Frequenzweiche Lautsprecher – für eine optimale Klangwiedergabe

Frequenzweiche

Was ist eine Frequenzweiche?

Das menschliche Ohr ist in der Lage, ein Frequenzspektrum zwischen 20 bis 20.000 Hertz zu unterscheiden. Um aus elektrischem Strom lebendige Musik zu machen, ist ein Lautsprecher als dynamischer Wandler nötig, der die elektrische Energie in Schallenergie umwandelt. 

Durch seinen spezifischen Aufbau versetzt er die Luft in Schwingungen und erzeugt dadurch Schallwellen, die Sie mit Ihrem Ohr hören können. Ideal ist ein Lautsprecher, der eine sehr präzise Umwandlung erreicht. 

Die meisten Lautsprecherboxen bestehen daher aus mehreren Chassis und verteilen die Hoch- und Tieftöne in einem ausgeglichenen Verhältnis. Eine möglichst gute Schallverteilung gelingt, wenn das gesamte Frequenzspektrum angesprochen ist. Das ist mit Chassis der Fall, die eine Anpassung an die spezifischen Frequenzbereiche durch Frequenzweichen erlauben.

Wie funktioniert eine Frequenzweiche?

Jeder Hersteller von Lautsprechern konstruiert seine eigenen Frequenzweichen und verwendet verschiedene Filter. Die Wege Frequenzweiche teilt das ihr zugeführte Signal in die einzelnen Bereiche auf und bewirkt, dass jeder Lautsprecher die Spannung erhält, die für die Umwandlung des Schalls benötigt wird. 

Die hohen Töne gelangen so ungestört zum Hochtöner, die tiefen zum Tieftöner. Da die Lautsprecherchassis meistens darauf beschränkt sind, einen bestimmten Frequenzbereich zu bedienen, leitet die Frequenzweiche nur die Frequenzbereiche an die Chassis weiter, für die sie konzipiert sind. Der Rest wird für die optimale Klangwiedergabe herausgefiltert.

Die verschiedenen Varianten der Frequenzweiche

Jeder Hersteller von Lautsprechern konstruiert seine eigenen Frequenzweichen und verwendet verschiedene Filter. Die Wege Frequenzweiche teilt das ihr zugeführte Signal in die einzelnen Bereiche auf und bewirkt, dass jeder Lautsprecher die Spannung erhält, die für die Umwandlung des Schalls benötigt wird. 

Die hohen Töne gelangen so ungestört zum Hochtöner, die tiefen zum Tieftöner. Da die Lautsprecherchassis meistens darauf beschränkt sind, einen bestimmten Frequenzbereich zu bedienen, leitet die Frequenzweiche nur die Frequenzbereiche an die Chassis weiter, für die sie konzipiert sind. Der Rest wird für die optimale Klangwiedergabe herausgefiltert.

Wenn Folien Kondensatoren gegen Spulen ersetzt werden, geraten die Hochtöne zu Tieftönen. Die Drosselspule lässt die tiefen Frequenzen durch und blockiert die hohen. Der Kondensator leitet die hohen weiter und blockiert die tiefen. 

Der Wiederstand ist zur Steuerung der Impedanz nötig und dämpft gleichzeitig das Signal. Beeinflusst wird die Wirkung der 2 Wege und 3 Wege Weiche durch die gegenseitigen Werte, die Lautsprechereinheiten und durch das Lautsprecherkabel.

Aktivweichen besitzen weitere aktive Bauteile wie Transistoren oder Verstärker. Diese Frequenzweichen benötigen immer eine zusätzliche Stromversorgung und weisen eine Filterordnung zwischen der zweiten und achten Ordnung auf. Während Passivweichen nach der letzten Verstärkerstufe unmittelbar vor dem Lautsprecher verbaut sind, werden bei der Endstufe die Aktivweichen nachgeschaltet.

Was sind Hochpassfilter und Tiefpassfilter?

Die Filter der Frequenzweiche sind entweder Hochpassfilter oder Tiefpassfilter. Der Hochpassfilter lässt lediglich die hohen Frequenzen durch und filtert den Rest heraus. 

Der Tiefpassfilter funktioniert in umgekehrter Form und übermittelt ausschließlich die tiefen Tonfrequenzen mit der Filterung der restlichen. Beide Varianten werden von Herstellern eigens entwickelt und können daher auch unterschiedlich stark filtern. Der Hochpassfilter senkt die Klanganteile unterhalb des Frequenz-Schwellenwerts und schneidet die Tiefen weg. Daher wird er auch als Low-Cut-Filter bezeichnet. Bei der Kombination von Hochpass und Tiefpass entsteht ein Bandpass, das beispielsweise den Mitteltöner eines 3 Wege Lautsprechers mit einem Signal versorgt.

Eine Kerngröße der Filterfunktion ist auch die Dämpfung als Q-Wert. Dieser beschreibt, wie abrupt oder sanft sich die Übertragungsfunktion der Trennfrequenz an die Flankensteilheit annähert. Ein niedriger Q-Wert bewirkt einen gemächlichen Übergang über einen sehr breiten Bereich, während der höhere Q-Wert schnellere Übergänge möglich macht.

frequenzweiche

Was ist besser? Eine aktive oder passive Frequenzweiche?

Für das perfekte Klangerlebnis sind in der Regel aktive Frequenzweichen die bessere Wahl. Sie erlauben eine präzisere Trennung der Frequenzbereiche, während Passivweichen viel Leistung vergeuden und die Entzerrung des Tieftonwegs nicht vollständig gelingt. Hersteller kompensieren diese Phase mit groß dimensionierten Bauteilen, besonders in Bezug auf die Spulen.

Aktive Weichen besitzen wesentlich kleinere Bauteile und gewährleisten eine bessere Überlastungsüberwachung. Sie haben nicht nur einen dämpfenden, sondern auch einen verstärkenden Einfluss auf das Signal. Das vermeidet die Entzerrung des Tieftonwegs, benötigt jedoch immer einen eigenen Verstärker mit zusätzlicher Stromversorgung. Im High-End-Segment sind Passivweichen kaum noch gefragt, da diese kein klangliches Optimum erzielen.

Wann brauche ich eine Frequenzweiche?

Eine Frequenzweiche ist immer dann sinnvoll, wenn Sie mehrere Chassis verwenden und die Frequenzen so auf die Lautsprecher verteilen möchten, dass jedes Chassis die Frequenzen wiedergibt, für die es gebaut ist. Das können sowohl Aktiv- als auch Passivweichen sein, wobei erstere das bessere Klangerlebnis garantieren. 

Für Wege Lautsprechersysteme sind beide die entscheidenden Bauteile, um den Schall frequenzabhängig auf die Lautsprecher zu verteilen und die Übergänge möglichst unauffällig zu gestalten. Leider funktioniert kein Wege Lautsprecher immer perfekt, sondern schwankt frequenzabhängig. Durch die Frequenzweiche gleichen Sie eventuelle Fehler der Lautsprecher wieder aus, ebenso die Resonanzen und den Frequenzgang.

Welchen Frequenzbereich sollte ein guter Lautsprecher haben?

Der Frequenzgang bestimmt das Verhalten eines Lautsprechers, wenn er ein konstantes Signal über das gesamte Frequenzspektrum übermittelt. Er steht für den Schalldruckpegel oder die Amplitude der Membran, hat aber auch Auswirkungen auf die Impedanz und den Klirrfaktor. Grafisch wird der Frequenzgang als Kurve dargestellt und zeigt den Schalldruckpegelverlauf in Abhängigkeit zur Schallfrequenz an. Hörbar wird so, wie sich der abgespielte Klang in Verbindung mit der Lautstärke verändert.

Wie sieht ein guter Frequenzgang aus?

Lautsprecher wandeln den elektrischen Impuls in Schall um und geben das Frequenzband mit den einzelnen Frequenzbereichen wieder. Wenn diese dabei zu stark oder zu wenig betont werden, ändert sich das Klangerlebnis ungünstig. Bei einem Lautsprecher zählt daher am meisten, dass er einen möglichst linearen Frequenzgang der Mitteltöne gewährleistet, die zwischen 200 und 2.000 Hertz liegt.

Im höheren Frequenzbereich sind Abweichungen dagegen nicht so tragisch, da das menschliche Ohr diese ab 15.000 Hertz nicht mehr wahrnimmt. Allgemein bewirken jedoch zu starke Schwankungen ein störendes Klangerlebnis, beispielsweise zu dumpfe Bässe oder klirrende Höhen. Lautsprecher, die diesen Bereich abdecken, ermöglichen ein warmes, volles und gefälliges Klangbild.

Ein guter Frequenzgang bei Wege Lautsprechern ist linear und bedient besonders die Mitten. Dennoch setzen einige Hersteller auch auf eine ausgeprägte Betonung der Bässe und auf klare Höhen, besonders für moderne Musikrichtungen oder Filme. Der lineare Frequenzgang ist ein Muss für klassische und instrumentale Musik, um die einzelnen Instrumente ebenso herauszuhören wie die Verschmelzung aller. Die Linearität bewirkt, dass der Wege Lautsprecher das Wiedergabesystem innerhalb einer Amplitude nur geringfügig beeinflusst. Daher hören Sie genau das, was die Musikaufnahme für die einzelnen Frequenzen vorgesehen hat (Frequenzbereiche 0/23).

Welche Frequenz ist bei einem Subwoofer erforderlich?

Der Frequenzbereich bei einem Subwoofer gibt an, welche Tonfrequenz sich maximal erreichen lässt. Verstärker mit Platine sind besonders im Heimkino gängig und bestimmen den satten Sound. Die Frequenz bewegt sich in der Regel zwischen 50 bis 120 Hertz. Die Einstellung der Übernahmefrequenz bleibt jedoch Gefühlssache. Üblicherweise arbeiten große Standboxen mit einem Wert unter 60 Hertz, während mittlere bis große Boxen aus eigener Kraft viel Bass schaffen und eine Trennfrequenz von 80 Hertz benötigen. Kleine Boxen arbeiten mit etwa 120 Hertz. Es empfiehlt sich, Endstufen mit 8 Ohm zu wählen, wenn Sie mehr als nur eine Wege Box anschließen möchten.

frequenzweiche 3

Warum sind 3 Wege Lautsprecher eine gute Wahl?

Der 2 Wege Lautsprecher besteht immer aus einem Hochtonlautsprecher und einem Tieftonlautsprecher. Das ergibt ein gutes Zusammenspiel der Frequenzbänder. Beide Treiber kümmern sich dabei immer um den Frequenzbereich, den sie am besten bedienen können. Leider ist dies bei der 2 Wege Frequenzweiche jedoch nicht immer ausreichend gegeben. In der Phase der Filterung verzögert sich oftmals das Signal pro Filterordnung. 

Anders ist das bei Mehrwege-Lautsprechern, die mit Weichen funktionieren, die den Hoch-, Mittel- und Tieftöner in den Frequenzbereichen präzise trennen. Bei einem 3 Wege Lautsprecher arbeitet das Lautsprecherchassis in einem deutlich engeren Frequenzbereich und lässt sich besser optimieren. Das ergibt eine stimmige Wiedergabe und den gewünschten linearen Frequenzgang.

FAQ – die wichtigsten Fragen und Antworten zur Frequenzweiche

Die Berechnung der Weiche ist bei Wege Lautsprechern sehr komplex und benötigt ein Hintergrundwissen über Lautsprecher und ihre Funktionen. Für Laien ist es daher besser, auf die Herstellerangaben zu achten und auch den Einbau einem Fachmann zu überlassen.

Die meisten modernen Wege Lautsprecher sind mit diesem Bauteil ausgestattet, das eine Trennung der Hoch-, Tief- und Mitteltöne ermöglicht. Lediglich Modelle, bei denen eine Software diesen Vorgang übernimmt, benötigen keine Frequenzweiche.

Das Betreiben eines Hochtöners ohne Frequenzweiche ist nicht zu empfehlen. Zwar spielt dieser die niedrigen Pegel, wird aber auf Dauer zu stark belastet und brennt irgendwann durch. In vielen Frequenzweichen ist zudem ein Hochtonschutz integriert, so dass Schäden vermieden werden.

Die Frequenzweiche erlaubt eine präzise Weiterleitung der Hoch-, Mittel- und Tieftöne und sollte einen genauen Wert erreichen. Der ideale Frequenzgang gibt natürlich alle Frequenzbereiche gleichmäßig wieder. Leider ist das in der Praxis nicht möglich, so dass mit hochwertigen Wege Lautsprechern lediglich eine Annäherung gelingt. Das ist wichtig, da das menschliche Ohr besonders Abweichungen bei den Mitteltönen wahrnimmt. Gute Wege HiFi Lautsprecher lassen eine maximale Abweichung von etwa 3 dB des Referenzpegels zu.

Die Nenn-Impedanz eines Lautsprechers beträgt entweder 4 oder 8 Ohm. Entsprechend muss bei 8 Ohm eine Spannung von 8 Volt erzeugt werden. Das entspricht 8 Watt. Die Frequenzweiche ist auf den Lautsprecher abgestimmt und weist den gleichen Wert auf. Ein 8-Ohm-Lautsprecher benötigt weniger Leistung, um die gleiche Lautstärke wie ein 4-Ohm-Lautsprecher zu erzeugen.

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