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Klangbestimmende Komponenten von HiFi-Lautsprechern.
Ein Lautsprecher besteht aus einer Vielzahl einzelner Bauteile, die zu verschiedenen Baugruppen oder Komponenten zusammengefügt werden. Als Ganzes wird daraus dann der Lautsprecher gebaut. Im Prinzip hat jedes Bauteil eines Lautsprechers einen Einfluss auf die Klangeigenschaften – allerdings in höchst unterschiedlichem Ausmass, wie die nachfolgenden Betrachtungen zeigen werden.
Dazu unterscheiden wir zwischen den primären klangbeeinflussenden Komponenten (Lautsprecherchassis, Frequenzweichen, Gehäuse) und den sekundären Bauteilen (Anschlüsse, Kabel, etc.).
Membrane
Bei jedem Lautsprecherchassis – also Basslautsprechern, Mitteltönern und auch Hochtönern – ist das Schall erzeugende Bauteil die Membran. Sie hat die Aufgabe, die eingespeiste elektrische Energie in Schallwellen umzuwandeln und dabei dem Signal möglichst exakt zu folgen. Daher ist es sehr wichtig, dass die Membran bei jeder Lautstärke und im gesamten von ihr übertragenen Frequenzspektrum ohne Fehlbewegungen (wie Taumeln, Verwinden, Aufbrechen, Resonanzen) kolbenförmig arbeitet. Wenn man sich bewusst macht, dass bereits minimale Membranbewegungen im Tausendstel-Millimeter-Bereich deutlich hörbaren Schall entwickeln, wird einem die Wichtigkeit einer möglichst exakten Membranbewegung deutlich.
Diese sicherzustellen, bedeutet in der Summe sehr komplexe Aufgaben. Am schwerwiegendsten ist zudem die Tatsache, dass sich „fehlerhafte“ Bewegungen der Membran durch nichts kompensieren lassen. Weder eine Entzerrung noch eine digitale Kompensation, egal in welcher Form auch immer, können die Fehlbewegungen der Membran ausgleichen oder verhindern. Umso wichtiger ist es daher, schon bei der Konstruktion eines Lautsprechers grösstes Augenmerk auf ein korrektes Arbeiten der Membranen in allen Betriebszuständen zu achten. Eine anspruchsvolle Aufgabe, da die Membranen extremen Beschleunigungen und Impulsen ausgesetzt sind und zudem dynamische Elemente in Bezug auf Frequenz und Zeit fehlerfrei reproduzieren müssen.
Das Membranmaterial kann dabei höchst unterschiedlich sein. Je nach Anwendung werden hier heute Metalle wie Aluminium, Beryllium oder Titan, Kunststoffe wie Polypropylen oder Kohlefaser, Verbundwerkstoffe, verschiedene Keramiken, aber auch immer noch Papier eingesetzt. Häufig kommen auch Kombinationen verschiedener Materialien zum Einsatz. Da es leider kein optimales Membranmaterial für alle Anwendungen gibt, muss der Konstrukteur je nach Anwendung, Abmessung und Zielsetzung die ideale Membran, deren Materialaufbau und Konstruktion bestimmen.
Die Membran und ihr fehlerfreies Arbeiten sind zentrale Voraussetzungen für eine einwandfreie Musikwiedergabe. Doch darüber hinaus enthält jedes Chassis noch weitere klangbestimmende Bauteile. So definieren beispielsweise die Membranaufhängung – Sicke und Zentrierspinne – und das Antriebssystem – Magnetkonstruktion und Schwingspule mit Schwingspulenträger – die elektrodynamischen Eigenschaften eines Chassis. Diese auch Thiele/Small-Parameter genannten Faktoren bestimmen zusammen mit dem Gehäuse das Übertragungsverhalten des Chassis im eingebauten Zustand.
Bändchenwandler-Technologie
Im Mittel- und Hochtonbereich müssen logischerweise sehr viel schnellere Impulse und höhere Frequenzen als im Tieftonbereich verarbeitet werden. Deshalb ist es bei diesen Chassis sehr wichtig, die bewegten Massen so gering wie irgend möglich zu halten. Aus diesem Grund bietet sich hier die Bändchen-Technologie als idealer Schallwandler an.
Die hauchdünnen Aluminiumfolien von Bändchen-Hoch- und Mitteltönern wiegen nur einen Bruchteil konventioneller Konus- oder Kalottenmembranen. Trotzdem arbeiten sie dank ihres flächenmässigen Antriebs in allen Betriebszuständen als reine Kolbenstrahler. Zwar steigt bei solchen Systemen der Material- und Herstellungsaufwand, was aber durch die einmaligen Qualitäten mehr als gerechtfertigt ist.
Lautsprechertreiber – ganz gleich, ob Bass-, Mittelton- oder Hochtonlautsprecher – sind in jedem Fall hochkomplexe Gebilde, die den Grundstein für einen qualitativ hochwertigen Lautsprecher bilden.
Frequenzweiche
In einem Lautsprecher mit mehreren Chassis wird das vom Verstärker kommende Audiosignal auf die verschiedenen Wege (Bass-, Mittelton- und Hochtonbereich) aufgeteilt. Dazu wird normalerweise eine aus Spulen, Kondensatoren und Widerständen bestehende Frequenzweiche eingesetzt. Ihre Aufgabe ist es, jedem einzelnen Chassis genau den Teil des Frequenzbands zuzuführen, für den es konstruiert worden ist. Gleichzeitig gewährleistet sie, dass die Summe aus allen Lautsprechersignalen wieder möglichst genau dem Original entspricht. Frequenzweichen sind ebenfalls sehr komplex, lassen sich heute aber mit modernen Mess- und Simulationssystemen sehr exakt berechnen.
Eine Frequenzweiche besteht sehr schnell aus zehn, zwanzig oder gar dreissig Bauteilen. Alle diese einzelnen Bauteile müssen exakt aufeinander abgestimmt sein, damit der Lautsprecher als Ganzes seine Funktion fehlerfrei erfüllt. Wenn zum Beispiel nur bei einem Bauteil der ideale Wert um 10% verfehlt wird, hat das bereits deutliche Auswirkungen auf die Klangwiedergabe. Je nach Preisklasse des Lautsprechers werden natürlich auch verschiedene Komponenten bei den Spulen, Kondensatoren und Widerständen eingesetzt. Bei den Kondensatoren sollten wenn immer möglich Folienwickeltypen (MKP, MKT) und in parallelen Zweigen bei höheren Kapazitäten auch bipolare Elkos eingesetzt werden. Kondensatoren lassen sich bei den Verlusten und Toleranzen qualitativ eindeutig bestimmen. Den klanglich „besten“ Kondensator gibt es aber nicht.
Das gleiche gilt im Prinzip für die Spulen einer Frequenzweiche. Die Spule muss die geforderte Induktivität und den gewünschten ohmschen Widerstand aufweisen. Zudem darf sie keine Verzerrungen generieren und sollte den geforderten Leistungsbereich abdecken, ohne in Sättigung zu geraten. Insbesondere der Widerstand einer Spule wird dabei häufig völlig falsch beurteilt. Die ideale Spule sollte keinen ohmschen Widerstand von 0 haben – ihr Widerstand geht vielmehr als eigenständiger Parameter in die Abstimmung von Gehäuse und Treiber ein. Dies lässt sich heute sehr exakt berechnen und in Simulationen optimieren. Wir sehen also, die Frequenzweiche ist klangbestimmend, wobei die einzelnen Bauteile nicht überbewertet werden sollten.
Gehäuse
Auch wenn die Membranbewegungen der einzelnen Chassis für die Entstehung von Schallwellen sorgen, spielt hierbei auch das Gehäuse eine wichtige Rolle: Einerseits müssen die Abmessungen und das Volumen der Gehäuse exakt den für das Zusammenspiel mit den Chassis berechneten Vorgaben entsprechen. Andererseits darf sich das ideale Lautsprechergehäuse auf keinen Fall verwinden, bei bestimmten Frequenzen mitschwingen oder sich in irgendeiner anderen Weise verformen oder bewegen. Im Idealfall bildet das Lautsprechergehäuse den berühmten Fels in der Brandung, der ein stabiles Fundament für die Abstrahlung des Schalls und somit einen ausgezeichneten Klang legt.
Sobald ein Lautsprechergehäuse spürbar vibriert, strahlt es auch Schall ab, der sich mit den von den Membranen abgegebenen Schallwellen überlagert und so zu unerwünschten Pegelspitzen oder Auslöschungen führen kann. Erschwerend kommt hinzu, dass einmal in Bewegung versetzte Gehäuseteile aufgrund ihrer Masse noch über eine gewisse Zeit nachschwingen, auch wenn der anregende Impuls bereits vorüber ist. Dies führt zu Verwischungs-Effekten sowohl im Frequenzgang als auch im Impulsverhalten.
Aus den genannten Gründen sollte das perfekte Lautsprechergehäuse extrem steif und das Gehäusematerial möglichst gut gedämpft sein. Aluminium ist in dieser Hinsicht ein fast idealer Werkstoff. Bei einem Bruchteil der benötigten Wandstärke verglichen mit z.B. MDF lassen sich Gehäuse konstruieren, die in Kombination mit präzise eingesetzten Versteifungen und dem richtigen Dämpfungsmaterial ein nahezu fehlerfreies Verhalten bieten. Zudem lässt sich mit der Technologie des Strangpressens praktisch jede vorstellbare und akustisch ideale Form umsetzen. Aluminium als Gehäusewerkstoff ist somit ideal, um Gehäuse ohne „Eigenklang“ herzustellen.
Periphere Bauteile
Die weiteren Bauteile wie die Innenverkabelung, Anschlussklemmen oder verstellbare Standfüsse sind eigentlich unproblematisch und einfach zu bestimmen. Lediglich die elektrischen Eigenschaften und die Langzeitbeständigkeit, z.B. in Hinblick auf eine mögliche Oxidation von Kontakten, sind zu berücksichtigen. Je nach Beschaffenheit des Fussbodens hat man – beispielsweise mit Spikes oder schraubbaren Dämpfungselementen – weitere, wenn auch sehr beschränkte Möglichkeiten, Einfluss auf die Übertragungseigenschaften eines HiFi-Lautsprechers zu nehmen.
In Summe besteht ein Lautsprecher somit aus einer Vielzahl von Einzelteilen, die mitunter extreme Anforderungen erfüllen müssen. In jedem Fall sind eine akribische Konstruktion, eine sorgfältige Auswahl der verwendeten Materialen sowie eine präzise Produktion von zentraler Bedeutung.