Der optimale Bass-Lautsprecher, Grundlagen

Dr.-Ing. Peter Strassacker
Email: peter@lautsprechershop.de

Wir werden immer wieder nach dem impulstreuen Superbass gefragt, der ab 8 Hz überträgt. Daher habe ich nachfolgenden Artikel als Diskussionsgrundlage für Tiefbass mit hoher Impulstreue geschrieben. Die Frequenzangaben sind durch Simulation errechnet. Auf einer anderen Seite beschreiben wir, wie man einen High-End-Subwoofer entwirft.

Die Tiefbasseigenschaft eines Lautsprechers hängt von seinen Eigenschaften ab:

Zuerst zu den physikalischen Grenzen, am Beispiel eines geschlossenen Tieftöners, also einseitig abstrahlende Membran (im Beispiel sind die Daten von 2 Stück Alcone AC12 SW-8 voreingestellt).

Für einen Tiefbass mit nennenswerter Lautstärke wird eine gewisse Membranfläche mit einem deutlichen Hub benötigt. Dies können Sie nachfolgend selbst durch Eingabe von Daten ausprobieren: (Der Schalldruck wird natürlich nur erreicht, wenn der Lautsprecher auch die elektrische Leistung verträgt).
 

Maximaler Schalldruck Komma bitte als "." eingeben
Durchmesser der
Schallöffnung in cm:
Anzahl der
Lautsprecher:
max. lineare
Auslenkung in mm: +/-
Frequenz in Hz:
       

eff. Membranfläche
max. Schalldruck im
geschlossenen Gehäuse:
max. Schalldruck in
Bassreflexbox:
cm2 dB (1m) dB (1m)  
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Von R. H. Small gibt es noch einen Zusammenhang zwischen Wirkungsgrad W (in %),
unterer Grenzfrequenz F3 (-3dB in Hz) und Gehäusevolumen V (in L):
      Wirkungsgrad W (in %) = 10-6 x Kn(G) x F3 x Vb
Leider ergibt diese Formel recht hohe maximale Wirkungsgrade, die selten erreicht werden können, so dass wir uns eine Auswertung hier schenken.
 

Maximaler Wirkungsgrad (nach Small) Komma bitte als "." eingeben
Untere Grenz-
frequenz (-3 dB):
Gesamtgüte des
Chassis Qts:
Gesamtgüte der
geschlossenen
Box Qtc:
Volumen
der Box
in Liter:
       
unter optimalen Bedingungen
maximal erreichbarer
Wirkungsgrad bei Abstrahlung
in den Halbraum
im geschlossenen
Gehäuse:
in der Bass-
reflexbox:
dB (1W/1m) dB (1W/1m)  
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Optimal abgestimmte Bassreflexlösungen erbringen einen rund 4 dB höheren maximalen Schalldruck als die geschlossene Box, was Ihnen der Rechner oben auch angibt.

Das ist aber der wesentliche Punkt: Die optimale Abstimmung, so dass Tiefbass mit dem notwendigen Pegel, jedoch ohne Taumeln der Membran erzeugt wird.

Gehen wir von einem bekannten großen Tieftöner aus:

Wavecor SW310 WA02

Wavecor SW310 WA02 ist ein 30 cm Tieftöner mit Aluminiummembran. Er eignet sich gut für Tiefbasswiedergabe. Mit 27,5 Hz Resonanzfrequenz im nicht-eingebauten Zustand erzeugt er in 41 Liter geschlossenem Volumen Tiefen ab 26 Hz (-8 dB) oder im Bassreflexgehäuse von 160 Liter Tiefen ab ca. 16 Hz (-8dB).

Soll die Impulstreue höher sein, so empfehlen wir das geschlossene Gehäuse.

Wavecor SW263 TU01

Für das Auto aber auch für zuhause ist Wavecor SW263 TU01 ein guter Tieftöner mit Tiefbass. Mit 29,5 Hz Resonanzfrequenz im nichteingebauten Zustand erzeugt er in 63 Liter als Bassreflexbox Tiefen ab ca. 18 Hz (-8dB).

Soll die Impulstreue höher sein, so erzeugt er in einem geschlossenen 15 bis 20 Liter-Gehäuse einen straffen Bass, jedoch erst ab ca. 28 Hz (-8dB). Diesen kann man verstärken, indem man einen Vorwiderstand von 0 bis 2 Ohm in Reihe schaltet und ein größeres Gehäuse nutzt.

Hinweis:
Ein Bassreflexgehäuse zu einem vorgegebenen Lautsprecher muss größer sein als das passende geschlossene Gehäuse. Ein Bassreflexgehäuse sollte nicht ausprobiert, sondern zuerst berechnet werden (was wir gerne für Sie machen).

Im Bandpass kann durch eine große geschlossene Kammer die Resonanz tief herunter gesetzt werden - durch eine kleine Vorkammer wird dann eine große Bandbreite erreicht, die bei geringem Wirkungsgrad den Lautsprecher breitbandig bis zu tiefen Frequenzen übertragen lässt. Bei um 10 dB reduziertem Wirkungsgrad erreicht ein Tieftöner dann auch tiefere Frequenzen als im geschlossenen Gehäuse.

Oberton 18 B 450

Oberton 18 B 450 Bei einem Oberton 18 B 450 lässt sich durch die Wirkungsgradverminderung im Bandpassgehäuse ebenso zähmen. In einem 200 Liter-Gehäuse mit 10 dB Wirkungsgradverlust überträgt er spielend ab unter 25 Hz in einem 330 Liter-Gehäuse lassen sich sogar 18 Hz (-8dB) Grenzfrequenz in der Simulation berechnen.

In geschlossenen oder BR-Gehäusen sind die PA-Lautsprecher hingegen laut und haben eine geringe Bandbreite. Eine Methode sie zu zähmen: Den Spulen einen Vorwiderstand vorschalten (also den Magneten schwächen) und somit die Lautsprecher-Resonanz besser nutzen um im Tieftonbereich den Lautsprecher zu unterstützen.

Oberton 18 B 450 hat bereits einen schwächeren Antrieb, so dass er in einem geschlossenen Gehäuse mit 44 Liter Volumen ab 51 Hz (-8 dB) oder in einem Bassreflexgehäuse von 145 Liter ab 33 Hz (-8 dB) spielen kann.

Hinweis:
Mit dem Vorschalten eines Vorwiderstandes sollte dann auch immer das Gehäuse vergrößert werden. Denn je schwächer der Magnet, desto größer sollte das Gehäuse sein. Diese anscheinend wenig bekannte Methode bietet enorme Möglichkeiten der perfekten Abstimmung des Magneten bzw. des Basses. Aber auch hier gibt es eine Grenze: Die Auslenkung des Tieftöners. ... wenn dieser mechanisch an seine Grenzen stößt.

Morel UW 1258

Morel UW 1258 Morel UW 1258 ist ein 29 cm Tieftöner mit Papiermembran. Seine Schwingspule mit 130 mm Durchmesser. Die Resonanzfrequenz liegt bei 21 Hz im nicht eingebauten Zustand. In einem geschlossenen Gehäuse mit 46 Liter Volumen spielt er ab ca. 25 Hz (-8 dB). Im 180 Liter Bassreflexgehäuse ab etwa 16 Hz (-8 dB).

mehrere Membranen

Große Membranen bewegen sich nicht an allen Stellen in Phase; der äußere Teil hinkt nach. Daher sind mehrere kleine vorzuziehen. Diese geben durch ihre größere Fläche die tiefen Töne wesentlich leichter die Umgebung ab, als man erwartet. Leider berücksichtigt dies fast kein uns vorliegendes Simulationsprogramm.