Produkt: Elation DW Profile
Elation DW Profile
Der Profilscheinwerfer mit einer 250 Watt starken LED-Einheit – bestehend aus kaltweißen und warmweißen LEDs – mit einer sehr guten Lichtverteilung glänzen.
Physikalische Grundlagen und die praktische Ausführung der Schallwandlung

PA-Anlage: Wie funktioniert ein Lautsprecher

Von der passiven Frequenzweiche zur Aktivbox

Für die qualitativ hochwertige Reproduktion von Schall im gesamten hörbaren Bereich sind, wie schon erläutert, stets mindestens zwei oder mehr für den jeweiligen Frequenzbereich optimierte Lautsprecher erforderlich. Die Aufteilung des Musiksignals auf die verschiedenen Wege übernimmt die Frequenzweiche. Bei den meisten HiFi-Boxen für die Beschallung des trauten Heims und manchen PA-Boxen (PA = public address, also Systeme für die Beschallung von Menschenmengen) ist das eine rein passive (das heißt, ohne extra Stromversorgung und Verstärkung auskommende) Schaltung aus Kondensatoren, Spulen und Widerständen, die eine grobe Aufteilung, Pegelanpassung und Entzerrung (Linearisierung des Frequenzgangs) vornimmt und für jeden Boxentyp speziell entworfen werden muss.

Kondensatoren und Spulen
Passive Frequenzweiche einer Zweiwegebox mit Kondensatoren (gelb), Leistungswiderständen (weiß) und Spulen (Bild: Swen Müller)

Die verwendeten Bauteile, insbesondere die Spulen für den Bassbereich, sind groß, schwer, und wegen des Kupferpreises auch ziemlich teuer. Außerdem sind die erzielbaren Filter-Flankensteilheiten zur Trennung der einzelnen Bereiche mit typischerweise 12 dB/Oktave (seltener auch 18 oder gar 24 dB/Oktave) nur mäßig, weshalb es breite Überlappungsfrequenzbereiche zwischen den Wegen gibt, in denen beide beteiligten Lautsprecher abstrahlen. Dies wiederum führt zu Einbrüchen im Frequenzgang, wenn beide Chassis vom Abhörpunkt aus gesehen mit entgegengesetzter Phase abstrahlen, und erschwert das Erreichen eines kontrollierten Richtverhaltens.

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Grafik Signalverarbeitung
Signalverarbeitung für Aktivboxen (Bild: Swen Müller)

Aus diesem und einer Reihe von weiteren Gründen setzen sich aktive Lösungen immer mehr durch. Dort erfolgt die Trennung der Frequenzbereiche und bereichsweise Einebnung des Frequenzgangs auf Kleinsignal-Niveau vor der Leistungsverstärkung. Mit mehrstufigen analogen Schaltungen aus Operationsverstärkern, Kondensatoren und Widerständen lassen sich schon deutlich komplexere Entzerrungen und Trennungen mit höheren Flankensteilheiten durchführen, als es mit passiven Weichen praktikabel wäre. Zusätzlich lassen sich auch noch Limiter zum Schutz der Chassis gegen mechanische Zerstörung und Überhitzung einbauen. Geräte, welche diese Funktionen in sich vereinigen, werden Controller, oder vornehmer Loudspeaker Management System genannt und immer häufiger komplett mit digitaler Signalverarbeitung realisiert, womit sich eine enorme Funktionsvielfalt und Flexibilität ergibt. Bei großen PA-Systemen sind diese Controller in externen 19″-Geräten für die Rackmontage untergebracht und speisen häufig gleich eine ganze Batterie von Leistungsverstärkern, die wiederum die einzelnen Wege in Gruppen von Lautsprecherboxen versorgen. Bei kleinen und mittleren Boxen, je nach Firmenphilosophie aber auch bei Großbeschallungssystemen (zum Beispiel solchen des kalifornischen Herstellers Meyer Sound) ist die komplette Elektronik inklusive der Leistungsverstärker für die einzelnen Wege in der Rückwand der Boxen eingebaut. Das ist die klassische Aktivbox, in welche statt eines großkalibrigen Lautsprecherkabels (mit bis zu acht Adern bei extern getrennten Vierwegesystemen) nur ein dünnes NF- und ein Netzkabel für den Stromanschluss gesteckt werden muss.

Dank Schaltnetzteilen und PWM-Endstufen (class D) mit hohem Wirkungsgrad können diese integrierten Lösungen heutzutage recht kompakt ausfallen und vergleichsweise wenig Verlustwärme produzieren, was wiederum die Größe der benötigten Kühlkörper und das Gewicht trotz hoher Leistung in erträglichen Grenzen hält. Ein Thema bei Aktivboxen ist allerdings stets der Ruhegeräuschpegel. Bei preiswerteren Ausführungen werden nicht unbedingt die rauschärmsten Konverter, Operationsverstärker und Endstufenmodule verbaut, was in ruhiger Studioumgebung durchaus zu hörbarem Rauschen insbesondere aus den Hochtönern führen kann.

Neben den rein passiven und voll aktiven Konzepten gibt es allerhand Zwischenlösungen. Bei guten Heimanlagen mit getrennten Subwoofern und kleinen bis mittleren PAs macht es zum Beispiel technisch und ökonomisch Sinn, die mit passiven Frequenzweichen ausgestatteten „Topteile“ für die Mitten/Hochtonwiedergabe und die Subwoofer für die Tiefbasswiedergabe aus getrennten Verstärkern zu versorgen. Die Trennung übernimmt vorab eine kleine vorgeschaltete aktive Weiche, die mit ihrer Flankensteilheit von normalerweise mindestens 24 dB/Oktave wirkungsvoll tieffrequente Leistung von den Mitteltönern und ebenso Mitten von den Subwoofern fernhält, so dass Letztere nicht so leicht ihren Standort verraten. Die Trennung sorgt außerdem dafür, dass deftige Bässe nicht durch Übersteuerung des Verstärkers den gesamten Mitten/Hochtonbereich „platt fahren“ können.

Bei aktiven Monitoren sind häufig in der Rückwand auch klangkorrigierende Regler für die Anpassung an die Abhörumgebung vorhanden, zu denen zumindest ein (meist in Stufen schaltbares) Shelving-Filter für den Bassbereich gehört, mit dem sich aufstellungsbedingte Korrekturen durchführen lassen.

Bei hohen Anforderungen an die Paargleichheit (zum Beispiel bei Studio-Abhören) lassen sich außerdem vom Hersteller insbesondere bei Einsatz der flexiblen Digitaltechnik leicht individuelle Entzerrungen für die rechte und die linke Box vornehmen. Einer der größten Vorteile der integrierten Elektronik ist (neben Vermeidung von Kupferverlusten bei langen Leitungen) der narrensichere Aufbau und Betrieb, wobei die internen Schutzschaltungen eine Überlastung und Zerstörung der Lautsprecher verhindern.

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Kommentare zu diesem Artikel

  1. “Während es schwer fällt, bei (…) Verstärkern noch Unterschiede zwischen unterschiedlichen Modellen heraus zu hören, …”
    Gibt es eine technische Erklärung, warum verschiedene Transistorverstärker einen unterschiedlichen “Klang” haben sollen? Klar, ein Röhrenverstärker verbiegt den Frequenzgang so, dass keine lineare Wiedergabe möglich ist, Transorverstärker nicht.
    In diversen Blindtests konnte bisher kein Verstärkerklang nachgewiesen werden.
    Oder verfügen Sie über neue wissenschaftliche Erkenntnisse / Studien?
    PS: Hörschwellen gehören zur Betrachtung dazu und können nicht wegdiskutiert werden.

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  2. Warum klebt man die Anschlusskabel auf der Pappe fest

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  3. Tolle Sachen, super erklärt, ich bin aboslut sprachlos

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  4. Komisch das du fast ausschließlich negative Beispiele der elektrostaten gebracht hast. Die vielen Vorteile gegenüber konventionellen Treibern hast du komplett außer acht geladsen

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  5. Auch wenn es längst vergangene Zeiten betrifft- ich habe nie einen elektrodynamischen Lautsprecher aus der Röhrenradiozeit gefunden, bei dem der Magnet von der Heizspannung der Röhren gespeist worden wäre. Vielmehr war es üblich, die Magnetspule in Reihe in den Stromkreis zu schalten, der den Anodenstrom für die Röhren lieferte.
    Diese Spule wirkte dann auch gleichzeitig als Drossel zur Glättung der Anodenspannung. Die Spannung nach dem Netzgleichrichter war darum auch erheblich(!) höher als in späteren Zeiten, als bessere Magnetmaterialien den permanent- dynamischen Lautsprecher möglich machten, wie wir ihn heute kennen.

    Ansonsten- ein super Artikel!

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