Lautsprecher Basics #4: Gehäuse

Heute finden wir Lautsprecherboxen in allen Größen und Formen für verschiedenste Anwendungszwecke. Doch welche Bauarten gibt es überhaupt und wo finden sie Verwendung? Welche Vor- und Nachteile gibt es bei den verschiedenen Typen im Bezug auf den Einsatz im Studio? Diesen Fragen gehen wir jetzt auf den Grund.

 

Dipolstrahler

Als erstes stellen wir uns die Frage: Braucht man überhaupt zwingend ein Gehäuse? Nein. Es gibt Lautsprecher, die kein Gehäuse brauchen. Diese nennen sich Dipolstrahler. Sie sitzen in einer Frontplatte oder einem Profil. Durch die Auslenkung der Membran wird Schall sowohl nach vorne als auch invertiert nach hinten abgestrahlt. So ergibt sich als Abstrahlcharakteristik eine Acht. Schall, dessen Wellenlänge größer als der Membrandurchmesser ist, beugt sich um das Chassis herum. Dadurch findet ein Druckausgleich statt, was eine Auslöschung des Schalls zur Folge hat. Dies nennt sich „akustischer Kurzschluss“. Darum hat ein Dipol immer eine schlechte Basswiedergabe und ist somit nicht wirklich als Studiomonitor geeignet. Verwendung findet dieses Prinzip im Heimkino als Surroundspeaker, wo ohnehin eine Basswiedergabe unerwünscht ist. Dazu sorgt der rückwärtig geführte Schall für mehr Diffusivität.

Dipolstrahler

Dipolstrahler

Geschlossene Box

Um dem Problem der Beugung im Bassbereich entgegenzuwirken braucht man eine Schallwand, in der das Chassis eingesetzt wird. Um 20Hz wiedergeben zu können bräuchte man eine 17x17m große Wand. Da dies in der Praxis nicht umzusetzen ist, baut man den Speaker in eine Box. Diese fungiert als eine unendlich große Schallwand. Problem bei einer geschlossenen Box ist, dass das Luftvolumen hinter der Membran eine Federkraft ausübt. In Folge dessen steigt die Resonanzfrequenz der Membran, welche vom Volumen des Gehäuses abhängig ist. Je kleiner die Box, umso höher die Resonanzfrequenz. Unterhalb dieser fällt der Bass mit etwa 12 dB pro Oktave. Des weiteren werden Frequenzen, deren Wellenlänge im Verhältnis zur Boxenfront klein ist, gerichtet nach vorne und tiefe Frequenzen kugelförmig abgestrahlt werden.

Geschlossenes Gehäuse

Geschlossenes Gehäuse

Gehäuse mit akustischem Laufzeitglied

Um über den gesamten Frequenzgang eine gerichtete Abstrahlung zu erzeugen, gibt es mittlerweile Gehäusekonstruktionen, bei denen akustische Laufzeitglieder in die Rückwand eingebaut werden. Dabei handelt es sich um Öffnungen, welche mit Dämmmaterial abgedeckt sind. Dadurch werden hohe Frequenzen absorbiert. Tiefe Frequenzen werden verzögert und invertiert zum Schall, der sich um das Gehäuse beugt, nach hinten abgestrahlt. Der Schall löscht sich aus und es entsteht eine Richtwirkung (Nierencharakteristik) im Bassbereich, ohne einen akustischen Kurzschluss zu erzeugen.

Bassreflex-Box

Ein solches Gehäuse ist wie eine geschlossene Box, nur mit einer Öffnung. Diese Öffnung befindet sich meist in der Nähe des Tieftontreibers und hat keine Auswirkung auf hohe Frequenzen. Der Reflexkanal ist rund oder rechteckig und kann entweder an der Frontplatte, Rückseite oder Seitenwand eingebaut sein. Bei einer geschlossenen Box hat man den Nachteil, dass ein sehr großes Volumen nötig um sehr tiefe Frequenzen wiedergeben zu können. Eine Bassreflex-Box hingegen kann mit einem kleineren Gehäuse selbe Ergebnisse erzielen. Im Prinzip funktioniert der Gehäusetyp wie ein Helmholtz-Resonator. Im Bereich der Eigenresonanz der Box verhält sich die Luft in der Öffnung wie eine Membran. Dadurch wird um die Resonanzfrequenz der rückwärtig abgestrahlte Schall in der Box invertiert und leicht verzögert aus dem Reflexkanal ausgegeben. Die Verzögerung bewirkt eine weiche Basswiedergabe. Durch das Volumen der Box und der Größe der Öffnung kann die Resonanzfrequenz beeinflusst werden. Im Gegensatz zur geschlossenen Box fällt der Frequenzgang unter der Resonanzfrequenz jedoch mit 18 statt 12 dB pro Oktave. Es entsteht ein akustischer Kurzschluss.

Bassreflex-Box

Bassreflex-Box

 

Bandpass-Box

Wie der Name schon verrät, wird bei dieser Bauart nur Schall innerhalb eines engen Bandes rund um die Resonanzfrequenz wiedergegeben. Der Vorteil ist, dass die Box in diesem Bereich einen hohen Wirkungsgrad hat. Geeignet ist diese Bauart vor allem für passive Subwoofer, da dort kein steilflankiges Filter mehr benötigt wird. Ein Bandpass-Gehäuse besteht aus einem geschlossenen System, wo der Treiber innen drin sitzt. Eine Öffnung nach außen lässt die Bauweise wie einen Helmholtz-Resonator arbeiten. Es gibt Bandpass-Gehäuse, die mit einer oder mehreren internen Kammern ausgestattet sind und eine oder mehrere Öffnungen haben.

 

Transmissionline

Die Transmissionline, auch „TL-Box“ oder „Lambda-Viertel-Box“ genannt, ist ein Gehäuse mit einem gefalteten Kanal innerhalb der Box und einer Öffnung. Der Kanal geht durch den rückwärtig abgestrahlten Schall in Resonanz und erzeugt einen Klang. Vergleichbar ist dies mit einem Blasinstrument. Es gibt mehrere Eigenfrequenzen. Die Wellenlänge der tiefsten wiederzugebenden Frequenz ist vier Mal so lang wie der Kanal. Alle anderen Eigenresonanzen liegen bei ungradzahligen Vielfachen der tiefsten Resonanz. Um das Speakersystem nur ergänzend nach unten hin zu erweitern, werden alle Vielfachen der Resonanz im Gehäuse bedämpft. Durch diesen Boxentyp ist es möglich, einen sehr tiefen Bass mit einem verhältnismäßig kleinen Gehäuse zu realisieren. Jedoch ist der Frequenzgang wellig und die Impulstreue alles andere als gut. Daher ist dieses Prinzip weniger für das Tonstudio geeignet.

Bandpass-Gehäuse ohne DeckelBandpass-Gehäuse ohne Deckel

 

Hornlautsprecher

Als letzte gängige Gehäusebauart gibt es das Horn. Bei einem solchen System sitzt der Treiber innerhalb einer Box. Von dort führt ein Kanal teilweise über mehrere Umlenkungen bis an eine große Öffnung. Teilweise werden hier auch die außenstehenden Wände mit einbezogen, wie z.B. bei dem sogenannten Eckhorn. Ein Hornlautsprecher besitzt die Eigenschaft, einen sehr hohen Wirkungsgrad zu haben, weshalb sie öfter bei Konzerten eingesetzt werden.

 

Horn-SubwooferHorn-Subwoofer

 

Zusammenfassend kann man sagen:

Im Studiobetrieb findet man größtenteils Bassreflex-Boxen. Sie können generell kleiner als geschlossene Boxen konzeptioniert werden. Bassreflex-Systeme haben keine Probleme mit rückwirkender Federkraft. Dafür fällt der Bassbereich unterhalb der Resonanzfrequenz mit 18 dB pro Oktave, weshalb kleinere Lautsprecher gerne durch einen Subwoofer im Tieftonbereich ergänzt werden.

Bandpass-Gehäuse, Transmissionline und Hornlautsprecher sind für Subwoofer geeignet. Jedoch sind sie aufgrund der Eigenklänge nicht in Studios angesiedelt.

Jetzt kennen wir die verschiedenen Treiber, Membrane und Gehäusearten. Was noch fehlt um Treiber in einer Box voneinander abzugrenzen, sind Frequenzweichen. Was es dort für Varianten gibt, besprechen wir im nächsten Teil.

 

Author: Christian Nelles

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