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1. Einleitung: Aufbau

Lautsprecher > Hifi-Lautsprecher

www.hifilounge.eu kann und will keine Hörerfahrung ersetzen. Es ist zwingend notwendig unterschiedliche Lautsprecherkonzepte zu hören um die eigenen Vorlieben zu erkennen. Es sollte immer bedacht werden: Lautsprecher dienen der genussvollen Musikwiedergabe - wenn das Bauchgefühl bei einer Anlage nicht stimmt, wird Diese nie wirklichen Musikgenuss bereiten. Egal wie  beeindruckend das Datenblatt ist. Warm glimmende Röhren im Verstärker und ein hübsches Holzfurnier bei den Boxen sind für viele Besitzer von Hifi-Anlagen wichtiger als ein perfektes Abstrahlverhalten. Und diese Einstellung ist richtig.

Aber: Stimmt die Aussage von diversen Hifi-Gurus, dass es nicht möglich ist, anhand von technischen Daten und Messkurven den Klang eines Lautsprechers zu erkennen?

Die Menschheit ist in den Weltraum geflogen, erforscht mit gigantischen Teilchenbeschleunigern die Quantenphysik und in der Lage auf einer Handtellergroßen Festplatte eine ganze Bibliothek zu speichern. Lautsprecher aber gehorchen nicht den Gesetzen der Physik?

Jede der Aussagen sollte korrigiert werden. Nicht die Menschheit entwickelt moderne Teilchenbeschleuniger oder moderne Festplatten. Jede dieser Meisterleistungen wurde von wenigen spezialisierten Experten vollbracht. Auch die Anzahl an Astronauten ist bisher überschaubar.
Bei der Beurteilung von Lautsprechern ist es ähnlich. Nur wenige Menschen haben ein umfangreiches technisches Verständnis und die nötige Hörerfahrung um Lautsprecher beurteilen zu können. Dazu veröffentlichen die wenigsten Hersteller vollständige und aussagekräftige Messungen ihrer Produkte - und nicht wenige Messungen sind geschönt. Auch für fortgeschrittene Hifi-Freaks ist Probehören daher Pflicht.

Wer das nötige Grundwissen hat, kann aber nach einem Blick auf das Datenblatt schnell den gröbsten Schrott bei den Lautsprechern der favorisierten Preisklasse aussortieren. Das Probehören kann auf die wirklich interessanten Modelle beschränkt werden.
Zwei Grundsätze sollten berücksichtigen werden:

1. Eine gute Anlage klingt nicht. Die Anlage gibt genau das wieder, was auf der CD ist. Ohne Verfärbungen, Verzerrungen, ohne etwas wegzulassen, ohne etwas hinzuzufügen.
2. Der Lautsprecher spricht, der Raum antwortet. Beides zusammen ist der Klang. Einen Lautsprecher kann man nur im Zusammenspiel mit dem Raum beurteilen. Ein Lautsprecher der in einem Raum hervorragend klingt, kann im nächsten Raum eine einzige Katastrophe sein. Ein Vergleich von Lautsprechern sollte immer im gleichen Raum stattfinden.


Das Probehöhren beim Händler im direkten Vergleich zu anderen Lautsprechern ist natürlich ein wichtiger Schritt. Viele Händler verleihen Lautsprecher zusätzlich über das Wochenende, damit der Kunde ausprobieren kann, wie der Lautsprecher im heimischen Wohnzimmer klingt. Ist das nicht möglich: Es gibt es immer noch den Internetversand mit Rückgaberecht.

Aber ein Schritt nach dem anderen. Zunächst soll der grundlegende Aufbau von modernen Lautsprechern dargestellt werden. Aktuelle Lautsprechertechnik kann musikalischen Hochgenuss bieten - aber sie ist auch ein interessantes Themengebiet um sich einzulesen und aus der Hifi Anlage ein anspruchsvolles und spannendes Hobby zu machen.

2.1 Grundaufbau von Lautsprechern

Der schematische Aufbau von Passivlautsprechern ist in der nachfolgenden Abbildung dargestellt.



Abbildung 1: Innerer Aufbau eines Passivlautsprechers


Der Endverstärker wird mit Lautsprecherkabeln an das Terminal angeschlossen. Die Frequenzweiche ist eine elektrische Schaltung und teilt das Musiksignal in hohe, mittlere und tiefe Töne auf. Diese werden dann von Tieftöner, dem Mitteltöner und dem Hochtöner ausgegeben.


Der Hoch-, Mittel- und Tieftöner verwandeln elektrische Signale in Schall und werden als Chassis bezeichnet.


Die Aufgabe des Chassis ist es, die Luft in periodische Schwingungen zu versetzen - wonach die bewegte Luft das Trommelfell im menschlichen Ohr zum Schwingen bringt. Als zentrales Element des Lautsprechers steht dem Chassis hierzu die sogenannte Membran zur Verfügung. Bewegt sich die Membran, bewegt sich auch die Luft vor der Membran.




Abbildung 2:Aufbau Konuslautsprecher

In Abbildung 2 sieht man den schematischen Aufbau eines Chassis - hier ein sogenannter Konuslautsprecher. Die Membran wird durch die weiche Zentrierspinne und die ebenfalls weiche Gummisicke an Ort und Stelle gehalten, die lose Befestigung lässt Spielraum für kolbenförmige Bewegungen von der Einheit aus Schwingspulenträger/Spule/Membran.


Der Antrieb für das Chassis ist die (Schwing-)Spule. Diese besteht aus dünnem um den Schwingspulenträger gewickelten Draht. Durch diese Spule fließt der vom Hifi-Verstärker gelieferte elektrische Strom. Das alleine würde noch nicht für mechanische Schwingungen reichen, allerdings befindet sich die Spule in einem extrem starken Magnetfeld, welches durch den massiven Permanentmagneten im unteren Bereich des Bildes erzeugt wird. Dieses Magnetfeld übt auf die stromdurchflossene Schwingspule die magnetische Lorentzkraft aus. Diese Kraft zwingt den beweglichen Teil des Lautsprechers (die Membran, den Schwingspulenträger und natürlich die Schwingspule) zu kolbenförmigen Bewegungen.

Wer Probleme hat sich diesen Vorgang vorzustellen sei die Seite: http://animagraffs.com/loudspeaker/ empfohlen. Hier sind einige sehr gut gemachte (bewegte) Animationen zu sehen.


Konuslautsprecher werden meist für die Wiedergabe von tiefen bis mittleren Tönen eingesetzt. Für hohe Töne sind es meist Kalottenlautsprecher wie nachfolgend gezeigt.




Abbildung 3:Aufbau Kalottenlautsprecher


Die bewegliche Membran von Kalottenlautsprechern ist in den meisten Fällen nach außen gewölbt und besteht oft aus dünnem Metall, Keramik oder Gewebe. Wie auf dem Bild zu erkennen ist, sind Kalotten in der Regel nur einmal weich aufgehängt. Ansonsten sind die Ähnlichkeiten zu einem Konuslautsprecher nicht zu leugnen: den hinteren Teil des Kalottenlautsprechers bildet analog zum Konuslautsprecher ein Permanentmagnet, die Antriebskraft ist wieder die magnetische Lorentzkraft, welche auch hier auf die Schwingspule ausgeübt wird.

Kalottenhochtöner eignen sich hervorragend, um den Schall sehr breit gefächert und gleichmäßig abzustrahlen, gerade bei hohen Tönen (=hohen Frequenzen). Weil bei hohen Frequenzen nur sehr wenig Hub benötigt wird, ist die sehr puristische Aufhängung völlig ausreichend. Das breite Abstrahlverhalten kann man wenn gewünscht mit “Hörnern” bündeln - mehr dazu später. Der Kalottenhochtöner hat auch wegen seiner geringen Größe wenig Probleme mit Partialschwingungen, er schwingt beinahe kolbenförmig.

Die meist größeren Konuslautsprecher stoßen bei hohen Tönen auf Probleme. Bei hohen Frequenzen treten Biegeschwingungen der Membran auf, sogenannte “Partialschwingungen”. Zur effektiven
Schallerzeugung kann so nur noch ein Teil der Membran genutzt werden, Frequenzgang, Klirrfaktor und Abstrahlverhalten werden negativ beeinflusst.

Mehrwegelautsprecher und Breitbänder


Bezüglich der Chassisverwendung gibt es zwei Unterschiedliche Ansätze.

Breitbandlautsprecher decken mit einem einzigen breitbandigen Chassis den kompletten hörbaren Frequenzbereich ab. Bei höheren Frequenzen schwingt die Membran nicht mehr Kolbenförmig sondern verbiegt sich. Der Hersteller versucht  in der Regel frequenzselektiv die Biegeschwingungen auf eine für die Abstrahlung optimierte Teilregion der Membranfläche zu kanalisieren.  So gesehen werden die Biegeschwingungen als Frequenzweiche verwendet.
• Bei Mehrwegelautsprechern
werden analoge oder digitale elektrische Schaltungen verwendet um das Signal frequenzabhängig auf ein oder mehrere für die Frequenz optimiertes Chassis aufzuteilen. Die Anzahl der Aufteilungen wird als "Wege" bezeichnet. Ein Drei-Wegelautsprecher hat somit Chassis die in drei unterschiedlichen Frequenzbereichen arbeiten. Es kann dabei durchaus sein, dass z.B. mehrere Basslautsprecher oder Hochtöner parallel arbeiten um höhere Schallpegel oder besondere Abstrahlcharakteristika zu ermöglichen. Ein Lautsprecher mit vier Chassis kann somit durchaus ein Dreiweger sein.



Abbildung 4: Die Kef Reference 1 ist ein Beispiel für einen Mehrwegelautsprecher


Breitbänder und Mehrwegelautsprecher haben jeweils eigene Vor- und Nachteile. Bei Breitändern wären das

• Breitbandkonzepte eignen sich ideal für einfach umzusetzende und preiswerte Selbstbaulautsprecher. Als Beispiel sei das leicht mit Google zu findene Projekt "Das Viech" genannt.
• Bei Kleinstlautsprechern sind Breitbänder oft die einzig sinnvolle Lösung.
• Der Schall wird von einem akustischen Zentrum abgestrahlt. Besonders bei kurzen Hörentfernungen ist dies vorteilhaft. Es gibt jedoch
Mehrwegelautsprecher mit koaxialer Anordnung der Treiber die diesen Vorteil ebenfalls bieten.
• Es gibt bei Mehrwegelautsprechern Zuständigkeitskonflikte in den Übergangsbereichen wo zwei Chassis parallel spielen, hier kann es
zu Interferenzen zwischen den Treibern kommt. Auch hier ist ein Breitbänder oder eine koaxiale Anordnung der Lautsprecher vorteilhaft.
• Negativ
bei Breitbändern ist der Dopplereffekt. Aus dem Alltag ist dieser z.B. von Krankenwagensirenen bekannt welche eine andere Tonhöhe haben wenn sie sich auf den Hörer zu oder von ihm wegbewegen. Entsprechende Dopplerverzerrungen treten auch bei Breitbändern wenn diese hohe Töne übertragen und gleichzeitig für die Basswidergabe starke Hubbewegungen ausführen müssen.
• Die Hersteller versuchen zwar die Partialschwingungen konstruktiv zu benutzen und das Chassis im Partialschingungsbereich als Biegewandler zu verwenden. Frequenzgangunebenheiten, Einschnürungseffekte bei der Abstrahlung und nichtlineare Verzerrungen treten trotzdem auf.

• Breitbänder bieten konstruktiv bedingt eine breite Abstrahlung bei tiefen
Frequenzen und eine deutliche Bündelung bei hohen Frequenzen. Das liegt darin begründet, dass das Verhältnis von Wellenlänge zu Membrandurchmesser mit steigender Frequenz immer kleiner wird. Der Reflektionsschall ist in einem realen Hörraum hörbar grundtonlastig verfärbt.


Insgesammt sind Mehrwegesysteme technisch überlegen.
Die gängigen Großserienhersteller von kommerziell erhältlichen Lautsprechern bauen hauptsächlich Mehrwegesysteme.

Nachfolgend ist ein Mehrwegelautsprecher von Technics mit einigen interessanten konstruktiven Details zu sehen.


Abbildung 5: Mehrwegelautsprecher von Technics mit konventionellem Bass (unten) und koaxialem Mittel/Hochtöner (oben) auf einer Messe


Der untere Lautsprecher ist ein Konus-Basslautsprecher. Dieser Konuslautsprecher hat jedoch zwei Zentrierspinnen! Die zweite Zentrierspinne hilft bei hohen Lautstärken (und dementsprechend starken Hubbewegungen) die Schwingspule sicher und kolbenförmig zu führen.

Der obere Lautsprecher entpuppt sich bei näherer Beobachtung nicht als ein sondern als gleich zwei ineinander liegende Lautsprecher! In der Mitte des oberen Lautsprechers ist ein Kalottenlautsprecher mit einer eigenen kleinen Schwingspule untergebracht - um den Kalottenhochtöner ist ein Konus-Mitteltöner gebaut - ein Koaxiallautsprecher!.

Neben den trickreichen Chassis findet sich ein Bassreflexrohr. Angeregt vom rückwärtigen Schall des Tieftonlautsprechers kann  die Luft in dem Reflexrohr bei einer bestimmten Frequenz in Resonanz geraten - ähnlich wie bei einer Flöte. Der Bass wird durch diesen Resonator preisgünstig und effektiv verstärkt.

Der üppige Einsatz von Dämmwolle vermindert Probleme mit Reflexionen im Gehäuse.



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