Die Frequenzweiche ist ein Bauteil, das in fast jedem Lautsprecher verbaut ist, aber nur die wenigsten kennen es. Grund genug, der Frequenzweiche einmal eine Bühne zu geben.
Die Frequenzweiche und ihre Aufgaben
Frequenzweichen sind fast überall dabei, wo es um Lautsprecher geht. Sie fehlen lediglich in Breitbandtönern und in Lautsprechern, bei denen eine Software die Frequenztrennung regelt. Bei einigen Teufel WLAN-Lautsprechern ist das zum Beispiel der Fall. Eine Frequenzweiche kann auch außerhalb des Lautsprechers zum Einsatz kommen, etwa im Verstärker oder Receiver.
Bei Heimkinoverstärkern kann man dies am einfachsten nachvollziehen, da man hier einen separaten Subwoofer anschließt, der sich ausschließlich um die Basswiedergabe kümmert. Abgesehen von diesen Technologien benötigt jeder Lautsprecher mit mehr als einem Töner eine Frequenzweiche, wenn er das Tonsignal ungetrennt vom Verstärker erhält. Die Frequenzweiche bestimmt dann, wohin ein bestimmter Signalteil ober- oder unterhalb einer definierten Frequenz geleitet wird. Aufgabe der Frequenzweiche ist es, jeden Töner genau mit den Signalen zu versorgen, die er am besten verarbeiten kann. Also werden von ihr beispielsweise nur die tiefen Frequenzen an den Tieftöner weitergeben.
Lautsprecher von Teufel
Bloß keine Resonanzfrequenz erlauben
Zudem vermeidet die Frequenzweiche, dass die sogenannte Resonanzfrequenz eines Lautsprechers getroffen wird. In der Praxis sieht das folgendermaßen aus: Ist die Resonanzfrequenz eines Lautsprechers erreicht, verstärkt der Töner dann womöglich die Amplitude der Membran über den gewünschten Ausschlag hinaus. Tritt das ein, werden einzelne Töne besonders laut und auch verzerrt wiedergegeben. Im schlechtesten Fall kann das gesamte Lautsprechergehäuse in Schwingung versetzt werden. Das gilt es unbedingt zu vermeiden, denn dieser Effekt zerstört das Klangbild.
Warum es die Resonanzfrequenz zu vermeiden gilt, zeigt das folgende Video, in dem die Eigenfrequenz des Glases getroffen wird.
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Die Frequenzweiche weist zu: Bass für den Tieftöner, Höhen für den Hochtöner
Am Beispiel eines 3-Wege-Standlautsprechers lässt sich die Funktion der Frequenzweiche verständlich erklären. Ein 3-Wege-Lautsprecher hat drei unterschiedliche Töner im Gehäuse. Diese führen im Namen bereits einen Hinweis auf ihre Arbeitsfrequenz, die ihnen die Frequenzweiche zuspielt. Die tiefen Tonfrequenzen gehen nahezu ausschließlich an den Tieftöner, mittlere Tonfrequenzen an den Tiefmitteltöner und die Höhen natürlich an den Hochtöner.
Damit am Ende bei der Signalausgabe alles genau so klingt, wie es soll, ist es nötig, die Frequenzweiche korrekt einzustellen. Sie ist in jedem Heimkinolautsprecher vorhanden, der mindestens zwei unterschiedliche Töner enthält und vom Verstärker ein ungefiltertes Signal erhält. Einige besonders hochwertige Boxen können zusätzlich individuell durch Hoch- und Tiefpassfilter konfiguriert werden.
Hoch- und Tiefpassfilter
Hoch- beziehungsweise Tiefpassfilter lassen entweder nur die hohen oder die tiefen Frequenzen durch und stoppen oder reduzieren den Rest. Achtung, hier besteht leichte Verwechslungsgefahr! Den Hochpassfilter kann man auch als Tiefensperre bezeichnen. Dieser lässt also nur die hohen Frequenzen „passieren“. Noch leichter merken kann man sich das mit einem Blick auf die Bezeichnungen im Englischen. Dort heißt der Hochpassfilter „High-pass filter“ oder „Low-cut filter“. Der Tiefpassfilter macht natürlich genau das Gegenteil und lässt nur die tiefen Frequenzen durch, käme also bei einem Tieftöner zum Einsatz.
Unterschiedliche Ordnungen der Filter
Tiefpass- und auch ein Hochpassfilter können unterschiedlich stark filtern. Man spricht dann von einer bestimmten Ordnung. In der Regel kommen nur Filter erster bis vierter Ordnung zum Einsatz, wobei der Filter 6 dB (1. Ordnung) bis 24 dB (4. Ordnung) pro Oktave sperren kann. Davon bekommt man selbst aber nichts mit. Dieser Vorgang geschieht im Inneren des Lautsprechers auf der Frequenzweiche:
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Arbeitsweise der Frequenzweiche in einem 3-Wege-Lautsprecher
Am Beispiel der Ultima 40 von Teufel kann man die Arbeitsweise eines 3-Wege-Lautsprechers und die Funktion der Frequenzweiche anschaulich nachvollziehen.
Die Verteilung der Töner
Wie in der Abbildung zu erkennen, sind im Ultima-40-Gehäuse insgesamt vier Töner für die Signalausgabe zuständig. Im Gegensatz zu einer landläufigen Annahme muss der Töner für die hohen Frequenzen nicht immer der oberste sein. Dies ist auch technisch nicht zwingend vorgeschrieben. Allerdings kann man als Faustregel davon ausgehen, dass der Tönerdurchmesser kleiner wird, je höher sein vorgesehener Frequenzbereich ist. Bei diesem Lautsprecher ist der Hochtöner unter dem Tiefmitteltöner verbaut. Das Klangbild kommt so einer natürlichen Schallquelle etwas näher.
Unten im Lautsprechergehäuse befinden sich zwei Tieftöner (nicht bei jedem Standlautsprecher üblich), darüber dann der erwähnte Hochtöner, gekrönt vom Mitteltöner.
Die Frequenzweiche und der Frequenzgang
Die Frequenzweiche muss die Frequenzen korrekt und akkurat weiterleiten. Sie muss so arbeiten, dass der Frequenzgang des Lautsprechers einen möglichst genauen Wert erreicht. Das ist nur möglich, wenn die Resonanzfrequenz des Lautsprechers nicht getroffen wird und keine Verzerrungen entstehen oder gar das Lautsprechergehäuse in Schwingung versetzt wird. Der Frequenzgang bezeichnet in der Regel den Amplituden-Frequenzgang, also die Angabe des Schalldruckes, gemessen in Dezibel. Grafisch wird der Frequenzgang meist durch eine Linie dargestellt, die möglichst keine Ausschläge haben sollte.
In der Realität ist dies zwar kaum umsetzbar, allerdings wird versucht, sich dem idealen Frequenzgang so weit wie möglich anzunähern. Schließlich kann das menschliche Ohr schon Abweichungen von einem Dezibel wahrnehmen, gerade bei den Mitten. Gute HiFi-Lautsprecher sollten deshalb Abweichungen von maximal 3 dB vom Referenzpegel zulassen.
Dafür muss im Lautsprecher allerdings eine sehr gut eingestellte Frequenzweiche verbaut sein. Idealerweise übernimmt der Hersteller die Einstellung, denn um eine Frequenzweiche berechnen zu können, bedarf es fundierten Fachwissens.
Kann ich die Frequenzweiche berechnen?
Um eine Frequenzweiche zu berechnen, ist weit mehr Wissen über den Lautsprecher erforderlich als nur, ob es sich dabei um einen Hoch- oder Tieftöner handelt. Zwar finden sich im Internet einige Anleitungen und Rechner, mit deren Hilfe man die Berechnung selbst vornehmen kann, von diesen sollte der Laie allerdings lieber die Finger lassen.
Die tatsächlichen Gegebenheiten eines Lautsprechers kennt niemand so gut wie der Hersteller selbst, weshalb solche Arbeiten ihm überlassen werden sollten. Wer sich aber einen Lautsprecher selbst bauen möchte, kommt zwangsläufig nicht darum herum, die Frequenzweiche zu berechnen. Dann sollte sich der Lautsprecherbauer zuvor aber theoretisches Fachwissen aneignen.
Ultima 40: Unser leistungsstarker Allrounder
▶ Ultima 40 Aktiv: Flexibel in der Aufstellung und komplett selbstständig – das sind unsere Ultima 40 Aktivlautsprecher. Der integrierte Verstärker mit 1 x 130 Watt sorgt für ordentlich Wumms.
▶ Ultima 40 Kombo: Die klassische Kombination aus zwei Standlautsprechern und einem CD-Receiver. Eine Stereoanlage, wie sie im Buche steht, und mit der du nichts falsch machst. Denn späteres Aufrüsten ist immer möglich.
Weitere 3-Wege-Lautsprecher von Teufel
Fazit: Die Frequenzweiche als Dirigent im Lautsprecher
- Die Frequenzweiche ist in so gut wie jedem Lautsprecher verbaut – außer in solchen, in denen beispielsweise eine Software die Frequenztrennung übernimmt.
- Dank der Frequenzweiche gelangen die hohen, tiefen und mittleren Töne im Lautsprecher an die richtige Stelle: den Hoch-, Tief- und Tiefmitteltöner.
- Die Frequenzweiche exakt zu berechnen und einzustellen ist Sache des Herstellers, denn niemand kennt den Lautsprecher so gut wie er.
Bild 1: @Frank Klemm, 125 Foto Weiche mit CD. Quelle: Wikimedia Commons. Lizenz: CC BY-SA 3.0.
Sebastian
21. Dez. 2017, 18:43
Sehr schöner Artikel, jedeoch hab ich eine Frage offen und ich bin seit Ca 2 Tagen im internet unterwegs und finde keine Antwort darauf.
Ich habe einen Av Receiver und möchte 7.1 klang haben. Ich habe für Musik die ja nur stereo ist deshalb 2 großen Turmboxen wie oben im Artikel, es sind 2 Wege boxen. Aber der av receiver hat ja nur einen Ausgang für die Box vorne links, genau wie für einen Box vorne rechts .. Aber was ist mit den anderen beiden klemmen an der Box? Das hab ich irgendwie noch nicht verstanden. Bin Heimkinoneuling. (: also bitte entschuldigt (;
Julian
15. Jan. 2018, 8:24
Ist es vielleicht nur ein Stereo Verstärker und kein 5.1/7.1 Verstärker?
Gruß Julian
Florian
05. Feb. 2018, 22:49
Die sind soweit ich weiß für bi amping gemacht, also dass man eine Box mit zwei Verstärkern betreiben kann