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Bauformen bei Basslautsprechern

subwoofer

Das menschliche Gehör ist vorrangig auf den Frequenzbereich angepasst, in dem Sprache übermittelt wird. Frequenzen unterhalb dieses Fensters werden bei gleichem physikalischen Pegel deutlich leiser wahrgenommen. In der Praxis ergibt sich so ein Bedarf nach mehr Leistung im Bassbereich, dem man entweder durch stärkere Lautsprecher, eine größere Anzahl oder eine Mischform aus beidem begegnen kann. Da Lautsprecher generell einen sehr niedrigen Wirkungsgrad haben, der mit dem einer Glühlampe vergleichbar ist, ist man bedacht, den Nutzbereich des Lautsprechers durch optimierte Gehäuseformen bestmöglich auszureizen. Doch nicht jede Gehäuseform ist für alle Veranstaltungsorte und Publikumsgrößen geeignet. Der folgende Artikel soll eine kleine Hilfe bei der Auswahl des richtigen Subwoofers sein.

1. Einführung

Der Lautsprecher feiert in diesem Jahr seinen 150. Geburtstag, wenn man die Erfindung des Telefons durch Philipp Reis im Jahr 1861 als Grundlage herannimmt. Bereits 1878 wurde der elektro-dynamische Lautsprecher patentiert, der auch heute noch in den meisten Lautsprecherboxen zum Einsatz kommt.

Akustischer KurzschlussBetreibt man einen solchen Lautsprecher ohne Gehäuse, so ergibt sich ein akustischer Kurzschluss, da die von den beiden Membranseiten ausgehenden Schallwellen sich zum Teil gegenseitig auslöschen. Der Lautstärkepegel sinkt deutlich, insbesondere im tieferen Frequenzbereich. Ein sinnvoller Einsatz ist so nicht möglich, weshalb man diverse Formen von Lautsprechergehäusen für unterschiedliche Einsatzzwecke entwickelt hat.

Offene SchallwandDie einfachste Form, den akustische Kurzschluss zu vermeiden ist die (offene) Schallwand. Setzt man einen Lautsprecher in eine ausreichend dimensionierte, massive Platte ein, so können sich die abgestrahlten Schallwellen der beiden Membranseiten nicht mehr auf direktem Wege gegenseitig auslöschen. Diese Lösung ist allerdings wenig praxistauglich, weshalb man sie allenfalls bei Installationen, bspw. in der ELA-Technik im Ansatz vorfindet.

Offene Schallwand gefaltetWeit häufiger verwendet wird die gefaltete Schallwand, bei der in der Regel die Rückseite, also die dem Lautsprecher gegenüber liegende Wand zumindest teilweise fehlt. Bei alten Röhrenradios war dies auch aus Temperaturgründen weit verbreitet und noch heute sind viele Gitarrenverstärker so konstruiert. Bei PA-Lautsprechern spielt diese Bauform jedoch keine Rolle.

Geschlossenes GehäuseDas geschlossene Gehäuse ist eine weitere, sehr einfache Gehäuseform. Man stelle sich einen Würfel oder Quader vor, bei dem sich auf einer Seite eine Aussparung für den Lautsprecher befindet. Bei einfachen HiFi-Boxen ist dies ebenso oft anzutreffen wie bei kleinen Systemen für öffentliche Räume oder die Gastronomie. In der Welt der Subwoofer hingegen spielt diese Gehäuseform keine große Rolle, da der zu erzielende Wirkungsgrad viel zu niedrig ist. Dies liegt in erster Linie daran, dass das elastische Luftpolster im Gehäuse einen erheblichen Teil des Schalldruckpegels schluckt. Dieser Effekt tritt bei niedrigen Frequenzen umso stärker auf, da hier größere Membranauslenkungen vorkommen.

2. Bassreflex-Gehäuse

Bassreflex-GehäuseAusgehend von der geschlossenen Box hat das Bassreflex-Gehäuse eine zusätzliche Öffnung, die meist auf der Vorderseite in der Nähe des Basslautsprechers angeordnet ist. Diese Kanal oder Port genannte Öffnung setzt sich ins Innere des Gehäuses fort, ist also kein bloßes „Loch“. Größe der Öffnung und Länge des Kanals sind hierbei so gewählt, dass die darin befindliche Luftmasse mit dem restlichen Gehäuse einen Resonator bildet. Im Bereich der Resonanzfrequenz kann so ein höherer Schalldruckpegel erzielt werden. Unterhalb dieser Resonanz wird durch den Kanal ein akustischer Kurzschluss erzeugt, während oberhalb effektiv keine positiven oder negativen Begleiterscheinungen auftreten. In der Praxis wählt man die Resonanzfrequenz so, dass sie in den Bereich fällt, in dem der verbaute Lautsprecher nach unten hin bereits einen Pegelrückgang zu verzeichnen hat. So lässt sich die Bandbreite des Lautsprechers um etwa eine Oktave erweitern.

Bassreflex-Subwoofer eignen sich vorrangig für kleine bis mittlere Räume oder überschaubare Open-Air-Veranstaltungen. Sie reagieren sehr schnell und präzise, haben aber bezüglich Maximalpegel und Tragweite ihre Grenzen. Aufgrund ihrer klanglichen Eigenschaften sind sie besonders für die Übertragung von Live-Musik geeignet.
Omnitronic bietet innerhalb seiner Lautsprecher-Serien eine Vielzahl von Bassreflex-Subwoofern an. Die AZ-Serie beinhaltet mit dem AZ-112, dem AZ-115 und dem AZ-118 drei verschiedene Lautsprechergrößen mit je einem verbauten Speaker. In der PAS-Serie gibt es die entsprechenden Pendants PAS-121, PAS-151 und PAS-181. Außerdem erhältlich ist der PAS-151S mit schräg sitzendem Woofer und somit verringerter Gehäusegröße sowie der PAS-152 mir zwei Lautsprechern.

Die Subwoofer des Compact Line Arrays von PSSO sind ebenfalls Bassreflex-Systeme. Der CLA-115 kann geflogen wie stehend betrieben werden, während der CLA-118 nur für den Bodeneinsatz gedacht ist. Auch der CSA-112 von PSSO hat ein Bassreflex-Gehäuse.

Tipps:

Der Omnitronic PAS-151S eignet sich sehr gut für den Einsatz in der Gastronomie und in kleineren Veranstaltungsräumen. Aufgrund seiner vergleichsweise geringen Bauhöhe kann er unauffällig platziert werden und erreicht dank seiner Doppel-Schwingspule einen beachtlichen Schalldruck.

Der Omnitronic PAS-121 überzeugt insbesondere als Cluster mit vier oder mehr Boxen. Der geringe Membrandurchmesser der Lautsprecher ermöglicht eine sehr schnelle Reaktionszeit und somit eine sehr klare Wiedergabe. Der verringerte Tiefgang des Lautsprechers wird durch die Koppel-Effekte im Cluster ausgeglichen. So lassen sich mit vier PAS-121 im Cluster zum Beispiel deutlich bessere Ergebnisse erzielen als mit zwei auseinander stehenden PAS-152.

3. Bandpass-Gehäuse

Einfach ventilliertes Bandpass-GehäuseKonstruktionsbedingt sind Bandpässe gerade im Bereich der Basslautsprecher sehr beliebt. Wie der Name bereits andeutet, haben Bandpass-Subwoofer einen besonders guten Wirkungsgrad innerhalb eines bestimmten Frequenzbandes, das in der Regel nicht viel mehr als eine Oktave umfasst. Bandpässe lassen sich auf unterschiedliche Weise konstruieren: Üblicherweise verfügen Bandpässe über zwei Kammern, wobei eine den Lautsprecher beherbergt. Diese kann geschlossenen sein oder ein Bassreflex-Gehäuse bilden. Der Bandpass-Effekt wird durch die zweite Kammer erzielt, die vor der Lautsprecheröffnung liegt. Diese weitere Kammer verfügt über eine Bassreflex-Öffnung. Doppel ventiliertes Bassreflex-GehäuseBei doppelt ventilierten Gehäuseformen, also der Kombination zweier Bassreflex-Kammern, kann durch unterschiedliche Abstimmung der Übertragungsbereich erweitert werden.

Die Stärken des Bandpasses liegen in seinem höheren Wirkungsgrad gegenüber Bassreflex-Gehäusen sowie in der kleineren Baugröße gegenüber Hornkonstrukten. Bandpässe eignen sich für kleine bis mittlere Räume, wo hohe Schalldruckpegel benötigt werden.

Die Omnitronic PAS-Serie bietet mit dem PAS-15 und dem PAS-18 zwei doppelt ventilierte Bandpässe. Von PSSO gibt es den CSA-115.

Tipp:

Der PSSO CSA-115 bietet sich in Verbindung mit den passenden Hoch-Mittelton-Lautsprechern CSA-218 und CSA-228 als mobile Beschallungsanlage für kleine bis mittlere Veranstaltungen an, wenn anspruchsvolle Hintergrundbeschallung gewünscht ist. Zusammen mit einer Endstufe aus der HDA-Serie von Omnitronic lassen sich auch wirkungsvolle 2.1-Systeme realisieren, wobei die Endstufe auch die Aufgabe einer aktiven Frequenzweiche übernimmt.

4. Horngehäuse

Hörner lassen sich auf sehr unterschiedliche Weise konstruieren, wobei allen gemein ist, dass an die Lautsprecher eine Art Trichter, das Horn, angesetzt ist. Ähnlich einem Papiertrichter vor dem Mund bündelt das Horn den Schall und steigert so den Wirkungsgrad. Im einfachsten Fall ist dem, in einem geschlossenen Gehäuse befindlichen Lautsprecher direkt ein Horn vorangesetzt. Man spricht hier von einem Front-Loaded-Horn. Auf diese Weise sind relativ viele Hochtonhörner und auch die Druckkammerlautsprecher der ELA-Technik konstruiert. Bei Subwoofern hat diese Variante eher ein Dasein als Exot, wird aber auch in der Form des Exponentialhornes durchaus angewendet.

Meist jedoch wird das Horn bei Subwoofer auf die eine oder andere Weise „gefaltet“, um die Ausmaße des Gehäuses noch einigermaßen im Rahmen zu halten. Denn ein wichtiges Merkmal von Hornkonstrukten, nämlich die untere Grenzfrequenz, ergibt sich aus der Größe der Hornöffnung. Da die grundsätzliche Form des Hornes mathematisch vorgegeben ist (bei Bässen meist anhand der Exponential-Funktion), ergibt sich bei tiefen Frequenzen auch eine bestimmte Länge des Hornes. In den Anfangstagen der Beschallungstechnik, als die Leistungswerte der verfügbaren Treiber noch sehr begrenzt waren, wurden teils bizarr große Hornkonstrukte für die Verwendung in Kinosälen gebaut.

Rear Loaded HornFrüher waren Subwoofer beliebt, bei denen die Lautsprecher direkt nach vorne abstrahlen, wo aber rückseitig ein gefaltetes Horn angesetzt ist. Diese Rear-Loaded-Hörner sind die umgangssprachlich „Bassrutschen“ genannten Systeme. Etwas kompakter lassen sich Folded-Hörner realisieren, bei denen der Lautsprecher entgegen der Abstrahlrichtung eingebaut ist und in der Regel zwei gefaltete Hörner gleichzeitig zum Einsatz kommen.

Hornkonstrukte beeindrucken in erster Linie durch ihre schiere Kraft. Aufgrund der Richtwirkung des Hornes „werfen“ sie auch weiter als andere Gehäuseformen. Dies macht sie zu beliebten Vertretern bei großen Open-Air-Veranstaltungen. Ihr enormer Bassdruck ist aber auch in Diskotheken und auf Tanzveranstaltungen gefragt. Nachteilig bei gefalteten Hörner ist ihre relative Trägheit gegenüber anderen Konzepten.

Die beiden Hörngehäuse in der PAS-Serie von Omnitronic haben gefaltete Hörner in klassischer Folded-Horn-Anordnung. PAS-118 und PAS-218 sind konstruktionstechnisch identisch, wobei der PAS-218 im Grunde eine doppelte Variante des PAS-118 darstellt.

Tipp:

Auch Hörner sind Rudeltiere, alleine fühlen sie sich eher selten wohl. Die untere Grenzfrequenz von PAS-118 und PAS-218 lässt sich optimieren, wenn man sie zusammenstellt. Stereo ist im Bassbereich ein Luxus, den man nicht unbedingt haben muss, da das menschliche Ohr Bassfrequenzen relativ schlecht orten kann. Zudem werden tiefe Frequenzen grundsätzlich ungerichteter abgestrahlt als das mittlere und hohe Spektrum – auch bei Hörnern. Es ist also durchaus eine Alternative, alle Subwoofer zusammen zu stellen und mono zu betreiben.

5. Hybrid-Gehäuse

Alle Bauformen haben ihre Vor- und Nachteile, besseren Wirkungsgrad und höhere Wurfweite erkauft man sich in der Regel mit trägerer Reaktion und somit schlechterem Klang. Ein Weg, diesem Problem einigermaßen Herr zu werden, war die Entwicklung von Hybrid-Gehäusen, bei denen die Stärken von zwei verschiedenen Bauformen maximal ausgenutzt werden und die Schwächen größtenteils in den Hintergrund treten. Beliebt sind Kombinationen aus Bassreflex und Horn, wie sie sich bei PSSO als SUB-2150 und SUB-2180 finden. Mit ihnen kann eine im Vergleich zu Hörnern deutlich bessere Klangtreue erreicht werden, wobei der Wirkungsgrad nicht wesentlich niedriger liegt. Auch die Wurfweite ist entschieden besser als bei Bassreflex-Gehäusen.

Tipps:

Die Subwoofer der SUB-Serie von PSSO können gelegt werden, um den Wirkungsgrad zu erhöhen (Koppeln mit dem Boden). Aufgrund der schräg sitzenden Lautsprecher macht es aber einen Unterschied, auf welche Seite man die Subwoofer legt. Deshalb: Ausprobieren!

Aufgrund der geringeren Membranfläche bietet sich der SUB-2150 besonders für Live-Anwendungen an, bei denen eine sehr schnelle Reaktionszeit gefragt ist. Der SUB-2180 hingegen ist die erste Wahl bei Tanzveranstaltungen, bei denen ein imposantes Bassvolumen im Vordergrund steht.

6. Überblick

Klang Wirkungsgrad Größe/Gewicht
Bassreflex ++++ + ++++
Bandpass ++ ++ ++
Horn + ++++ +
Hybrid +++ +++ +++

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3 Antworten auf “Bauformen bei Basslautsprechern”

  1. W.Richter says:

    Elektrodynamische Lautsprecher haben als Magnet eine mit Strom durchflossene Spule.1878.Lautsprecher mit Dauermagnet sind “ Permanentdynamische Lautsprecher „.
    Mit freundlichem Gruß;W.Richter

  2. Hörner haben keineswegs schlechtere Klangeigenschaften und sind konstruktionsbedingt Impulstreuer (sauberer) als Bandpass und Bassreflex. Dafür sorgt einerseits die geschlossene Kammer und andererseits der Strahlwiderstand welcher der Membran durch die Luftmasse im Hornkanal entgegengesetzt wird.

    Der einzige Grund für schlecht klingende Hornbässe sind die vielen unprofessionellen Selbstbauten die immer wieder anzutreffen sind. Bei einem BR Bass kann man weniger falsch machen…

  3. Sehr geehrter Herr Richter,

    Ihre Argumentation mag wissenschaftlich korrekt sein, doch werden – man vergleiche den Begriff „Digital-Endstufe“ – die heutigen Lautsprecher in der Regel tatsächlich als elektro-dynamisch bezeichnet. Bereits das von Siemens 1878 eingereichte Patent beschrieb einen feststehenden Magneten sowie bewegliche Schwingspule und Membran.

    (vgl. http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrodynamischer_Lautsprecher

    Sehr geehrter Herr Lemmerer,

    natürlich sind BR-Gehäuse einfacher zu konstruieren als komplexe Hornkonstrukte.
    Was die Impulstreue angeht, so bezieht sich der Artikel auf wirtschaftlich sinnvolle Bauformen . Diese haben aber bekanntlich proportionale Nachteile in der Welligkeit des Frequenzganges und in der drastischen Verschlechterung des Impulsverhaltens.

    (vgl. http://de.wikipedia.org/wiki/Hornlautsprecher

    Grüße aus Würzburg

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