SPECIAL: AREA DVD-Lautsprecherlexikon - Tipps+Erklärungen rund um das Thema Lautsprecher

26.04.2010 (cr)

Die Themen  Lautsprecherkauf, Lautsprecheraufstellung und Lautsprecher-Verwendung in der Praxis sind gerade für weniger versierte Anwender ein "Buch mit sieben Siegeln". Wir möchten in diesem Special etwas Licht ins Dunkel bringen und erklären in alphabetischer Reihenfolge wichtige Begriffe, die mit dem Themenkomplex Lautsprecher zusammenhängen, und geben Ratschläge für die Anwendung in der Praxis. 

Aktiver Lautsprecher

Lautsprecher mit eingebauter Endstufe, entsprechend: Aktiver Subwoofer, Basslautsprecher mit eingebauter Endstufe. Ein aktiver Subwoofer findet bei 5.1-, 6.1- oder 7.1.Heimkinosystemen Verwendung. Der aktive Subwoofer ist durch den .1-Kanal gekennzeichnet, ihm werden nur die tiefen Frequenzen zugeführt. Daher ist der .1-Kanal kein Vollfrequenzkanal.

Aktiver Subwoofer

Aktiver Subwoofer des Teufel Theater 200 

Der aktive Subwoofer ist Bestandteil bei einem Großteil an Mehrkanal-Lautsprechersystemen. Er verfügt über eine eingebaute Endstufe, die dem AV-Verstärker oder -Receiver Arbeit im leistungsintensiven Bassbereich abnimmt. Der aktive Subwoofer wird überlicherweise mit dem Sub-Vorverstärkerausgang am AVV oder AVR verbunden. Es gibt verschiedene Arten aktiver Subwoofer: Geschlossene Gehäuse und Bassreflexwoofer, Subwoofer, deren Membran nach vorn abstrahlt (Frontfire) oder nach unten (Downfire sowie Subwoofer, die noch eine 2. passive Membran besitzen. Der aktive Subwoofer sollte im der Theorie nur Frequenzen wiedergegeben, die so tief sind, dass das menschliche Ohr den Ursprungsort nicht mehr orten kann. Ergo - sollte man den aktiven Subwoofer auch frei im Raum platzieren können. Das ist in der Praxis aber nicht immer so - oftmals kann der aktive Subwoofer geortet werden, was für ein unausgewogenes Klangbild sorgt. Dies ist gerade bei falscher Eingepegelung sowie falscher Justage der Übernahmefrequenz der Fall. Auch sehr leistungsschwache Exemplare, die sich ständig im Grenzbereich bewegen und dabei Verzerrungen produzieren, sind  einfach im Raum akustisch zu orten. Wir raten zudem nicht zu einer Aufstellung direkt in der Raumecke, da die Bassintensität zwar zunehmen wird, sich aber durch die Aufstellung bedingte Unsauberkeiten und Präzisionsverluste ins Klangbild mischen. Am besten ist der aktive Subwoofer vorn zwischen den beiden Front-LS aufgehoben. Man kann auch 2 aktive Subwoofer verwenden. 2 Subwoofer, vorn jeweils anschliessend an die Innenseite der Fronts untergebracht, bieten eine homogenere Bassausbreitung mit höherer Intensität. Weiterer Vorzug: es können 2 kompakte und leicht unterzubringende Subwoofer anstatt eines großen verwendet werden. Und: Es agieren die beiden kleinen Subs auch schneller, da sich die meist kleinere Membranfläche beim Erhalt des Impulses schneller in Bewegung setzt und weniger zum Nachschwingen neigt.

Anpassung der Klangcharakteristik

Kippschalter bei der Nubert nuVero14 

Wer die Klangcharakteristik seiner Box mit dem eigenen Geschmack und mit dem Hörraum in einklang bringen möchte, kann sich mit verschiedenen Nubert-Modellen anfreunden. Je nach Serie können Hochton-, Mittelon- und Tieftonbereich per Kippschalter angepasst werden (bei verschiedenen nuVero Modellen sogar alle 3 Frequenzbereiche).

Arbeitsprinzip des Lautsprechers

Bei fast allen Arten von Lautsprechern übernimmt eine schwingende Membran die Abstrahlung des Schalls. Die Form der Membran kann unterschiedlich sein, in der Praxis gebräuchliche Formen sind beispielsweise die Kalotte, der Konus oder die Flachmembran sowie das Bändchen. Die Membranen Membranen bestehen aus unterschiedlichen Materialen bzw. Material-Mixen. Hier kochen die Hersteller meist ihr eigenes "Süppchen", jeder nimmt für sich in Anspruch, enorm leichte und gleichzeitig hochfeste Membranen zu konstruieren. Beides ist wichtig - die Leichtigkeit vor allem deshalb, da die Impulstreue besser ist, wenn nur wenig Gewicht in Bewegung bzw. in Schwingungen versetzt werden muss. So kann der anliegende Impuls ohne Verzögerung umgesetzt werden. Für Präzision und Belastbarkeit ist dann die Steifigkeit wichtig. Sehr oft findet man Kalotten-oder Konus-Konstruktionen vor. Meist sind Membranen flach trichterförmig zulaufende Gebilde, die am Rand eine Verdickung aufweisen. Das Zentrum wölbt sich typischerweise in Form einer Kugel nach außen.

Hochtonkalotte mit Abdeckung bei der Nubert nuVero14 

Auch Konusmembranen kommen oft zum Einsatz (Im Bild: KEF XQ40)

In den meisten Fällen soll die Membran ganzflächig und gleichmäßig bewegt werden. Die beabsichtige Arbeitsweise ist jedoch in allen Fällen ähnlich: Die Membran arbeitet wie ein Kolben, der vor- und zurückschwingt. Dabei verdichtet und entspannt die Membran die angrenzende Luft, so dass Schallwellen entstehen und nach den anfänglich genannten Prinzipien ausbreiten. Dieses Verhalten wird im Allgemeinen nur bei - in Relation zur Membranfläche - tiefen Frequenzen erreicht. Bei höheren Frequenzen hingegen befinden sich bei höheren Frequenzen in Gebieten, in denen eine saubere kolbenförmige Ausführung bei der Hubbewegung nicht mehr gewährleistet ist. Dieses Phänomen ist als Partialschwingung bekannt. Die Partialschwingungen setzten somit auch eine Grenze für den Nutzungsbereich der jeweiligen Membran. Wenn Bündelungs- und Resonanzerscheinungen massiv zunehmen, kann man die Membran im Sinne eines guten Klangbildes nicht mehr weiter arbeiten lassen. Durch eine geschickte Auswahl des verwendeten Werkstoffs können Membranen ein hohes Maß an innerer Dämpfung aufweisen, die für ein effektives Verringern der ungewünschten Partialschwingungen sorgt. Die obere Nutzungsgrenze der Membran wird dann nicht mehr durch etwaige Partialschwingungen definiert, sondern durch die durch die Geometrie begründete Schallbündelung oder durch Gegebenheiten, die mit dem magntischen Antrieb zu tun haben. Dämpft man Partialschwingungen sehr effektiv, sinkt aber der Wirkungsgrad (siehe weiter unten) der Box.

Physikalisch betrachtet, entzieht eine schwingende Membran, die elektrische Energie in Form von akustischer Energie an die Luft abgibt, einem schwingenden System Energie. Die Auswirkungen sind vergleichbar mit denen eines Widerstands, der elektrische Energie in Wärmeenergie umwandelt, Folge ist in diesem Fall die Abstrahlung von Wärme. Die Energieumwandlung kann verschieden effektiv geschehen, auch bei der Membran. Hier dient die physikalische Größe des Strahlungswiderstandes (Zr) zur Umschreibung der Effektivität beim Umwandeln von mechanischer Energie (die Schwingungen) in akustische Energie (der Schall, den wir letztendlich auch hören). Hierbei ist zu beachten, dass sich der Strahlungswiderstand in zwei Einzelkomponenten auftrennen lässt: Den Wirkanteil, identisch mit der Schallabstrahlung, und dem Blindanteil. Letzterer ist einfach wahrnehmbar: Wer schon mal die Hand vor einem Subwoofer gehalten hat, spürte den, je nach Lautstärke, durchaus kräftigen Luftzug. Beim Blindanteil schiebt die Membran also auch Luft hin und her, die nichts zum eigentlichen Schallabstrahlung beiträgt. So mehr Luftmasse insgesamt hin und her geschoben wird, umso größer wird der Blindanteil. Dies ist besonders bei kleinen Membrandurchmessern, die einen großen Hub ausführen müssen, der Fall, während bei großen Membrandurchmessern mit entsprechend kleinem Hub der Blindanteil gering und der Wirkanteil sehr groß ist. Die Änderung des Strahlungswiderstands ist frequenzabhängig und hat somit einen deutlichen Einfluss auf den Frequenzgang eines Lautsprechers. Ebenso ist Z von der Membranfläche abhängig, so größer die Membranfläche wird, so größer wird auch der Strahlungswiderstand. 

Die von der Membran abgestrahlte Leistung ist, abgesehen vom eben behandelten Strahlungswiderstand, noch von weiteren Faktoren abhängig. Wie bei den schon erwähnten Luftmolekülen, bei denen die Schallschnelle die Geschwindigkeit charakterisierte, mit der die Moleküle um ihre Ruhestellung schwingen, gibt es auch eine Größe, die umschreibt, mit welcher Geschwindigkeit die Membran um ihre Ruhestellung schwingt: Die Membrangeschwindigkeit v, die ihr Maximum bei der Resonanzfrequenz fs erreicht. Unterhalb der Resonanzfrequenz steigt v proportional mit der Frequenz an, oberhalb von fs nimmt die Geschwindigkeit mit 1/f wieder ab. Will man nun die akustische Leistung ermitteln, so gehen die beschriebenen Parameter in die dafür bestimmte Gleichung mit ein, also sowohl der Strahlungswiderstand, der sich, wie erläutert, in Blind- und Wirkanteil gliedert, und das Quadrat der Membrangeschwindigkeit v: Die akustische Leistung (Leistung wird in der Physik immer mit der Größe P umschrieben, hier wegen der „akustischen“ Leistung P(aK) ist proportional zum Strahlungswiderstand, multipliziert mit dem Quadrat der Membrangeschwindigkeit: P(aK) ~ Zr x v2 . Da v quadratisch in diese Gleichung mit eingeht, wirkt sich diese Größe und deren Frequenzabhängigkeit in Bezug auf P(aK) noch stärker aus. Entgegengesetzt verläuft der Strahlungswiderstand: Er steigt quadratisch mit der Frequenz an: Zr ~ f2. Mittels dieser zwei Gleichungen kann man nun sehr interessante Untersuchungen durchführen, um den Arbeitsbereich eines Lautsprechers näher zu bestimmen. 

Zwei Fälle sind zu unterscheiden, will man die Gleichung untersuchen, und zwar zum ersten das Verhalten unterhalb der Resonanzfrequenz fs und zum zweiten das Verhalten oberhalb von fs.

• Die Membrangeschwindigkeit ist zu f proportional, dies fand bereits Erwähnung – also v ~ f. Wie wir ebenfalls wissen, ist Zr ~ f2. Beides in die Gleichung Zr x v2 eingesetzt, ergibt P(aK) ~ f2 x f2. Unterhalb der Resonanzfrequenz steigt die akustische Leistung also mit der 4. Potenz der Frequenz, das heißt mit 12 dB pro Oktave an. 
• Die Membrangeschwindigkeit nimmt proportional mit f ab, wie schon erwähnt: f ~ 1/f. Dieses in die Gleichung von oben eingesetzt, ergibt folgendes: P(aK) ~ f2 x 1/ f2 = 1. 
• Dies zeigt nun, dass die akustische Leistung oberhalb der Resonanzfrequenz nicht mehr frequenzabhängig ist. Darum ist dies der eigentliche Arbeitsbereich eines Lautsprechers, der somit mit der Resonanzfrequenz beginnt und dort endet, wo der Strahlungswiderstand nicht mehr mit der Frequenz ansteigt. 

Somit kann man festhalten: Beim Lautsprecher wird elektrische Energie, die vom Verstärker zugeführt wird, in Schallwellen, die für das menschliche Ohr hörbar sind, umgewandelt. Daher spricht man auch von "Schallwandler".

Bändchenhochtöner beim Quadral Chromium Style 5.1-Surroundset

Kommen wir nun zum Antrieb der Membranen - die überwiegende Bauform ist der elektrodynamische Lautsprecher mit zentralem Antrieb. Hier wird die Membran durch die Wechselwirkung zwischen elektrischem Strom und einem magnetischen Gleichfeld angetrieben. Die Schwingspule, von Strom durchflossen, befindet sich im Gleichfeld eines Magneten. Der klassische elektrodynamische LS hat eine zentrale Schwingspule.  Die Schwingspule befindet sich auf einem Spulenträger, dieser ist seinerseits an der Membran befestigt. Wird ein Wechselstrom durch die Spule geleitet, findet eine durch die Lorenzkraft begründete Kraft auf die Membran statt. Durch diese wird die Membran zum Schwingen angeregt. Spule und Membran bewegen sich im Magnetfeld bevorzugt in der Richtung senkrecht zum Feldverlauf hin und her. Für die Rückführung der Membran in die Ruhelage sind Zentrierspinne und Sicke verantwortlich. Durch die Sicke wird zudem ein direkter Luftaustausch zwischen Vorder- und Rückseite verhindert. Elektrostatische und magnetostatische Lautsprecher sind weniger verbreitet. Magnetostaten weisen einen dezentralen Antrieb auf , sie sind eine Form von Flächenstrahlern. Der Antrieb ist hier auf der ganzem Membran verteilt (Folien-Magnetsostaten) oder die Membtan selber ist der Antrieb (klassisches Bändchen). Derartige Konstruktionen finden sich vor allem im oberen Frequenzbereich als Hochtöner. Wer auf einen leicht sanften, räumlich intensiven Hochtonbereich Wert legt, kann zu LS mit Bändchenhochtönern greifen - Quadral und Aurum z.B bieten verschiedene LS mit Bändchen an.

Aufstellung

Großer Abstrahlwinkel: Nubert nuVero 7

Aufstellung - Lautsprecher mit Bassreflexöffnung hinten sollten nicht direkt an der Wand platziert werden. Ein Abstand von mindestens 1 Meter sollte eingehalten werden. Der Center in einem Surroundsystem sollte so angewinkelt werden, dass er in Richtung Ohrhöhe des Zuhörers abstrahlt. Beim Kauf des Centers ist der horizontale Abstrahlwinkel zu beachten. Gerade dann, wenn man öfters mit mehreren Personen hört, sollten auch die außen und nicht zentral positionierten Hörer ins klangliche Geschehen integriert werden. 
Dipole für den Surroundbereich werden Links und rechts neben den Zuschauerplätzen in mindestens 1,2, besser 1,5 Meter Entfernung in Ohrhöhe oder etwas darüber aufgestellt. Zum System gehörende Back Surround Lautsprecher sollten untereinander nicht mehr als 1,2 Meter Abstand aufweisen. Vom Hörer sollten es mindestens 1 Meter Abstand sein. Die Back Surrounds sollten sich auf der gleichen Höhe befinden wie die Surround Dipole. Werden für hinten Direktstrahler verwendet, so kann man diese auch mit der Schallwand aufs Publikum zielend ca. in Ohrhöhe oder etwas darüber aufstellen.

Bassreflexlautsprecher

Gleich 2 Bassreflexöffnungen  bei der Heco Celan XT 901

Mit Hilfe einer auf der Gehäuserückseite oder manchmal auch auf der Front oder unter der Box befindlichen Austrittsöffnung wird der nach hinten austretende Schall des Basschassis genutzt. Um eine optimale Wirkung zu erzeugen, ist die Austrittsöffnung speziell an die jeweiligen Eigenschaften des Basschassis angepasst. Vorteile eines nach dem Bassreflexprinzip arbeitenden Lautsprechers: Weniger Verzerrungen im Bassbereich, besseres Volumen und höherer Wirkungsgrad

Bi-Amping

Hochwertige Bi-Amping-Terminals - hier bei der Aurum Montan VIII - gehören bei edlen Boxen zum "guten Ton"

Bi-Amping: bei dieser Variante werden 2 Endstufen der Verstärkereinheit für einen Frontlautsprecher bereit gestellt. Somit steht für den leistungsintensiven Bassbereich eine eigene Endstufe zur Verfügung. Hinten am LS müssen die Brücken zwischen den Anschlüssen entfernt werden. Bi-Amping ist nur dann eine Option, wenn man über leistungsfähige Front-LS verfügt. Der Vorteil von Bi-Amping: große belastbare Fronts können sich souveräner entfalten, der Klang wird kräftiger, klarer und präziser.

Chassis

Ausgebautes Lautsprecher-Chassis - hier beim Klipsch Reference RW-10D

Chassis der Canton Chrono SL590DC

Ein Chassis ist ein einzelner Lautsprecher ohne Gehäuse, bestehend aus Lautsprecherkorb, Schwingspule, Magnet, Membran und Sicke.

Dipole

Dipol beim Focal Chorus 7.1 Surround-Set 

Dipole, heute nur noch selten anzutreffen, weisen zwei voneinander getrennte Chassiskonstruktionen auf. Diese strahlen nach vorn und nach hinten gleichzeitig ab und erzeugen dadurch ein weitläufiges, diffuses Klangbild. Aufgrund des niedrigeren Wirkungsgrades müssen Dipole mit höherem Pegel eingepegelt werden. Dipole sind eine gute Wahl für Cineasten. Für größtmögliche Flexibilität (Anhören von Musik) sollten sich die hinteren Chassis per Kippschalter deaktivieren lassen

Dolby Pro Logic IIz/Audyssey DSX/Yamaha Presence Lautsprecher

PLIIz bietet einen eher subtilen Effekt zusätzlicher räumlicher Weitumg in der Vertikalen. Es ist zu beachten, dass die dafür verwendeten Front High Lautsprecher in gebührendem Abstand von den Front LS direkt unter der Hörraumdecke platziert werden. Wer vorn drei identische LS einsetzt kann diese querformatigen Boxen im Idealfall um 2 weitere identische Modelle für Front High ergänzen. Wer ein Standlautsprecher/Center/ Regallautsprechersystem verwendet, kann sich den gleichen Regallautsprechertyp wie für die Rears für Front High kaufen. Diese Tipps gelten auch für die ähnlich, aber mit intensiverer Wirkung arbeitenden Systeme von Yamaha (Front Presence LS) und Audyssey (DSX). 
Bei DSX gibt es des Weiteren noch die "Front Wide" Option zur horizontalen Weitung des Klangbildes. Hier werden im Abstand von ca. 
1,2 bis 1,5 Meter Lautsprecher aus räumlicher Sicht außen auf die Achse der normalen Fronts gestellt. Hier kann man, wenn Standlautsprecher als Fronts zum Einsatz kommen, Regallautsprecher mit breitem horizontalen Abstrahlwinkel auf einem entsprechenden Lautsprecherständer verwenden.

Drei identische Frontlautsprecher im Querformat

Drei identische Frontlautsprecher finden sich z.B.  beim Teufel 5.2-LS-Set System 5 THX Select 2 

Wer häufig Kinofilme betrachtet, kann ein System mit 3 identischen Front LS wie von Teufel z.B. angeboten verwenden. Alle 3 Frontlausprecher sollten sich aber im Sinne eines einheitlichen Klangbildes auf gleicher Höhe befinden.

Flankensteilheit

Wichtig im Zusammenhang mit der Frequenzweiche. Beim Erreichen ihrer Grenzfrequenz dämpft die Frequenzweiche die Signalanteile, die nicht mehr durch sie geschleust werden sollen, ab. Wie stark diese Dämpfung ist, hängt von der jeweiligen Filterauslegung ab. Jeder Hoch- oder Tiefpassfilter besteht aus verschiedenen Baugruppen, deren Anzahl die Ordnung und die Stärke der Signaldämpfung, die Flankensteilheit, festlegt. Jedes sogenannte komplexe Bauelement (Induktivitäten, Kapazitäten) verstärkt die Dämpfung um 6 dB pro Oktave, das heißt ein Filter 1. Ordnung (ohne vorgeschaltetes anderes Bauelement) besitzt eine Flankensteilheit von 6 dB pro Oktave, ein Filter 2. Ordnung dann folgerichtig eine Flankensteilheit von 12 dB pro Oktave

Frequenzweiche

Frequenzweiche der Nubert nuVero 4 

Frequenzweiche der Heco Metas XT-501 

Bei Mehrweg-Lautsprechersystemen übernimmt die Frequenzweiche die Aufgabe, die Tonfrequenzen in verschiedene Bereiche aufzuteilen. In der Praxis sieht das so aus, dass jedes Lautsprecher-Chassis (Tieftöner, Hochtöner, Mitteltöner) den Frequenzbereich zugeteilt bekommt, in dem es optimal arbeitet. Zu unterscheiden sind passive Frequenzweichen und aktive Frequenzweichen. Die passive Variante werden zwischen Verstärkerausgang und Lautsprecher geschaltet und arbeiten mit Spulen, Kondensatoren und Widerständen. Hier ist auf hochwertige Baugruppen und auf eine möglichst geringe Anzahl an Bauteilen zu achten, denn im Idealfall soll sich das Tonfrequenzsignal durch das Passieren einer Frequenzweiche nicht qualitativ verschlechtern. Die aktive Frequenzweiche nimmt die schon erwähnte Aufteilung der Frequenzbereiche mit Hilfe einer Verstärkerendstufe für jedes Frequenzband vor.

HD-Tonformate

Die HD-Tonformate stellen höhere Ansprüche an das Lautsprechersyste3m

Seit einiger Zeit haben sich die HD-Tonformate Dolby Digital Plus, Dolby TrueHD, DTS-HD High Resolution Audio sowie DTS-HD Master Audio auf dem Markt etabliert. Besonders TrueHD und Master Audio sind in der Lage, eine hörbar bessere Klangqualität zu ermöglichen, denn es handelt sich um verlustfrei komprimierte Codecs. Bei Dolby Digital Plus und DTS-HD HRA wird noch verlustbehaftet komprimiert. DTS-HD MA sowie Dolby TrueHD sind in der Lage, durch eine erhöhte Abtastfrequenz und eine erhöhte Bittiefe auf allen Kanälen mehr Gesamtdynamik, Feindynamik, Präzision und Klarheit zu offerieren. Damit man diese Vorzüge ausnutzen kann, sollte das Lautsprechersystem allerdings entsprechend hochwertig ausfallen - LS-Sets ab ca. 1000 EUR können in eingeschränkter Form aber bereits die Vorzüge der neuen HD-Tonformate erahnen lassen. 

Impedanz

Hinten bei den Lautsprecherkabel-Anschlussterminals findet sich meist ein Hinweis auf die Impedanz

In der Einheit Ohm angegebener Stromwiderstand. Bei Lautsprechern kann aus dem Ohm-Wert geschlossen werden, wie stark ein Lautsprecher den Verstärker in Abhängigkeit zu dessen Ausgangsimpedanz (Innenwiderstand, gibt den Stromwiderstand an, der am Lautsprecherausgang eines Verstärkers anliegt) belastet. Ein Verstärker, der z.B. eine Ausgangsimpedanz von 8 Ohm hat, wird beispielsweise von Lautsprechern mit nur 2 Ohm Impedanz sehr stark belastet. Daher sind Verstärker mit niedriger Ausgangsimpedanz von Vorteil, da diese Verstärker auch 2- oder 4-Ohm-Lautsprecher mit hohen Stromstärken versorgen können. Besondere Anforderungen an die Hochstromfähigkeit des Verstärkers stellt beispielsweise die THX Ultra Norm. Übliche Impedanzwerte sind 4, 6 oder 8 Ohm. 

Lautsprecherkabel

Bananenstecker

Wir raten zum Kauf eines Kabels mit 2,5 mm Querschnitt, welches für die meisten Anwendungen ausreicht und zudem flexibel zu verlegen ist, was gerade für den Surround- und Back Surround Bereich von Interesse ist. Normale Standard-Markenware reicht für viele Anwendungen aus. Im Sinne optimaler Kontakt- und Verbindungssicherheit raten wir zur Verwendung von Bananensteckern. Bevor man diese erwirbt, sollte man aber Erkundigungen einziehen, ob man sie an den LS und am AVR auch verwenden kann. Gerade sehr preiswerte Sub/Sat-Sets und Einsteiger AVRs haben oftmals nicht durchgängig die für Bananas notwendigen Schraubanschlüsse.

Lautsprecher-Komponenten-Systeme

Lautsprecher-Komponenten-Systeme: Zweiweg- oder Dreiweg-Systeme sind die üblichsten, hier werden in ein Lautsprechergehäuse verschiedene Chassis eingebaut, die sich dann jeweils den entsprechenden Frequenzspektren annehmen (z.B. Dreiwege-System mit separatem Hoch-/Mittel-/Tieftöner).

Lautsprecherkorb

Er übernimmt die Aufgabe, den Schwingspule und das Magnetsystem aufzunehmen. Er wird dann mit "Inhalt" in das Gehäuse eingebaut.

Luftspalt

Schmale Einbuchtung im Dauermagneten einer Lautsprechereinheit, in der die Schwingspule schwingt

Menschliches Gehör

Das menschliche Gehör ist im besonderen auf die Aufnahme von Frequenzen zwischen 700 und 6000 Hz vorbereitet, denn um Schwingungen in diesem Frequenzspektrum hörbar zu machen, genügt schon ein verhältnismäßig geringer Schalldruck. Im Bereich sehr tiefer Frequenzen hingegen, wie sie beispielsweise von einem aktiven Subwoofer übertragen werden (Übertragungsbereich liegt meist grob zwischen 20 und 200 Hz), ist hingegen ein größerer Schalldruck vonnöten. Diese Auslegung des Gehörs entspricht den Gegebenheiten des Alltags: So sind in unserer Umgebung die tieffrequenten Schallanteile mit sehr hohem Schalldruck vertreten. Bei tiefen Frequenzen beispielsweise erzeugt eine mit Wucht zugeschlagene Tür einen sehr hohen Schalldruck. Diese tiefen Frequenzen sind aber nicht so wichtig fürs tägliche Hören wie die mittleren, die oben erwähnt wurden und für die das Gehör deshalb auch besonders empfänglich ist – ein Beispiel für die Anpassungsfähigkeit des Menschen an seine Umwelt. Wäre unser Gehör für die tiefen Frequenzen genauso empfänglich wie für die angesprochenen mittleren, dann hätte dies katastrophale Folgen: Das Gehör wäre permanent übersteuert und würde als Folge dessen sekundenlang völlig ausfallen.

Im Zusammenhang mit dem menschlichen Gehör sind noch die die frequenzabhängigen Begriffe Hörschwelle und Schmerzschwelle zu klären. Die Hörschwelle ist die unterste noch wahrnehmbare Schallpegelgrenze, während die Schmerzschwelle eine Schallempfindung umschreibt, die schon Schmerz auslöst. Hierbei ist zu beachten: Zwei Töne mit gleichem Schallpegel wertet das menschliche Gehör nicht automatisch als gleich laut. So wird ein Basston von 50 Hz bei einem Schalldruckpegel von 50 dB genauso laut wahrgenommen wie ein höherfrequenter 4 kHz-Ton (hier liegt die größte Empfindlichkeit des menschlichen Gehörs) mit lediglich 12 dB. Beide Töne erzeugenden die gleiche empfundene Lautstärke. Gegen die tiefen Töne nimmt die Empfindlichkeit stark ab, während sie bei Frequenzen, die oberhalb der erwähnten 4 kHz liegen, in weniger starkem Maße ab- über 8 kHz sogar wieder leicht zunimmt. Mit zunehmender Lautstärke verringert sich dieses Verhältnis.

Nenn- und Maximal (Musik-) Belastbarkeit

Die in Watt angegebene Nennbelastbarkeit des Lautsprechers gibt an, welche elektrische Leistung der Lautsprecher im Dauerbetrieb aufnehmen kann. Die Nennbelastbarkeit ist nach DIN-Norm exakt festgelegt, mit einem speziellen Rauschsignal im 1. Min.-An-/2-Min.-Aus-Takt über einen Zeitraum von 300 Std. wird die Nennbelastbarkeit ermittelt. Der Rhythmus des Rauschsignals soll ein typisches Musikprogramm simulieren, hohe Frequenzen sind weitaus schwächer vertreten als tiefe. Die Maximalbelastbarkeit/Musikbelastbarkeit/Short Term Power umschreibt diejenige kurzfristige (max. 2 Sekunden) Impulsbelastbarkeit, die der Lautsprecher ohne Schäden am Material bewältigen kann. Die Wiedergabequalität soll nicht nachhaltig beeinträchtigt werden.

Oktave

Der musikalische Abstand zwischen einer Frequenz und dem doppelten dieser Frequenz. Der Bereich des menschlichen Gehörs, in dem Töne wahrgenommen werden, liegt etwa zwischen 20 Hz und 20 kHz (bei einem Baby bis 20 kHz, bei einem erwachsenen Menschen bis 16 kHz) und umfasst somit 10,5 Oktaven.

Schallausbreitung

Eine punktförmige Schallquelle sendet Kugelwellen aus - von punktförmigen Schallquellen kann man sprechen, wenn die Ausdehnung der Schallquelle sehr viel kleiner ist als die Wellenlänge des Schalls. Möchte man die Wellenlänge ermitteln, kann man sich folgender Formel bedienen: v (Schallgeschwindigkeit, hier in Luft, 343 m pro s) = Wellenlänge l (in m) X Frequenz (1/s). Daraus ergibt sich für die Wellenlänge: Schallgeschwindigkeit/Frequenz. Durch die Unterschiede in der Wellenlänge (tiefe Frequenzen haben eine größere Wellenlänge) kann man bei einem Tieftonlautsprecher mit normalem Membrandurchmesser (30 bis 40 cm) durchaus von einer punktförmigen Schallquelle sprechen. Bei einem Hochtonlautsprecher hingegen, der bei seinen hochfrequenten Übertragungsbereichen eine weitaus kürzere Wellenlänge erzeugt, ist die Definition als punktförmige Schallquelle nur dann gegeben, wenn die Membran extrem kleine Abmessungen aufweist. Ist die Abmessung der Membran (und damit die Ausdehnung der Schallquelle) größer als die Wellenlänge, dann erfolgt die Schallabstrahlung gerichtet.

Wichtig in diesem Zusammenhang ist noch die Beugung von Schall sowie die Reflexion. Zum ersten Begriff: Trifft eine Schallwelle auf eine Öffnung in einer Wand, so breiten sich die Schallwellen dahinter kugelförmig aus - allerdings nur unter der Voraussetzung, dass die Öffnung der Wand kleiner ist als die Wellenlänge (siehe Beginn des vorherigen Abschnitts). Dabei kann die Öffnung als neue punktförmige Schallquelle angesehen werden. Ist die Öffnung größer als die Wellenlänge , breiten sich die Schallwellen hinter der Öffnung gleichförmig aus. (Skizzen!!!). Bei der Schallreflexion treffen Schallwellen auf ein Hindernis, in einem Hörraum beispielsweise auf einen Schrank oder eine Wand. Der Schrank oder die Wand reflektieren die ursprüngliche Schallwelle, mit diesem Prozess wird eine neue Schallwelle, die des reflektieren Schalls, gebildet. Die ursprüngliche und die reflektierte Welle begegnen sich, und es kommt zur Ausbildung sogenannter Stehender Wellen, sollten die Raummaße in einem ganzzahligen Verhältnis zur halben Wellenlänge stehen. Dies ist z.B. der Fall, wenn die halbe Wellenlänge zwischen die Wände eines Hörraums passt. Ist der Abstand zwischen den Wänden beispielsweise 5 Meter, so muss die Wellenlänge 5 x 2 m sein, also 10 Meter. Stehende Wellen spielen in der Akustik eine große Rolle, so sind sie beispielsweise verantwortlich für unschöne Raumresonanzen, die bei ungünstiger Schallreflexion entstehen können. Man kann die Grundresonanz nach der folgender Formel berechnen:

Frequenz der stehenden Welle f(r) = c/ l = 343/10 m/m x s.

Schalldruckpegel

Schalldruckpegel, auch SPL( Sound Pressure Level): Umschreibt den von den Lautsprechern erzeugten Lautstärkepegel. Der SPL wird in Dezibel (dB) bei 1 Watt Eingangsleistung in 1 Meter Entfernung gemessen.

Schwingspule

An der Membran befestigt, taucht die Schwingspule in den Luftspalt des Magneten ein. Durch den Stromdurchfluss wird ein magnetisches Wechselfeld aufgebaut, das die Membran nach vorn und hinten bewegt. So werden Stromschwingungen in Luftschwingungen umgesetzt.

Subwoofer-/Satellitensysteme

Tadelloses kleinen Sub-/Satellitensystem: Klipsch HD Theater 500 

Subwoofer-/Satellitensysteme bestehen meist aus vier identischen Satelliten, einem etwas größeren querformatigen Center und einem aktiven Subwoofer. Bereits ab rund 200 EUR kann man für den Heimgebrauch an der AV-Anlage konzipierte (und nicht nur für den PC/Multimediabereich ausgelegte Pakete) erwerben. Allerdings sind diese Systeme, deren Satelliten meist sehr klein sind, nur für kleine Hörräume um die 15 Quadratmeter und nur für die Zusammenarbeit mit AV-Receiver der Einsteigerklasse vorgesehen. Für größere Hörräume sollte man zu leistungsfähigeren Kombinationen greifen. Problemfall bei manchem Subwoofer-/Satellitensystem ist die oberste Übernahmefrequenz des aktiven Subwoofers  und die unterste mögliche Übertragungsfrequenz der Satelliten - hier können unschöne klangliche Löcher entstehen, die gerade beim Anhören von Musik für ein nicht komplettes Klangbild sorgen. Bei Filmton fällt diese "Lücke" oftmals nicht so auf. Bei großen Satelliten, die auch tiefere Frequenzen wiedergeben können, ist diese Thematik kaum noch ausgeprägt. 

Superposition

Die Superposition (= Überlagerung) aller Frequenzen inklusive der einzeln nicht hörbaren Obertöne bestimmen die Klangfarbe des jeweiligen Musikinstruments. Das heißt: Auch wenn man die einzelnen Obertöne nicht direkt mit dem menschlichen Gehör (das, wie bereits aufgeführt, Töne von 20 Hz bis ca. 16 kHz aufnehmen kann) wahrnehmen kann, sind sie für den gesamten Klang eines Instruments mit verantwortlich und können so die gesamte, für das jeweilige Instrument typische Klangcharakteristik erst exakt herausstellen. Je nach dem, WIE ein Instrument gespielt wird, ändern sich die Superposition ebenfalls, will heißen: Wenn ich eine beschwingte Symphonie höre, spielt der Geiger sein Instrument anders als bei einem schwermütig-melancholischen Stück, dadurch verändert sich auch die Klangcharakteristik. Dass die Obertöne oder Oberwellen, deren Frequenz über dem obersten direkt hörbaren Frequenzbereich liegen, eine wichtige Rolle spielen, zeigt sich daran, dass eine hohe Sinusfrequenz anders klingt als eine Dreieck-, Sägezahn- oder Rechteckschwingung. Aus diesem Grunde sind auch manche HiFi-Fans der Überzeugung, dass die Schallplatte besser klingt als die CD, weil die Schallplatte eine andere Verteilung und einen anderen Pegel der Oberwellen hat. Dieses Wissen begründet auch die Schaffung hochauflösender Tonformate wie den HD-Tonformaten, DVD Audio oder SACD. Wenn man Signale aus Summe von Sinusschwingungen darstellt, ist festzustellen, dass, je steiler ein Anstieg im Zeitbereich ist (Beispiel: Flanke eines Rechtecksignals), umso größer muss die Bandbreite sein, um dieses Signal in seiner vollen Charakteristik inklusive der Obertöne zu übertragen. Damit spielt nicht nur die Frequenz als solche, sondern auch der Anstieg der Flanke eine Rolle für die notwendige Bandbreite. Im Extremfall hieße das: Bei einem Impuls mit einem unendlich steilen Anstieg müsste auch die Bandbreite des Übertragungskanals unendlich sein, um am Ausgang exakt den selbem Impuls zu erhalten, auch wenn die eigentliche Frequenz weitaus niedriger ist. Letztendlich ist festzuhalten, dass für eine möglichst originalgetreue Reproduktion inklusive den Oberwellen die hochauflösenden Tonformate besser geeignet sind als beispielsweise die herkömmliche CD, deren weitaus geringeres Frequenzspektrum nicht in dem Maße geeignet ist, die Obertöne ins akustische Gesamtprofil einzuarbeiten.

Transmissionline-Prinzip

Bei einem Lautsprecher, der nach diesem Prinzip arbeiten, wird dem Lautsprecher ein Resonator angekoppelt - der Resonator ist ein Rohr mit einem großen Durchmesser, einseitig offen und auf der anderen Seite zu. Resonanzen treten bei diesem Arbeitsprinzip dann auf, wenn die Rohrlänge einem Viertel der Wellenlänge des Schalls und ungeradzahligen Vielfachen davon entspricht. Durch Bedämpfung der Line lassen sich deren akustische Eigenschaften beeinflussen, was recht aufwändig ist und viele Tests erfordert. Möchte man mit einer Transmission-Line sehr tiefe Frequenzen wiedergeben, erreicht diese leicht eine Länge von mehreren Metern. Hier kann die Konstruktion dann gefaltet werden.

Wichtige physikalische Größen zur Bestimmung von Schall, Ton und Klang

Ein Schallfeld bezeichnet in der Akustiklehre einen Raum, in dem sich Schallwellen ausbreiten können. Um dieses Schallfeld allerdings näher charakterisieren zu können, sind verschiedene physikalische Größen zur exakten Beschreibung nötig. So beispielsweise der Schallpegel, der als die Druckänderung, die durch die schwingenden Luftmoleküle verursacht werden, definiert ist. Der Schalldruckbereich, den das menschliche Gehör aufnehmen kann, liegt zwischen 2 x 10-5 N/m2 und 20 N/ m2 (bei 1000 Hz). Das entspricht einem Faktor von 1.000.000. Damit dieser sehr große Bereich mathematisch leichter erfasst werden kann, führte man die logarithmische Verhältnisgröße Dezibel (dB) ein: Den Schallpegel. So entspricht ein Schalldruck von 2 x 10-5 N/m2 einem Schallpegel von 0 dB, auf der anderen Seite ein Schalldruck von 20 N/m2 einem Schallpegel von 120 dB. Zur richtigen Einordnung einige Beispiel: Ein in normaler Zimmerlautstärke geführtes Gespräch erzeugt in 1 Meter Abstand einen Lautstärkepegel von etwa 60 dB. In der Disco wird hingegen nicht selten die maximale Schmerzgrenze erreicht, ebenso bei der Ausübung verschiedener Berufe. Darum tragen beispielsweise Bauarbeiter, die den Presslufthammer bedienen, oder Waldarbeiter, die mit der Kettensäge arbeiten, Gehörschutz. Bei der Verwendung der Maßeinheit Dezibel muss man sich aber auch klarmachen, was nominell gar nicht so große Schalldruckänderungen für tatsächliche Wirkungen haben auf unser Gehör haben: So wird ein Unterschied von 10 (nominell gar nicht so viel) dB im Schalldruckpegel vom menschlichen Gehör bereits als Verdopplung der Lautstärke wahrgenommen, und schon Unterschiede um die 3 bis 4 dB sind deutlich in Form einer gut wahrnehmbaren Lauter- bzw. Leiser-Empfindung auszumachen. Dies liegt darin begründet, dass die Maßeinheit dB, wie schon erwähnt, ein logarithmisches Maß ist. Werden die dB-Unterschiede hingegen kleiner als die eben angesprochenen 3 bis 4 dB, sind sie nur noch im direkten Vergleich zu differenzieren. Zu den Größen, die ein Schallfeld bestimmen, gehört auch die Schallgeschwindigkeit, die unabhängig von der Frequenz und abhängig vom Medium, in dem sich der Schall ausbreitet, ist. In der Luft beispielsweise breitet sich der Schall mit 343 Meter pro Sekunde aus, in Wasser mit 1440 Meter pro Sekunde, und in Aluminium gar mit 6260 Metern in der Sekunde. Die Schallschnelle, ebenfalls im m/sec. gemessen, ist nicht identisch mit der Schallgeschwindigkeit. Die Schallschnelle charakterisiert die Größe der Geschwindigkeit, mit der die Luftmoleküle um ihre Ruhestellung schwingen. Weitere deskriptive Messeinheit ist die Schalleistung, die in Watt (W) angegeben wird. Hier ist interessant, wie gering die Schalleistungen verschiedener Musikinstrumente selbst im Vergleich zu einem sehr bescheidenen Verstärker sind: So bringt es ein ganzes Symphonieorchester auf 70 W, eine Pauke gerade mal auf 12 W, ein Piano auf 0,5 W.

Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad definiert sich als das Verhältnis von abgegebener Leistung zu zugeführter Leistung - einfach ausgedrückt: Welche Pegel sind mit der vom Verstärker oder Receiver zugeführten Leistung möglich. Boxen mit schlechtem Wirkungsgrad brauchen demnach einen starken Verstärker, sollen hohe Pegel erzielt werden. Boxen mit sehr hohem Wirkungsgrad können auch mit schwächeren AVVs und AVRs zusammenarbeiten. Gemessen wird der Wirkungsgrad meist mit dem Schalldruckpegel bei einer elektrischen Leistung von 1 Watt der in 1 Meter Entfernung im Freifeld gemessen wird (dB/W/m). 

Text: Carsten Rampacher
26. April 2010

HOME > HARDWARE-TESTS > ZURÜCK <