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Geschlossene Box
Ähnlichkeiten unerwünscht?
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Es gibt geschlossene Lautsprechergehäuse,
Schallwände, Baßreflexlautsprecher, Transmissionsline
Gehäuse, Hörner, eine Reihe
exotisch anmutender Kombinationen wie z.
B. den Karlson Coupler. Ebenso wird viel
darüber diskutiert welches der unterschiedlichen
Gehäuse die besten Ergebnisse ermögliche.
Tiefere oder „satte" Bäaase, mehr Dynamik,
besserer Wirkungsgrad, sauberes Impulsverhalten
sind einige der Begriffe. Man
gewinnt den Eindruck, es lägen Welten zwischen
den unterschiedlichen Möglichkeiten.
Eigentlich erstaunlich, auf der einen Seite
ist ein Lautsprecher, auf der anderen Seite
ist immer die gleiche Luft mit genau
bekannten Eigenschaften. Offensichtlich werden
diese Eigenschaften von den verschiedenen
Gehäusetypen auf unterschiedliche
Weise genutzt. Ärgerlicherweise sind die
Ergebnisse zwar deutlich hörbar, die Vorgänge
selbst dagegen unsichtbar, es ist
daher nicht uninteressant, diese Eigenschaften
der Luft und die Funktionsweise der
verschiedenen Lautsprechergehäuse zu kennen.
Die Luft ist ein Gasgemisch mit einer spezifischen
Dichte von 1,189 Kilogramm pro
Kubikmeter.
Das heißt, die Luft hat eine Masse. Masse
ist die Eigenschaft jeder Materie, träge und
schwer zu sein. Gleichzeitig ist die Luft als
Gasgemisch elastisch, also komprimierbar.
Mit Trägheitskräften „wehrt" sich Materie
gegen Beschleunigung, mit Elastizitätskräften
versucht sie ihre ursprüngliche Lage
wieder einzunehmen.
Nimmt man ein Materieteilchen (z. B.
Gasmolekül) und bringt es durch eine Kraft
von außen aus seiner Ruhelage, so wird es,
wenn die Kraft wegfällt eine Zeitlang um
diese Ruhelage hin- und herpendeln. Es
schwingt. , "' f?
Was im Kleinen gilt, gilt meistens auch im
Großen. Bringt man eine elastisch aufgehängte
Lautsprechermembran aus ihrer
Ruhelage, so wird sie in einer „abklingenden"
Schwingung in ihre Rugelage zurückkehren.
Die Frequenz mit der diese Schwingung
erfolgt heißt Resonanzfrequenz und
läßt sich errechnen.
Dabei ist
M die bewegte Masse in Kilogramm
C die Nachgiebigkeit (Compliance) in m
pro Newton (N) 1 Kilogramm entspricht
9,81 N
So hat ein Lautsprechersystem mit einer
effektiven bewegten Masse von 16 g und
einer Nachgiebigkeit von 0,00145 m/N eine
Resonanzfrequenz von 33Hz.
Baut man einen solchen Lautsprecher in ein
Gehäuse ein, so addiert sich zu einer Federsteife
der Membranaufhängung die Federsteife
der Luft, die im Gehäuse eingeschlossen
ist. Die Federsteife der Kombination
wird größer. Damit muß sich die Resonanzfrequenz
ändern. Wenn z. B. die Aufhängung
der Membran und das Luftvolumen
die gleiche Federsteife haben ergibt sich:
bei doppelter Federsteife ist:
für die Resonanzfrequenz gilt jetzt:
die Resonanzfrequenz erhöht sich um den
Faktor
Dieses Luftvolumen, dessen Federsteife
gleich der Federsteife der Mambranaufhängung
ist, heißt VAS und errechnet sich:
Die Resonanzfrequenz jedes Lautsprechersystems
in jedem Gehäuse läßt sich jetzt
ebenfalls berechnen:
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Änderung der Resonanzfrequenz beim Einbau
in ein geschlossenes Lautsprechergehäuse.
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Damit allein ist jedoch noch nichts gewonnen,
denn bisher ist noch nicht bekannt
welchen Schalldruck ein eingebauter Lautsprecher
bei dieser Frequenz erzeugt. Der
Schalldruck bei höheren Frequenzen wird
vom Hersteller in dB/Watt/1 m Abstand
angegeben. Folgt man der Forderung nach
linearem Frequenzgang, so muß der Laut- '
Sprecher bis zu seiner Resonanzfrequenz
diesen Schalldruck erzeugen.
Der Freiluft Qt eines Lautsprechers gibt das
Verhältnis von Schalldruck bei Resonanzfrequenz
fo zu Schalldruck bei höheren
Frequenzen an.
Außerdem gibt der Q-Faktor Aufschluß
über den Frequenzgang, das Ausschwingverhalten
und den Phasenverlauf im Bereich
tiefer Frequenzen.
Schalldruck P in Abhängigkeit verschiedener
QT
Der Q-Faktor ist das Ergebnis des Zusammenwirkens
von mechanischer Schwingung
und elektrischer Bedämpfung. Die Schwingung
der Membran alleine ist „unterbedämpft"
der Q-Faktor daher hoch, die
Membran überschwingt sehr stark und
außerdem nur in einer Frequenz.
Mit Hilfe des Antriebes, also der Schwingspule
in einem Magnetfeld, lassen sich der
Lautsprechermembran auch Schwingungen
anderer Frequenzen „aufzwingen", ebenso
ist der Antrieb in der Lage, die Membran zu
bremsen, das heißt, die Schwingung zu
bedampfen.