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Akustik- und Lautsprecher-Guide
update: 02.07.2008
Inhalt:
Wichtige physikalische Größen zur Bestimmung von Schall, Ton und Klang
Das menschliche Gehör, Schalldruck und empfundene
Lautstärke
Was bedeutet dies für den Lautsprecher und
den Verstärker?
In welcher Form breitet sich Schall aus?
Der Lautsprecher
Basics
Wissenswerte Begriffe rund um den Lautsprecher...
Akustische Eigenschaften des Hörraums und
Einpegelung der Anlage
Der Lautsprecherkauf
Der Lautsprecherkauf
und die Aufstellung sowie Einpegelung der Surround-Anlage
sind nicht unbedingt einfach und für jedermann ohne jegliches
Vorwissen zu bewältigen. Die Lautsprecher spielen zusammen
mit den akustischen Eigenschaften des Hörraums und der richtigen
Handhabung der Surround-Anlage eine wesentliche Rolle bei
der Erzielung eines optimalen Hörerlebnisses. Wir wollen einige
Grundlagen erläutern, damit der Lautsprecherkauf und das Verständnis
der technischen Basics ein wenig einfacher wird.
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 Beispiele: 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, welche tatsächlichen Wirkungen
nominell gar nicht so große Schalldruckänderungen 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, aber
abhängig vom Medium ist, in dem sich der Schall ausbreitet. 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.
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 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 erzeugen
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- und über 8 kHz sogar wieder leicht zunimmt.
Mit zunehmender Lautstärke verringert sich dieses Verhältnis.
Hier ist
zu beachten, dass aufgrund der Hörstruktur des menschlichen
Gehörs auftretende Fehler wie beispielsweise ein hoher Klirrfaktor
in der Gegend um 4 kHz besonders unangenehm hervortreten,
weil in diesem Frequenzbereich das menschliche Ohr besonders
sensibel reagiert. Damit bei leisen und bei laut eingestelltem
Verstärker eine gleichmäßige Wiedergabe aller Frequenzen sichergestellt
ist, wird häufig eine sogenannte Loudness-Schaltung verbaut.
Diese funktioniert mittels eines umgekehrt proportional arbeitenden
Filters, das sich bei weiter aufgedrehtem Lautstärkeregler
dem flacher werdenden Verlauf der Ohrkurven anpasst.
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.
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 folgender
Formel berechnen:
Frequenz
der stehenden Welle f(r) = c/ l = 343/10 m/m x
s
Die HiFi-
und Heimkinotechnik unserer Tage wurde erst durch eine bahnbrechende
Innovation möglich: Über die Umwandlung von Schall in elektrische
Energie. Diese Aufgabe übernimmt das Mikrofon, während der
Lautsprecher die umgekehrte Wandlung vornimmt: Er sorgt dafür,
dass die elektrischen Schwingungen wieder in Schallwellen
umgewandelt werden – somit ist er das letzte Glied der Heimkino-
oder Stereoanlage, welches den im Endeffekt vom Zuhörer gehörten
Klang zusammen mit der Akustik des Hörraums am stärksten beeinflussen
kann.
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. 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. 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 zur eigentlichen Schallabstrahlung beiträgt. Je
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.
-
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.
-
Bassreflexlautsprecher: Mit Hilfe einer auf der
Gehäuserück-, vorder- oder Unterseite 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.
-
Chassis: Einzelner Lautsprecher ohne Gehäuse, bestehend
aus Lautsprecherkorb, Schwingspule, Magnet, Membran und
Sicke.
-
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:
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.
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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.
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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.
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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.
-
Membran: Überträgt die Schwingungen der Schwingspule
in die Luft und setzt sie in hörbare Schallwellen um.
-
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.
-
Nennbelastbarkeit:
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.
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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.
-
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: Speziell für die Wiedergabe des untersten
Teils des Frequenzspektrums zuständiger Basslautsprecher.
Im Idealfall soll der Subwoofer lediglich die Frequenzen
wiedergeben, die so tief sind, dass sie vom menschlichen
Ohr nicht mehr exakt im Hörraum geortet werden können.
Dies hat den Vorteil, dass der Subwoofer theoretisch überall
im Raum positioniert werden kann, der gesamte Raum wird
dann mit einem Bassteppich überzogen, dessen Ursprung
vom menschlichen Ohr nicht exakt lokalisiert werden kann.
Da der Bass Volumen braucht, steigt das Vermögen des Woofers,
auch tiefste Frequenzen wiederzugeben, mit dem Volumen
des Gehäuses. Eine bei Heimkinoanlagen wichtige Spielart
des Subwoofer ist der aktive Subwoofer mit eingebauter
Endstufe. Nicht selten kann direkt am Subwoofer die Übernahmefrequenz
eingestellt werden, diese umschreibt den Wert, ab dem
der Subwoofer die Darstellung der tiefen Frequenzen übernimmt.
Die Übernahmefrequenz muss so justiert werden, dass kein
"Klangloch" entsteht, in dem der Hauptlautsprecher
schon nicht mehr für die Übertragung der jeweiligen Frequenz
zuständig ist, der Subwoofer aber noch nicht arbeitet.
Es gibt verschiedene Bauarten bei Subwoofern: Den Direktstrahler
oder den Downfire-Subwoofer, bei dem der Basslautsprecher
auf der Geräteunterseite nach unten abstrahlt.
-
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 neuer hochauflösender Tonformate
wie 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 neuen 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.
-
Wirkungsgrad
(siehe auch Schalldruckpegel): Das Verhältnis von zugeführter
elektrischer Leistung zur abgestrahlten akustischen Leistung
beschreibt den Wirkungsgrad. Die elektrische Leistung
(in W), die ein Lautsprecher aufnimmt, wird, wie schon
weiter oben beschrieben, nur teilweise in Schall umgewandelt.
Der größere Teil wird in Wärme transferiert oder geht
durch Reibungsverluste verloren. Der Wirkungsgrad wird
in Dezibel (dB) angegeben, gemessen in 1 Meter Entfernung
und bei 1 W Eingangsleistung. In der Praxis hat der Wirkungsgrad
eines Lautsprechers eine beträchtliche Relevanz, denn
bei gegebener Leistungsaufnahme oder Belastbarkeit hängt
die erreichbare Maximallautstärke eines Lautsprechers
von dessen Wirkungsgrad ab.
Natürlich entscheidend für die Wahl des Equipments ist die
Hörraumgröße - je größer der Raum, umso leistungsfähiger sollten
die verwendeten Komponenten sein, möchte man Filme oder Mehrkanal-Musikaufnahmen
mit kräftigen Pegeln verzerrungsfrei und ohne Leistungseinbrüche
genießen. Neben der Raumgröße sind aber auch andere Faktoren
entscheidend. Möchte ich z.B. eine Surroundanlage in einem
Zimmer mit einer Dachschräge installieren, so beeinflusst
die Dachschräge zum einen die akustische Charakteristik des
Raums, zum anderen sind der Anbringung der Surroundlautsprecher
bezüglich der Höhe und des Abstrahlverhaltens enge Grenzen
gesetzt. Räume mit hohen Decken, wie man die beispielsweise
in einem Altbau findet, sind akustisch völlig anders einzuordnen
als z.B. ein Wohnzimmer in einem Bungalow. Die Wanddicke und
das Material, aus dem die Wände und der Boden/die Decke bestehen,
bestimmen ebenfalls die Raumakustik. Habe ich einen Hörraum,
der die Reflexionen einer Klangquelle schnell abklingen lässt,
dann absorbieren die Wandflächen akustisch stark. Ein solcher
Raum, der viel Klangvolumen schluckt, wird in der Akustik
als "toter Raum" bezeichnet. Das Gegenteil ist der
"lebendige Raum": Hier sind die Wände sehr reflexionsfreudig.
Nach der jeweiligen Charakteristik des Hörraums sollte sich
die Auf- und Einstellung der Surroundanlage richten. Wichtig
ist es auch bei der Wahl des aktiven Subwoofers, wie sich
der Hörraum akustisch verhält. So sind beispielsweise dünne
Böden in Verbindung mit einem Downfire Subwoofer problematisch,
können so doch unangenehme Resonanzeffekte das Hörvergnügen
schmälern. Auch die Entwicklung der Akustik, wenn man den
Subwoofer in die Ecke des Hörraums stellt, muss genau überprüft
werden. Bei der Einpegelung der Heimkino-Anlage (am Hörplatz
sollte jeder Kanal den gleichen Lautstärkepegel liefern) sollte,
wenn man Wert auf eine exakte Einmessung legt, ein Sound Pressure
Level Meter, kurz SPL-Meter, eingesetzt werden. Hiermit kann
exakt der Schalldruck gemessen werden, noch weitaus genauer,
als dies bei der Einpegelung nach Gehör mit dem Testtongenerator
oder Einmesssystem des AV-Verstärkers oder -Receivers möglich
ist. Hilfreich beim Einpegeln sind "Pink Noise"
(Rosa Rauschen)-Testtöne: Diese definierte Prüfsignal hat
den Vorteil, dass alle Frequenzen mit dem gleichen Pegel ausgegeben
werden. Wichtig ist die richtige Einstellung der Delay-Time
(Klangverzögerung): Da zwar in der Theorie alle Lautsprecher
die identische Entfernung zum Hörplatz aufweisen sollen, in
der Praxis sich aber teilweise gravierende Unterschiede ergeben,
muss die Lautzeitverzögerung den Gegebenheiten angepasst werden,
um sicherzustellen, dass der Ton bei allen angeschlossenen
Lautsprechern nicht zeitversetzt, sondern gleichzeitig ankommt.
Bevor
man Lautsprecher erstehen möchte, sollte man sich über folgende
Punkte Gedanken machen:
-
An
welchen Verstärker oder Receiver werden die Boxen angeschlossen?
Leistungs- und Impedanzwerte im Kopf haben.
-
Wie
groß ist der Hörraum? Was für eine Akustik hat er? (Am
besten vor dem endgültigen Lautsprecherkauf mit verschiedenen
Lautsprechern, z.B. von Freunden oder Bekannten oder vom
Händler des Vertrauens, in den "eigenen vier Wänden"
experimentieren)
-
Welchen
Verwendungszweck sollen die Lautsprecher erfüllen? Hauptsächlich
für das Heimkino? Oder hauptsächlich für das Musikhören?
Soll überwiegend Musik in DD/DTS 5.1 gehört werden oder
in Stereo? Sollen die Lautsprecher auch für DVD Audio
oder SACD geeignet sein (erweitertes Frequenzspektrum
im Hochtonbereich)
-
Wie
stelle ich die Lautsprecher auf? (Problemzonen des Hörraums
wie z.B. Dachschrägen oder Erker mit einkalkulieren)
In der
Praxis gestaltet sich der Lautsprecherkauf gerade für den
Mehrkanal-Neueinsteiger nicht einfach. Wer beispielsweise
zu einem der häufig in den Elektroniksupermärkten offerierten
Komplettpakete greift, handelt sich nicht selten wenig wertige
Lautsprecher als "Dreingabe" ein. Konkret handelt
es sich oft um sogenannte Subwoofer-/Satellitensysteme, die
aus fünf kleinen Satellitenlautsprechern und einem (inzwischen
meist aktiven) Subwoofer bestehen. Auch wenn diese Systeme
bei geringem Platz aufgrund ihrer Abmessungen Vorteile bieten,
so sind der Klanggüte aus verschiedenen Gründen Grenzen gesetzt:
-
Aufgrund
ihrer kompakten Maße und des daraus resultierenden kleinen
Gehäusevolumens reichen die kleinen Satellitenlautsprecher
im Frequenzgang nicht sonderlich weit nach unten - Folge
ist, dass schon früh der Subwoofer eingreifen muss - und
dies hört man, da der Tieftonlautsprecher durch die hoch
angesiedelte Übernahmefrequenz für das menschliche Ohr
im Raum zu orten ist. Ist die Übernahmefrequenz des Subwoofers
hingegen zu tief angesetzt, entsteht ein Klangloch, da
ein bestimmter Frequenzbereich von den Satellitenlautsprechern
nicht mehr und vom Subwoofer noch nicht übertragen wird
-
Aufgrund
des Gehäusematerials (bei günstigeren Systemen oft Kunststoff)
sind die akustischen Eigenschaften der Satelliten nicht
sonderlich überzeugend. Die Transparenz und das differenzierte
Aufspielen im Hochtonbereich leidet beispielsweise darunter.
-
Der
mitgelieferte Subwoofer weist in vielen Fällen nur sehr
bescheidene Leistungsreserven auf und neigt schnell zum
Durchschlagen
Fazit:
Wer selten oder am besten gar nicht Musik in Stereo hören
möchte, wem hohe Pegel nicht sonderlich wichtig sind, oder
wer nur einen geringen Platz zur Verfügung stehen hat, ist
mit einem Sub-/Sat-System, welches sich, normale Lautstärken
vorausgesetzt, zur Filmtonwiedergabe durchaus eignen kann,
nicht schlecht bedient. Wichtig aber vor dem Kauf:
Wer gern Musik in Stereo hört, Filme auf DVD in höheren Lautstärken
genießen möchte oder auf eine besonders hohe akustische Qualität
Wert legt, sollte lieber nach einem "ausgewachsenen"
Lautsprechersystem Ausschau halten, bei dem die einzelnen
Komponenten (bis auf den aktiven Subwoofer) am besten von
einem Hersteller aus ein und der selben Baureihe sein sollten:
-
Für
die Frontbeschallung, je nach Platz und Qualitätsanspruch,
Stand- oder größere Regallautsprecher verwenden. Dabei
auf den Frequenzgang, die Belastbarkeit und die Impedanz
der Lautsprecher achten und Boxen wählen, die mit dem
Verstärker/Receiver problemlos zusammenarbeiten können.
Wer DVD Audio oder SACD genießen möchte, sollte sich Lautsprecher
mit besonders gutem Klangverhalten im Hochtonbereich anhören.
-
Einen
ausreichend dimensionierten Centerlautsprecher wählen.
Die Bedeutung des Centerlautsprechers wird oft unterschätzt,
aber ohne eine ansprechende und natürliche Stimmwiedergabe
ist der Filmspass deutlich geschmälert. Auch Effekte,
die vorn aus der Mitte kommen, müssen vom Center entsprechend
wiedergegeben werden können. Daher auf ein ausreichend
großes Gehäuse und hochwertige Chassis achten. Wichtig:
Wird der Center in unmittelbarer Nähe zum Fernseher untergebracht,
ist eine richtig funktionierende magnetische Abschirmung
vonnöten.
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Für
die Surroundbeschallung entweder Regalboxen als Direktstrahler
oder Dipole verwenden. Für welchen Lautsprechertyp man
sich entscheidet, hängt vom Einsatzzweck bzw. vom individuellen
Geschmack ab. Der Direktstrahler ist beim Abspielen von
Musik-DVDs aufgrund seiner höheren Präzision und seinem
exakteren Klangbild die bessere Alternative. Mit größerem,
weiteren und räumlicheren Klangbild eignet sich der Dipol
sehr gut für die Filmtonwiedergabe, da er es versteht,
ein Surroundklangfeld von hoher Homogenität und räumlicher
Dichte bauartbedingt zu erzeugen. Für denjenigen, der
Musik und Filme in gleichermaßen guter Qualität genießen
möchte, empfiehlt sich der Kauf von Dipolen und Direktstrahlern.
Bei vielen Verstärkern/Receivern von Denon lassen sich
direkt zwei Paar Surroundlautsprecher anschließen - ansonsten
muss kurz auf der Geräterückseite umgesteckt werden
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Der
aktive Subwoofer sollte in der Leistung nicht unterdimensioniert
sein und über ein ausreichend großes Gehäusevolumen verfügen,
um eine akkurate Wiedergabe auch sehr tiefer Frequenzen
und eine hohe Belastbarkeit sicherzustellen. Für ein richtiges
Heimkino sollte die Nennbelastbarkeit des Basslautsprechers
nicht unter 100 W liegen.
Weiterführendes:
Sehr empfehlenswert
für alle, die mehr zum Thema Akustik und Lautsprecher, aber
auch Begriffen rund um die AV-Technik wissen wollen:
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Umfangreiches
Lexikon bei hifi-regler.de
-
AV-Lexikon
auf burosch.de
-
Lexikon
bei visaton
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Schon
älter, für die Grundlagen aber noch immer hervorragend:
Friedemann Hausdorf, Handbuch der Lautsprechertechnik,
4. überarbeitete Auflage, herausgegeben von Visaton Germany,
1993
Text:
Carsten Rampacher
update: 02.07.2008
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