Tieftontreiber für Subwoofer

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  1. #1 Mr. Bean, 10.04.2003
    Mr. Bean

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    Tieftontreiber für Subwoofer

    Die Tricks der Cassis/Lautsprecherboxen-Entwickler

    Damit ein Baßtreiber eine extrem niedrige Grenzfrequenz erreicht, müssen im Prinzip nur die Thiele-Small-Parameter stimmen. Die TSP sind Parameter eines einzelnen Chassis, unabhängig von den ihn umgebenen Raum. Sie sind die Basis dafür, um das Verhalten des Chassis in dem ihm umgebenden Raum berechnen zu können. Die Simulation bezieht sich meist auf Freifeldbedingungen, so das das Simulationsergebnis von dem tatsächlichen Ergebnis im Aufstellungsraum abweicht. Da aber kaum etwas an der Abstimmung geändert werden kann, ohne ein schlechteres Gesamtergebnis zu erhalten, kann gegebenenfalls nachträglich bei Bedarf per Equalizer gefiltert werden. Bei Baßreflexboxen, diese bieten die einfachste Möglichkeit, rel. sauberen, wirkungsgradstarken Tieftsbaß zu erzeugen, sollte für eine optimale Abstimmungen die Gesamtgüte des Chassis im idealen Bereich zwischen 0,35 und 0,4 liegen. Denn die Rersonanzfrequenz des Tieftöners ist dann näherungsweise identisch mit der erzielbaren unteren Frequenzgrenze. Nun reicht es aber nicht, einfach die Membran weich aufzuhängen, denn dann sinkt zwar die Resonanzfrequenz, aber auch die Güte, und nichts ist gewonnen. Zwar ließe sich mittels eines schwächeren Antriebs die Güte wieder heraufsetzen, aber die Parameter eines extrem weich aufgehängten Tieftöners wären alles andere als brauchbar. Mit der Nachgiebigkeit der Membranaufhängung steigt nämlich das Äquivalentvolumen, und das bestimmt letztlich über die Gehäusegröße. Um die untere Grenzfrequenz um eine Oktave herunterzusetzen, müßte das Gehäuse gleich vier mal größer ausfallen. Abgesehen davon, daß kubikmetergroße Subwoofer weder handhabbar noch in einen Hörraum integrierbar sind, steigen bei großen Gehäusevolumina die Verluste drastisch an, und die theoretisch errechnete untere Grenzfrequenz verfehlt der riesige Subwoofer daher in der Praxis deutlich.

    Große Masse

    Die Vergrößerung der bewegten Masse, verspricht dagegen Aussicht auf Erfolg. Die Resonanzfrequenz sinkt, ohne daß das Äquivalentvolumen steigt. Sehr schwere Baßmembranen liefern daher niedrige Grenzfrequenzen aus kleinen Gehäusen. Aber auch diese Sache hat einen Haken. Hohe Masse bedeutet niedrigen Wirkungsgrad, solche Treiber sind daher sehr anspruchsvoll, was die Vertstärkerleistung angeht. Glücklicherweise gibt es heute zahlreiche Verstärker, die einige hundert Watt mobilisieren. Den Extremfall eines Subwoofers stellt die Firma Sunfire in Amerika her: Einen Würfel mit 30 Zentimeten Kantenlänge, der dank gut einem Pfund Membranmasse und über 2700 Watt Verstärkerleistung aus 20 Litern Gehäusevolumen 20 Hertz herauskitzelt.
    [​IMG]

    Solche hochspezialisierten Baßtreiber gibt es leider nicht einzeln zu kaufen, aber viele Woofer aus dem Car-HiFi Bereich gehen zumindest in diese Richtung. Die extrem hohe Leistung hat noch einen weiteren Grund. Da man zur Kompensation des durch die hohe Membranmasse entstandenen Wirkungsgradverlustes den Antrieb, also den Magneten, stark vergrößern musste, kommt es bei der Resonanzfrequenz zu einem extremen Anstieg der Impedanz. Diese wird durch die hohe Gegeninduktionsspannung hervorgerufen. - Gegeninduktion: jeder Lautsprecher erzeugt durch die Bewegung der Spule im Luftspalt, genau wie ein Dynamo, eine Spannung. Diese Spannung ist der Verstärkerspannung entgegengesetzt gepolt. Sie verringert den Strom, den der Verstärker durch die Lautsprecherschwingspule treiben kann, und wirkt somit wie eine Erhöhung des Lautsprecherwiderstandes -. Soll der Verstärker den Lautsprecher bei seiner Resonanzfrequenz weiterhin kontrollieren, so muss seine Ausgangsspannung so hoch sein, das der Verstärker zu jeder Zeit einen ausreichend hohen Strom durch die Lautsprecherschwingspule treiben kann. Hieraus resultieren dann die exorbitant hohen Leistungswerte der benötigten Endstufen.

    Baßreflexkanal

    Bei der Baßreflexabstimmung eines Tieftöners mit großer Masse oder aber der Verkleinerung des Gehäuses tritt häufig ein weiteres Problem auf. Um die geforderte niedrige Abstimmfrequenz zu realisieren, ist ein sehr langer Baßreflexkanal erforderlich. Den Querschnitt zu verringern um zu einer geringeren Länge zu gelangen ist nicht sinnvoll, da die Strömungsgeschwindigkeit der Luft im Kanal zu groß wird, Strömungsverluste entstehen und der Tiefbaß an Volumen verliert. Ohnehin müssen Ein- und Austrittsöffnung des Kanals stark verrundet werden, da andernfalls Turbulenzen auftreten, die ebenfalls als Strömungsverluste den Tiefbaß dämpfen.

    Zum Umrechnen der Baßreflexrohrmaße kann folgende Formel benutzt werden:

    L2 = (D2²/D1² x (L1 + 0,8 x D1))-(0,8 x D2)

    L2: neue Rohrlänge
    D2: neuer Rohrdurchmesser
    L1: alte Rohrlänge
    D1: alter Rohrdurchmesser

    Bei der Verwendung von Rohren mit abgerundeten Enden – sogenannten Aeroports – zählen die Rundungen nur bedingt zur effektiven Länge, deshalb sind solche Rohre um 10% zu verlängern. Der Durchmesser der Baßreflexöffnung sollte mindestens 40% des Durchmessers des Baßtreibers betragen, da es andernfalls zu den oben genannten Strömungsverlusten bzw. zu Strömungsgeräuschen kommt. Die Querschnittsfläche liegt dann in einem Bereich von mindestens 16% und höchstens 25% der Membranfläche des eingesetzten Woofers. Beispiel: ein 25cm Woofer mit ca. 320cm² Membranfläche benötigt ein Baßreflexrohr von mind. 51cm² und max. 80cm² Dies entspricht einen Durchmesser von 8cm bis 10cm. Für einen 30cm Treiber ergibt sich demnach, bei ca. 500cm² Membranfläche, ein Reflexrohr mit einem Durchmesser von 9,8cm bis 12,6cm. Sollen mehrere Rohre eingesetzt werden, so sind die Einzelrohrflächen zur Gesamtrohrfläche zu addieren.



    Halbwellenlängen-Resonanz

    Andererseits ist der Länge des Baßreflexkanals eine natürliche Grenze gesetzt, da die unvermeidliche Längsresonanz - sie tritt bei der halben Wellenlänge auf - ein unangenehmes Störfeuer entfacht. Ein 50 Zentimeter langer Kanal besitzt diese Längsresonanz bei 300. Hertz; ein deutlich längeres Baßreflexrohr sollte man vermeiden, da die Resonanz sonst dem Subwoofer-Übertragungsbereich zu nahe rückt.
    .
    Passivmembran: (wie oben am Sunfire zu sehen)

    Als Alternative zum Baßreflexrohr kommt bei sehr kleinen Subwoofern nur eine Passivmembran in Frage. Diese wird durch Erhöhung ihrer Masse auf die geforderte Resonanzfrequenz abgestimmt. Probleme mit Eigenresonanzen oder Strömungsverlusten gibt es hier nicht.


    Quelle: Klang + Ton, Car & HiFi, Hobby-HiFi ... und meine Wenigkeit ;)

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