet.

Standlautsprecher[Bearbeiten]

Standboxen sind meist mindestens 90 cm hoch, benötigen zur korrekten Positionierung also keinen zusätzlichen Unterbau: Sie „stehen“ eben auf dem Boden. Das Spektrum reicht von kleinen, zierlichen Säulen bis hin zu übermannshohen Konstruktionen mit hunderten Litern Volumen.

In Bezug auf bestmögliche Klangreproduktion auch bei höheren Pegeln sind Standlautsprecher die erste Wahl; in dieser Kategorie finden sich auch die teuersten HiFi-Boxen. Da jedoch die Dimension des zu beschallenden Raumes eine entscheidende Rolle spielt, können große Boxen in kleinen Zimmern schlechtere Ergebnisse liefern als hochwertige Kompaktlautsprecher.

Einteilung nach Anzahl der Boxen[Bearbeiten]

Falls man Radioapparate und Ähnliches nicht als Spezialfall einer „Aktivbox mit zusätzlicher Elektronik“ betrachtet, sind Einzelboxen im Heimgebrauch auf Kleingeräte wie Soundbars beschränkt.

Stereo[Bearbeiten]

Die Zweikanal-Variante ist die klassische Version zur räumlichen Wiedergabe (Stereofonie). Es kommen dabei zwei baugleiche Boxen – manchmal mit spiegelbildlicher Chassisanordnung, falls diese nicht symmetrisch ist – zum Einsatz.

Das Stereopaar kann durch einen oder mehrere Subwoofer ergänzt werden. Wenn die Stereoboxen von vornherein für eine solche Kombination gedacht sind, nennt man sie Satelliten: Ihr unterer Übertragungsbereich endet dann mit dem Grundton-Spektrum, etwa um 80 Hz. Die Kombination wird auch als „Sub/Sat-System“ bezeichnet.

Grundsätzlich profitieren beliebige Vollbereichs-Boxen ebenso von Subwoofer-Unterstützung, wenn die klangliche Anpassung stimmt (Pegelabgleich, Phasenlage).

Mehrkanal[Bearbeiten]

Dass sich die räumliche Abbildung noch deutlich verbessern lässt, wenn sich mehrere Lautsprecherboxen rund um den Hörplatz verteilen, ist evident – vorausgesetzt allerdings, auch die Aufzeichnung enthält bereits entsprechend unterschiedliche Tonspuren. An dieser Vorgabe scheiterte letztlich das in den 1970er-Jahren eingeführte Quadro-System; nach dem Umweg über Kino-Formate fanden jedoch seine Nachfolger als Mehrkanal-Systeme auch Eingang in den Heimgebrauch. Heute werden solche Boxengruppen meist zur Wiedergabe von Filmton rund um Fernsehgeräte eingesetzt.

Bei allem Durcheinander der Bezeichnungen („Surround“, „Pro Logic“, „DTS“, „THX“, „7.1“, etc.) lassen sich hier im Wesentlichen vier Arten von Lautsprecherboxen unterscheiden:

  • die Frontlautsprecher („Hauptlautsprecher“, „Main Speaker“) entsprechen den üblichen Stereoboxen (siehe oben)
  • die Centerbox („Center Speaker“) wird mittig vor dem Hörplatz positioniert und dient hauptsächlich zur Wiedergabe des Stimmenspektrums
  • Effektlautsprecher („Rear Speaker“) links und rechts hinter dem Hörplatz decken meist nur einen begrenzten, mittleren Frequenzbereich ab
  • Subwoofer geben nur die tiefsten Frequenzen wieder; da diese akustisch nicht direkt ortbar sind, ist die Positionierung solcher Lautsprecher relativ unkritisch

Am Gebräuchlichsten sind sogenannte 5.1-Systeme, bestehend aus je zwei Front- und Effektboxen sowie einem Subwoofer und einer Centerbox. Es gibt jedoch auch wesentlich aufwendigere Gruppierungen, mit fünf Vollbereichs-Lautsprechern, vier Effektboxen (siehe „7.1“) und einer Vielzahl von Subwoofern.

Zweiwege-Kompaktboxen
Dreiwege-Standbox mit zwei Mitteltönern und seitlichem Tieftöner

Einteilung nach Anzahl der Wege[Bearbeiten]

Dafür ist in erster Linie die Frequenzweiche in der Box ausschlaggebend. Die bloße Anzahl von Lautsprechern ist für diese Kategorisierung nicht maßgeblich.

Mit einem einzigen Lautsprecher lässt sich das gesamte Hörspektrum nur schwer wiedergeben. Große Membranflächen, die das für Bässe nötige Luftvolumen verschieben können, bündeln den Schall bei höheren Frequenzen stark; Konusmembranen haben zudem mit Partialschwingungen zu kämpfen. Kleine Membranflächen können raschen Auslenkungen leichter folgen und weisen ein besseres Rundstrahlverhalten auf, schwächeln aber bei der Basswiedergabe.

Aus diesem Grund werden Lautsprecher („Chassis“) seitens ihrer Hersteller vorzugsweise für die Reproduktion spezifischer Frequenzbereiche optimiert. In Lautsprecherboxen finden sich daher meist mehrere Lautsprecher unterschiedlicher Formen. Die Boxenhersteller ihrerseits entscheiden, welche Bereiche den einzelnen Chassis dort dann tatsächlich zugewiesen werden – und zwar mittels der Frequenzweiche, die das Verstärkersignal in getrennte Wege („Zweige“ genannt) aufteilt.

Nun kann man mit einem Frequenzweichenzweig natürlich auch mehrere Lautsprecher ansteuern; andererseits benötigen Lautsprecher wie Koaxialchassis mehr als einen solchen Zweig.

Breitbänder-Box[Bearbeiten]

Eigentlich müsste sie „Einwege-Box“ heißen; im Sprachgebrauch ist die Bezeichnung Breitbandlautsprecher üblich. Es handelt sich um eine Box, in der ein einzelner Wandler für die gesamte Wiedergabe zuständig ist. Meist ist das Gehäuse als Horn oder Transmission Line ausgeführt, um den rückwärtig abgestrahlten Bassanteil möglichst effizient zu nutzen.

Zweiwege-Box[Bearbeiten]

Hier kommen im Allgemeinen ein Bass/Mittelton- und ein Hochtonlautsprecher zum Einsatz. Nach diesem System sind die meisten Kompaktboxen aufgebaut.

Zweieinhalbwege-Box[Bearbeiten]

„Halber Weg“ bedeutet, dass sich zwei der Frequenzzweige überschneiden (teilweise parallel arbeiten). In der Praxis handelt es sich meist um eine Box mit drei Lautsprechern: Einem Hochtöner und zwei baugleichen Bass/Mitten-Wandlern, wobei einer davon nur den Tieftonbereich abdeckt, der zweite aber Tiefton und Mitten.

Dreiwege-Box[Bearbeiten]

Hier wird der Frequenzbereich in drei Zweige aufgeteilt. Wie das Bild rechts[2] zeigt, können dabei auch mehr als drei Lautsprecher zur Anwendung kommen: Die beiden Mitteltöner der Box arbeiten parallel am gleichen Zweig. (Ihre Gruppierung um den Höchtöner nennt man D’Appolito-Anordnung.)

Sonstige[Bearbeiten]

Nach diesem Schema lässt sich beliebig fortfahren. Lautsprecherboxen mit mehr als drei Wegen finden sich eher im oberen Preissegment. Das Zusammenspiel mehrerer Wandler abzustimmen erfordert jedoch hohen Aufwand: Frequenzweichen können die Abschnitte nicht wie Tortenstücke unterteilen, es gibt stets mehr oder weniger breite Überlappungsbereiche. Die Probleme bezüglich Harmonisierung von Lautstärke, Phasenlage und vielem Anderen mehr addieren sich mit jedem weiteren Zweig. Zur HiFi-getreuen Wiedergabe gehört jedoch ein möglichst linearer Frequenzgang, und zwar nicht nur unmittelbar vor der Box, sondern auch seitlich, etwa im 30°-Winkel. Im Gegensatz zu Multiweg-Konstruktionen – wie sie in den 1980er Jahren beliebt waren – werden daher heute bei qualitativ hochwertigen Boxen nur mehr so viele Wandler und Zweige eingesetzt, wie effektiv nötig.

Einteilung nach Gehäuse-Bauart[Bearbeiten]

Neben seiner schlichten Halterungsfunktion für die Chassis dient das Gehäuse dazu, die Wiedergabecharakteristik der Lautsprecher zu beeinflussen; vor allem zur Verstärkung des Tieftonbereiches:

  • Geschlossene Gehäuse beschränken sich dabei weitgehend auf die Unterbindung des akustischen Kurzschlusses
  • Bassreflex-Gehäuse nützen zudem den rückwärtig abgestrahlten Schallanteil, indem sie einen Bassreflexkanal als Resonator einsetzen; man erkennt sie an dem typischen „Loch“
  • Transmissionline-Gehäuse sind im Inneren als ein sich hinter dem Chassis verjüngender Kanal aufgebaut; eine schmale Queröffnung gibt den zusätzlichen Bassanteil wieder
  • Horn-Gehäuse erreichen das Ziel quasi umgekehrt: Die Schallführung beginnt innen eng und erweitert sich immer mehr, bis hin zum großen, sichtbaren Hornmund

Im letztern Fall ist allerdings meist ein „backloaded horn“ gemeint. Auch die anderen Typen können in Aufbau und Erscheinungsbild stark variieren.

Der Beeinflussung des frontseitig abgestrahlten Schalls wiederum dienen nicht nur – zur Verstärkung – verschiedene Hornkonstruktionen, sondern beispielsweise auch Rundumstrahler: Hier geht es um gleichmäßiges Abstrahlverhalten, was meist über Dispersionskegel realisiert wird.

Aktiv und passiv[Bearbeiten]

Typische Passivboxen bekommen das Signal von einem externen Verstärker an die Eingangsbuchsen geliefert und verteilen es über die Frequenzweiche an ihre Lautsprecher. Als Aktivboxen bezeichnet man Lautsprecherboxen mit eingebautem Verstärker (sie benötigen also eine zusätzliche Energieversorgung). Es gibt auch sogenannt „teilaktive“ Boxen, deren Verstärker zum Beispiel nur den Tieftonbereich speist, während Mittel- und Hochtöner extern angesteuert werden.

Das bekannsteste Beispiel für eine Aktivbox ist der (aktive) Subwoofer, wie er in üblichen Surroundanlagen zum Einsatz kommt. Auch Funkboxen – die das Signal also nicht über Kabel erhalten – haben eingebaute Leistungsverstärker.

Die technisch korrekte Differenzierung zwischen „aktiv“ und „passiv“ ist jedoch komplizierter. Als „aktiv angesteuert“ bezeichnet man einen Lautsprecher nämlich dann, wenn sich zwischen dem Ausgang des Leistungsverstärkers – egal, ob der nun in die Box eingebaut ist oder nicht – und den Anschlüssen des Chassis keine Frequenzweichenbauteile befinden. Der Vorteil eines solchen Betriebes liegt in der besseren Kontrolle des Lautsprechers durch den Verstärker (höherer Dämpfungsfaktor). Eventuelle Bearbeitungen des Frequenzbereiches finden im Signalweg vor der Endstufe statt.

Beim klassischen Subwoofer trifft das zu: Ihm genügt ein NF-Signal vom Ausgang eines Vorverstärkers oder Ähnlichem (optionale „Hi Level“-Anschlüsse transformieren Endstufen-Signale auf NF-Niveau). Dann bearbeitet eine aktive Schaltung den Frequenzgang, und der Lautsprecher wird direkt vom Ausgang des Subwooferverstärkers angesteuert. Mehrwege-Boxen mit nur einem eingebauten Verstärker für alle Chassis hingegen fallen unter Passivbetrieb, weil sich vor den Lautsprechern noch eine Weiche befindet.

Bi-Wiring und Bi-Amping[Bearbeiten]

Bi-Wiring-Terminal
(mit zusätzlicher Anpassungsmöglichkeit des Hochtonpegels)

Lautsprecherboxen, die über mehr als einen „Weg“ verfügen (siehe weiter oben), weisen am Terminal manchmal mehr als die zwei grundsätzlich nötigen Anschlüsse – für Plus und Minus – auf. Dadurch lassen sich die einzelnen Lautsprecher wahlweise getrennt ansteuern. In der Standardkonfiguration sind die gleichpoligen Buchsen jeweils gebrückt (kurzgeschlossen); entfernt man die Verbinder, eröffnen sich zwei Möglichkeiten, nämlich Bi-Wiring und Bi-Amping.

Bi-Wiring („Doppelverkabelung“) bedeutet, jeden Lautsprecher über ein eigenes Kabel mit dem Verstärker zu verbinden. Von speziell für den jeweiligen Frequenzbereich ausgewählten Leitern erwartet man sich Klangverbesserungen. Beim Bi-Amping wird jeder Lautsprecher zusätzlich von einer eigenen Verstärker-Endstufe angetrieben. Hier ist der mögliche Klangvorteil offensichtlich: Wenn – gerade bei höheren Lautstärken – etwa der Tieftöner seine Endstufe mit hohem Strombedarf belastet, bleibt der Hochtonzweig davon unberührt. So können beispielsweise für höhere Frequenzen auch Röhrenverstärker zum Einsatz kommen (denen man eine besonders angenehme Feinzeichnung nachsagt, die aber für deftige Bässe – grob gesprochen – zu wenig Energie liefern).

Im Grunde müssten diese Betriebsarten „Multi-Wiring“ beziehungsweise „Multi-Amping“ heißen, da eine Box mehr als zwei Lautsprecher enthalten kann; in der Praxis verfügen entsprechende Terminals auch über mehr als vier Anschlüsse.

Frequenzweiche[Bearbeiten]

Hauptartikel: Frequenzweiche
Schaltplan einer passiven Zweiwege-Frequenzweiche
(12dB/Okt, mit Pegelabsenkung des Hochtonzweiges)

Diese Bauteilgruppe beeinflusst das Audiosignal, um eine möglichst lineare Frequenzwiedergabe der Box zu erzielen. Im Allgemeinen geht es darum, einzelnen Lautsprechern unterschiedliche Frequenzbereiche zuzuweisen. Die einfachste Form einer nachgeschalteten Passivweiche in einer Zweiwege-Box besteht aus einer Spule im Signalweg des Tiefmitteltöners und einem Kondensator vor dem Hochtöner: Die zwei – jeweils in Serie zum Lautsprecher geschalteten – Bauteile sorgen dafür, dass höhere Frequenzanteile vom Tiefmitteltöner und niedrigere vom Hochtöner abgehalten werden.

In der Praxis sind sowohl Wirkungsweise als auch Aufbau der Weiche meist deutlich komplexer. Passivweichen beinhalten neben Spulen und Kondensatoren fast immer auch Widerstände – zum Beispiel, um einen höheren Wirkungsgrad des Hochtöners auszugleichen, ihn also im Pegel an die anderen Lautsprecher anzupassen. Da die Frequenztrennung auch nicht wie ein abruptes „Abschneiden“ funktioniert, überlappen einander die einzelnen Zweige stets mehr oder weniger; hier kommt die Flankensteilheit der Filter zum Tragen. Je „schärfer“ die Trennung ausfallen soll, desto mehr Bauteile werden benötigt. Je steiler die Filterflanke jedoch wird, desto ausgeprägter treten Effekte wie Phasendrehung und Überschwinger auf. Beim Aufbau einer guten HiFi-Weiche sind zudem nicht nur die individuellen Parameter der Lautsprecher zu berücksichtigen, sondern auch der Einfluss des Gehäuses auf die Basswiedergabe (abhängig vom Konstruktionsprinzip) und der Abstrahlwinkel der Lautsprecher (je nach Art der Gehäusefront).

Frequenzweichen können darüber hinaus nicht nur die Grenzen der Signalbereiche festlegen, sondern auch Unregelmäßigkeiten im Frequenzgang ausgleichen, etwa über Saug- oder Sperrkreise. Selbst Breitbandlautsprecher haben meist eine Frequenzweiche – obwohl der Name in diesem Fall unsinnig erscheint, decken in solchen Boxen doch Einzelwandler das gesamte Spektrum ab: Hier handelt es sich dann um reine Sperrkreise, die Überhöhungen im Frequenzgang nivellieren.

All das betrifft in erster Linie sogenannt nachgeschaltete Passivweichen, also Bauteilgruppen, die sich im Signalweg zwischen Endstufe und Lautsprecher befinden. Verfügt jeder Wandler der Box über einen eigenen Verstärker, kann man eine Passivweiche auch vor dessen Eingang positionieren; die Bauteile müssen dann völlig anders dimensioniert werden. Diese Variante ist aber äußerst selten. Als vorgeschaltete Weichen kommen üblicherweise Aktivweichen zum Einsatz, also elektronische Schaltungen, die mit Operationsverstärkern arbeiten. In jedem Fall gilt, dass die Bezeichnungen „aktiv“ und „passiv“ hier vom Prinzip her nichts mit der Einteilung in Aktiv- oder Passivboxen (siehe weiter oben) zu tun haben.

Nachgeschaltete Passivweichen sind bei Lautsprecherboxen die am weitesten verbreitete Form. Trotz ihres grundlegenden Einflusses auf den Klang wird seitens der Hersteller von Fertigboxen an dieser Bauteilgruppe oft gespart: Hochwertige Bauteile sind teuer, bleiben jedoch quasi unsichtbar.

Dämmung und Dämpfung[Bearbeiten]

Diese beiden Maßnahmen werden gerne verwechselt; nicht zuletzt, weil das als „Boxendämmstoff“ verkaufte Material meistens der Schalldämpfung dient.

Bei der Dämmung geht es darum, die Ausbreitung von Schall durch die Gehäusewände hindurch zu unterbinden, diese also vom Mitschwingen abzuhalten. Am wirkungsvollsten sind hier möglichst massive Gehäuse aus schwerem (dichtem) Material. Zusätzlich können innen Dämmstoffe wie Bitumenplatten, Fliesen oder Bleischrotmatten angebracht werden. Weitere Möglichkeiten sind Gehäuseversteifungen (Innenstreben) und mehrlagiger Aufbau der Wände, möglichst aus verschiedenen Materialien. In der Praxis kommen dabei meist Holzfaserplatten aus MDF oder Pressspan zum Einsatz; es gibt aber auch Gehäuse aus Aluminium, Schiefer, Beton und anderem mehr.

Die Dämpfung hingegen soll verhindern, dass bestimmte Frequenzen des membranrückseitig abgestrahlten, innen reflektierten Schalls ihren Weg nach draußen finden – durch bassverstärkende Öffnungen wie Reflexrohre, aber auch durch die Membran(en) selbst hindurch. Dämpfende Stoffe (Polyesterwatte, Schafwolle, offenporiger Schaumstoff) absorbieren die Schallenergie, indem sie sie in Wärme umwandeln. Art und Menge der gewählten Materialien hängen vom Zusammenspiel der Lautsprecher mit dem Gehäuse ab: Zu starke Dämpfung behindert die Basswiedergabe (reine Subwooferboxen zum Beispiel benötigen keine Dämpfstoffe); zugleich bewirken solche Stoffe eine virtuelle Vergrößerung des Gehäuse-Innenvolumens, was sich wiederum auf die Tieftonabstimmung der Box auswirkt.

Bei manchen Materialien kommen beide Effekte zum Tragen: Sandgefüllte Gehäusewände und Kammern etwa dämmen die Box nicht nur durch ihr Gewicht, sondern auch, weil über die Bewegung der Körner ein Teil der Energie in Wärme umgewandelt wird.

Zur Vermeidung von Resonanzen, die durch die Geometrie des Gehäuses hervorgerufen werden (stehende Wellen im Inneren), eignen sich andere Maßnahmen oft besser als die Anbringung von Dämpfungsmaterial. Neben der Vermeidung großer paralleler Flächen über schräge oder gekrümmte Wände können hier „interne Helmholtz-Absorber“ zum Einsatz kommen. Sie eignen sich vor allem zur Absorption der vertikalen Hauptresonanz bei typischen quaderförmigen Standboxen, dämpfen aber auch einzelne Stehwellen im Verlauf von Horn- und Transmissionline-Gehäusen sehr effektiv.

Arten von Lautsprecherfronten[Bearbeiten]

Die Gestaltung der Lautsprecherfront, d. h. die Form des Frontpanels wie die Lage von Grenzflächen (Kanten) des Gehäuses wirken sich, wenn sie nicht wesentlich größer als die Wellenlänge sind, entscheidend auf den Direktfrequenzgang und die Richtcharakteristik aus.

Die Auswirkungen der Lautsprecherfront auf den Frequenzgang eines ansonsten idealen Lautsprechers können bei ungünstigen Formen (die man ab und zu sogar in der Praxis findet) beträchtlich sein. Möglich sind Schwankungen im Bereich zwischen −1 dB und +10 dB. Auf einer unendlich großen Schallwand montiert, hätte der Lautsprecher einen exakt linearen Frequenzgang bei +6 dB. Kleine, kantige, zum Lautsprecher symmetrische Gehäuse sind ungünstig. Große, abgerundete oder angefaste, mit leichten Asymmetrien versehene Gehäuse zeigen einen deutlich gutmütigeren Frequenzgang, der sich vergleichsweise einfach entzerren lässt. Diese Entzerrung nennt man Schallwandentzerrung oder Baffle-Step-Entzerrung.

Eine geschickte Schallwandgestaltung führt zu einem ähnlich gutmütigen Verlauf wie der einer Kugel, der zu einem Direktschallfrequenzgang von ±0,5 dB führt. Allerdings bleibt ein negativer Effekt bestehen. Für hohe Frequenzen wird insgesamt weniger Schall in den Raum abgestrahlt als für tiefe Frequenzen, weil bei hohen Frequenzen nur der vordere Halbraum angeregt wird, bei tieferen Frequenzen dagegen der gesamte Raum.

Flache Schallwand/Halbraum-Strahler/Vollraum-Strahler[Bearbeiten]

Lautsprecherbox mit pyramidenartigem Gehäuse (veraltete Vierwege-Konstruktion)

Lautsprecher können auf einer flachen Schallwand montiert sein. Sie sollten dabei eingelassen sein, da Kanten zu zusätzlichen Reflexionen und damit Welligkeiten des Frequenzganges führen. Ist die Schallwand wesentlich kleiner als die Wellenlänge (was z. B. meistens im Bassbereich der Fall ist), wird die Schallenergie in einen Raumwinkel von 4\pi abgestrahlt, d. h. in den Vollraum. Ist die Schallwand wesentlich größer als die Wellenlänge (was z. B. überwiegend im Hochtonbereich der Fall ist), wird die Schallenergie in einen Raumwinkel von 2\pi abgestrahlt, d. h. in den Halbraum. Der Schallpegel erhöht sich dabei um 6 dB (kohärentes Überlagern der Schallquelle und der gespiegelten Phantomschallquelle), die Schallleistung aber nur um 3 dB.

Der Übergang zwischen diesen beiden Verhaltensweisen wird als Baffle Step bezeichnet, für einen linearen Direktschallfrequenzgang muss er entzerrt werden, indem dem Lautsprecher für tiefere Frequenzen 6 dB mehr Energie zugeführt wird. Die ins Diffusfeld abgegebene Strahlungsenergie steigt dabei um 3 dB.

  • Montage auf einer kleinen Schallwand:
Bei Montage eines Lautsprechers auf einer kleinen Schallwand, die nicht wesentlich größer als die Wellenlänge ist, erhält man einen sogenannten 4\pi-Strahler. Übliche Lautsprecher arbeiten im Tief- und Grundtonbereich in dieser Betriebsart.
  • Montage auf Schallwand:
Bei Montage eines Lautsprechers auf einer großen Schallwand erhält man einen 2\pi-Strahler. Der Schalldruck steigt um 6 dB, die abgestrahlte Schallleistung um 3 dB.

Wandeinbau[Bearbeiten]

Die Schwankungen der Direktivität im Bass (2\pi), Grundton (4\pi) und Mittenbereich (2\pi) kann man durch wandnahe Aufstellung, Aufbau an der Wand oder Wandeinbau eliminieren. In diesem Fall ist in jedem Frequenzbereich der Lautsprecher (maximal) ein 2\pi-Strahler, d. h. er hat einen Richtfaktor von 3 dB. Allerdings muss dann die Box auf diese Aufstellung abgestimmt sein. Bei Aktiv-Monitoren ist dazu häufig ein Bass-Equalizer vorhanden (nicht zu verwechseln mit Bass-Roll-Off).

Wave-Guide/flaches Horn[Bearbeiten]

  • Wave-Guide: Auch kurzes Horn genannt. Gegenüber einem 2\pi-Strahler wird die Schallabstrahlung in eine flache Mulde gelegt. Das erhöht den Kennschalldruck in dB/W/m. Geeignete Formgebung sorgt für eine konstante Bündelung im Arbeitsbereich und umgeht die Probleme der Kantendiffraktion an den Gehäusekanten.

Klassisches (langes) Horn[Bearbeiten]

  • Klassische Horn-Lautsprecher: Der Lautsprecher wird über ein langes Horn an die Umgebung angekoppelt, was neben der Schallbündelung – im Gegensatz zum Waveguide – mit einer Verbesserung der Anpassung der Strahlungswiderstände verbunden ist. Mit einem Horn-Lautsprecher können sehr hohe Kennschalldrücke von >100 dB/W/m erreicht werden, allerdings steigt – außer bei sehr großen Systemen – die Gefahr von Resonanzen und Nichtlinearitäten. Hornlautsprecher sind bei richtiger Dimensionierung zudem in der Lage, eine über die Frequenz konstante Richtwirkung zu generieren, da sie entlang des Hornverlaufes, vom Hornhals bis zum Hornmund, der Wellenfront alle Membrandurchmesser zur Verfügung stellen.

Früher besaßen Kinos Hornlautsprecher hinter der Leinwand, deren Öffnung das Format dieser besaß. Diese Systeme kamen mit ihrem hohen Wirkungsgrad der geringen Verstärkerleistung entgegen, boten jedoch eine vergleichsweise hohe Tonqualität. Für Stereofonie sind sie nicht geeignet.

Reproduktionsfehler durch Raumakustik[Bearbeiten]

Verfärbung des Direktschalls[Bearbeiten]

Der auffälligste Reproduktionsfehler eines Lautsprechers ist eine Verfärbung des Direktschalls. Um die Auswirkungen auf den Klang besser abschätzen zu können, wird üblicherweise über 1/6-Oktave gemittelt. Es interessieren dabei vor allem die Abweichungen im Bereich von 100 Hz bis 10 kHz, dort sind Werte um ±1 dB hörbar. Unterhalb von 100 Hz und oberhalb von 10 kHz lässt die Empfindlichkeit auf Pegelfehler nach, der Frequenzgang oberhalb von 15 bis 17 kHz ist nur noch von geringer Relevanz.

Für die Beurteilung des Direktschalls sollten die zur Konstruktion gehörigen Bodenreflexionen im Grundton- und Bassbereich mit berücksichtigt werden. Obwohl es sich um Diffusschall handelt, ist dieser Anteil zum einen nur sehr gering verzögert (bei 3 Meter Abstand und 80 cm Höhe des Tieftöners z. B. 0,3 ms), zum anderen spätestens bei Standboxen fester Bestandteil der Konstruktion.

Laufzeitfehler[Bearbeiten]

Gruppenlaufzeit eines passiven 3-Wege-Systems mit 2 Tieftönern, Tiefmitteltöner und Hochtöner

Die Wahrnehmbarkeit von Laufzeit- und Phasenfehlern ist Frequenzabhängig, jedoch ist umstritten ab welchem Betrag sie wahrnehmbar sind.

Schmalbandige Resonanzen[Bearbeiten]

Schmalbandige Resonanzen (etwa des Gehäuses) verursachen nur geringe Fehler im Direktschallfrequenzgang und in der Gruppenlaufzeit, aber hörbare Veränderungen bei Einschwingen von Musikinstrumenten.

Doppelräumigkeit[Bearbeiten]

Aufnahmen „sehen“ im Allgemeinen zwei Räume, bevor sie zum Ohr gelangen:

  • Aufnahmeraum im Studio/Konzertsaal,
  • Wiedergaberaum zu Hause.

Selbst wenn beide Räume den gleichen Klang haben, beeinflusst Doppelräumigkeit den Klang negativ (etwa bei einer Eigenaufnahme, die im Wohnzimmer aufgenommen und dann dort wieder abgespielt wird).

Step-Response eines passiven 3-Wege-Systems mit 2 Tieftönern, Tiefmitteltöner und Hochtöner
Wasserfall-Diagramm eines passiven 3-Wege-Systems mit 2 Tieftönern, Tiefmitteltöner und Hochtöner
Horizontale Bündelung als Isobarendarstellung für ein passives 3-Wege-System mit 2 Tieftönern, Tiefmitteltöner und Hochtöner

Spezielle Anwendungen[Bearbeiten]

  • Subwoofer sind Spezial-Lautsprecher zur Unterstützung von kompakteren Vollbereichslautsprechern am unteren Frequenzende.
  • PA-Lautsprecher (PA steht für Public Address) werden zur Beschallung von Konzerten und Veranstaltungen verwendet.
  • Studiolautsprecher dienen bei der Musikproduktion zum Abhören auch unfertiger Mischungen und Einzelsignale.
  • Spritzwassergeschütze bzw. Unterwasser-Lautsprecher sind Lautsprecher, die feuchtigkeitsresistent sind bzw. an die Erfordernisse der Schallabstrahlung unter Wasser optimiert sind.

Weitere Komfortfunktionen[Bearbeiten]

  • Fernbedienung
  • Lautstärkereglung (bei digitaler Zuspielung erforderlich)
  • Umschalten zwischen verschiedenen Frequenzgängen und Abstrahlverhalten
  • Temperaturüberwachung der Lautsprecher, um Zerstörung zu vermeiden, gegebenenfalls Trennfrequenzen anzupassen und temperaturabhängige Parameter zu kompensieren
  • Überwachung der Membranauslenkung, um Zerstörung zu vermeiden und gegebenenfalls Trennfrequenzen anzupassen

Literatur[Bearbeiten]

  • Dickason, Vance: Lautsprecherbau. Erweiterte und überarbeitete Neuauflage. ISBN 3-89576-116-8
  • Dickreiter, Michael: Handbuch der Tonstudiotechnik. Sehr umfangreich, fast 1.000 Seiten, 2 Bände. ISBN 3-598-11320-X
  • Stark, Berndt: Lautsprecher-Handbuch. 8. überarbeitete Auflage. ISBN 3-7905-0904-3
  • Walz, Georg: Lautsprecherboxen erfolgreich selbst bauen. 2. Auflage. ISBN 3-7723-5894-2
  • Olson, H. F.: "Direct Radiator Loudspeaker Enclosures", Journal of the Audio Engineering Society Vol. 17, No. 1, 1969 October, pp. 22-29.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Parabollautsprecher im Ausstellungsbereich
  2. Canton Karat 770 DC auf der Website des Herstellers

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Lautsprecher – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien