Eine junge Frau sitzend neben dem Standlautsprecher Ultima 40

Was bedeuten „Phasenlage“ und „Phasenverschiebung“?

Von Phasenlagen und Phasenverschiebungen ist häufig die Rede, wenn Lautsprecher nicht so klingen, wie sie sollen. Die Begriffe bezeichnen das Schwingungsverhalten von Schallwellen und sind eine wichtige Größe in der Akustik. Phasenverschiebungen können sogar nützlich sein – man muss sie nur richtig einsetzen.

Was bei Lautsprechern Phase ist

In einem Mehrkanalsystem beschallen mehrere Lautsprecher gleichzeitig den Raum. Für die Qualität des Klangs ist es sehr wichtig, dass sie genau aufeinander abgestimmt sind. Die Schallwellen werden durch das Vor- und Zurückschwingen der Lautsprechermembranen abgestrahlt und breiten sich dann im Raum aus. Diejenigen von ihnen, die von der Membran zum Zeitpunkt ihrer maximalen Auslenkung nach vorne abgestrahlt wurden, haben auch den größten Schalldruck. Die Schwingungen der Luft beziehungsweise der Membran kann man auch als Sinuskurve darstellen:

Die Schwinung einer Schallwelle als Sinuskurve.
Der Schwingsverlauf einer Schallwelle als Sinuskurve

Auf der Y-Achse ist die Veränderung des Luftdrucks dargestellt. Die horizontale X-Achse zeigt den zeitlichen Verlauf. Als Phasenlage bezeichnet man nun die Lage zweier solcher Schwingungsverläufe zueinander. Wenn also zwei Lautsprecher gleichzeitig den höchsten Luftdruck erzeugen (ihre Membranen schwingen dann synchron), beträgt die Phasenlage 0°. Generiert der eine Lautsprecher den höchsten Luftdruck, während der andere Lautsprecher den niedrigsten Luftdruck erzeugt, beträgt die Phasenverschiebung zwischen den beiden 180°.

Phasenverschiebung um 180 Grad.
Die Sinueskurven bei einer Phasenverschiebung von 180°.

Dies könnte zum Beispiel dadurch hervorgerufen werden, dass einer der zwei Lautsprecher verpolt wurde. Das würde bedeuten, dass einer bei Einsetzen des Signals die Membran nach vorne schiebt, der andere nach hinten. Die Phasenverschiebung kann aber auch eintreten, weil ein Lautsprecher später anfängt zu spielen als der andere:

Darstellung zweier Sinuskurven mit verschobener Phase.
Phasenverschiebung bei Zeitversetzter Schallanregung

Aber nicht immer sind Phasenverschiebungen nur auf die Lautsprecher zurückzuführen. Sie können sich allein durch die Hörposition ergeben – beispielsweise dann, wenn ein Lautsprecher weiter vom Hörer entfernt steht als der andere. Dadurch benötigt der Schall länger, um zum Hörer zu gelangen. Darüber hinaus kann auch die Raumakustik – also die Art, wie der Schall im Raum reflektiert wird – Phasenverschiebungen hervorrufen.

Welchen Effekt haben Phasenverschiebungen auf den Klang?

So weit die Theorie, nun zur Praxis. Die schlechte Nachricht vorweg: Phasenverschiebungen können akustische Probleme verursachen. Schallwellen, die mit gleicher Frequenz phasenverschoben aufeinandertreffen, können durch sogenannte Interferenzen den Klang verfälschen. Die Signale können sich nämlich aufheben oder verstärken. Man spricht dabei von Raummoden. Gerade bei Mehrkanalanlagen ist das Risiko hierfür vergleichsweise hoch.

Wenn beide Lautsprecher ein gleichphasiges Signal abgeben, die Phasenverschiebung also 0° beträgt, dann ist das Signal in dem Bereich, wo sie aufeinandertreffen, deutlich lauter hörbar als eigentlich vorgesehen. Bei einer Phasenverschiebung von 180° können die Interferenzen dagegen dazu führen, dass sich die Schallwellen „auslöschen“. In einem solchen Fall ist im Hörbereich die betroffene Tonfrequenz entweder deutlich leiser oder sogar überhaupt nicht mehr hörbar.

Dieses Prinzip der Auslöschung kann man sich aber auch zunutze machen: In Noise-Cancelling-Kopfhörern wird es eingesetzt, um Umgebungsgeräusche zu reduzieren. Vereinfacht gesagt nimmt bei diesen Kopfhörern ein Mikrofon die Umgebungsgeräusche auf und strahlt ein Signal mit gleicher Frequenz um 180° phasenverschoben ab. Der Effekt ist, dass dadurch die Umgebungsgeräusche deutlich gedämpft werden. Wir hören nur noch das, was wir auch tatsächlich hören wollen.

Phasenverschiebungen im Tieftonbereich

Auslöschungen und Additionen durch Phasenverschiebungen sind umso stärker wahrnehmbar, je tiefer die Frequenz des Schalls ist. Besonders kritisch wird es bei der Übergangsfrequenz zwischen Subwoofer und Satelliten, weil hier beide Lautsprecherarten die gleichen (tiefen) Frequenzen reproduzieren, aber nicht am gleichen Ort stehen.

Alle Teufel Lautsprechersysteme sind so entwickelt worden, dass die einzelnen Komponenten „in Phase“ spielen. Wenn also die Satelliten und der Subwoofer gleich weit vom Hörplatz entfernt stehen, ist die Phasenlage absolut korrekt; die Phasendrehung beträgt entsprechend 0° und die Signale addieren sich.

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Was kann man gegen Auslöschungen durch Phasenverschiebungen tun?

Steht der Subwoofer nicht in gleicher Entfernung vom Hörplatz wie die Satelliten, musst du eventuell die Phasenlage ausgleichen, um Auslöschung und Raummoden zu vermeiden. Dazu sind Teufel Subwoofer mit einem Schalter ausgestattet, über den sich die Phase des Subwoofers um 180° drehen lässt. Alternativ gibt es Regler, mit denen du die Phase stufenlos zwischen 0° und 180° anpassen kannst. Um die richtige Einstellung herauszufinden, sind nur wenig Aufwand und Zeit nötig. Es ist hilfreich, die Einstellung zu zweit vorzunehmen.

Du kannst dich dann auf den Hörplatz setzen. Sobald die Musik oder der Film (am besten mit hohem Bassanteil) abgespielt wird, kann die andere Person den Phasenregler langsam von 0° nach 180° regulieren. Dabei wirst du im oberen Bassbereich eine Veränderung feststellen. Da unsere Systeme so entwickelt wurden, dass sich im Idealfall die beiden Signale zu einem glatten Frequenzgang addieren, erzielst du den besten Klang, wenn der Bass am lautesten hörbar ist!

Phasenverschiebungen und Laufzeitunterschiede können auch durch Einmessen einer Mehrkanalanlage am Receiver ausgeglichen werden.

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  • Ultima 40: Wir haben uns gedacht, auch Legenden können sich weiterentwickeln, und deshalb der Ultima 40 ein Upgrade verpasst. Das Stereo-Set liefert bis ins letzte Detail ein differenziertes und mitreißendes Klangbild. Seit 2018 ist ein Hochtöner Phase-Plug an Bord. Dazu sehen die Standspeaker mit ihrer gebürsteten Oberfläche noch ein bisschen besser aus.
  • Ultima 20: Die Ultima 20 ist zwar eine Nummer kleiner, spielt aber dennoch groß auf. Das 2-Wege-System ist für Räume bis 20 qm ideal geeignet. Damit die Speaker auch im Tieftonbereich ordentlich Dampf entwickeln, haben wir ein Bassreflexsystem integriert. Auch hier haben wir fürs Feintuning nun einen Hochton-Phase-Plug eingeführt.

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Fazit zur Phasenlage

  • Phasenlagen beschreiben das Schwingungsverhalten von Schallwellen zueinander.
  • Verschobene Phasenlagen zwischen Lautsprechern in einem System können durch die Lautsprecher selbst, die Hörposition und die Raumakustik entstehen.
  • Durch Phasenverschiebungen können Interferenzen entstehen. Dabei können sich Schallwellen überlagern oder auslöschen.
  • Besonders groß können die Auswirkungen von Interferenzen auf den Höreindruck bei tiefen Frequenzen sein.
Was bedeuten „Phasenlage“ und „Phasenverschiebung“?
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Teufel Blog Redaktion

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