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Berechnung der Lautsprecherweichen
 
Die nachfolgenden Tabellen mit den berechneten Werten der Bauelemente für die Frequenzweichen zeigen nur zu deutlich, weshalb ich ausgeführt habe, dass exzellente Rechenkünste gefordert sind. Zwar können die hier bereits berechneten Tabellen direkt verwendet werden, aber dann darf kein einziger Wert geändert werden.

Man muss sich sofort - vor dem Bau des Lautsprechersystems - entscheiden, ob man das Lautsprechersystem mit Lautsprechern baut, die eine Impendanz von 4 Ohm haben, oder ob alle Lautsprecher mit einer Impendanz von 8 Ohm verwendet werden. Je nachdem, wie die Entscheidung gefällt wird,  gilt dann jeweils die entsprechende Tabelle.  Es sollte auf keinen Fall eine sogenannte "Mischbox" ( also eine Box mit Lautsprechern verschiedener Impendanzen ) gebaut werden. Wenn verschiedene Impendanzen mit einander gemischt werden, hat dies zur Folge, dass zum einen sich Wechselwirkungen in deer Weiche aufbauen, die die saubere Frequenztrennung verschlechtern, zum zweiten wird die Gesamtimpendanz des Lautsprechersystem am Ende irgend wo zwischen 4 Ohm und 8 Ohm als Zwischenwert enden. Dies hat Auswirkungen auf die Frequenzbestimmenden Glieder in der Ausgangsstufe des Endverstärkers und kann die Werte des Verstärkerausgangs negativ beeinflussen.  

Hintergrund für diese Wechselwirkung ist die sogenannte Gegenkoppelung innerhalb des Endverstärkers. Dort wird nämlich ( um die Frequenzgänge des Verstärkers zu verbessern - also den Klirrfaktor zu senken ) ein Teil des Signals am Verstärkerausgang abgegriffen und wieder zur Eingangsstufe zurückgeführt. Da hier im Gegenkoppelungszweig immer auch frequenzbestimmende  Bauelemente verwendet werden, die genau auf die Impendanz des verwendeten Ausgangs abgestimmt sind, können sich - wenn die Impendanz des angeschlossenen Lautsprechersystems  sich ändert - die Ergebnisse der Kompensation in der Gleichung ändern und der Klirrfaktor des Ausgangs kann sich erhöhen.

Dies bedeutet im Klartext: Wenn man den Aufbau des Lautsprechersystems plant, sollte man als erstes die beiden kompletten Sätze der zu verwendenden Lautsprecher "in Natura" vor sich auf dem Tisch liegen haben, bevor man sich mit der Frequenzweiche auseinander setzt. Die größte Hürde bilden die Lautsprecher, die im Frequenzbereich unterhalb von 50 Hz arbeiten sollen. Die Beschaffung von Lautsprechern für diesen Bereich dürften an schwierigsten aufzutreiben sein. Ich habe damals nur durch Zufall - nach über zwei Jahren Suche - durch Zufall ein Infraschall taugliches Lautsprecherpaar aus einem Labor "abstauben" können, weil das Labor aufgelöst wurde und das Inventar für einen Spottpreis "verhöckert" wurde. Wenn ich heute in den Unterlagen der Hersteller suche, finde ich nur sehr selten vergleichbare Lautsprecher - und die kosten sogar einzeln über 500 € pro Stück....

Der Schaltplan der Frequenzweichen zu diesen Tabellen ist  auf Seite 415.
 

 

 

 

  Weichenwerte bei Impendanz aller Lautsprecher 8 Ohm und linearer Frequenzverdoppelung ab 15 Hz

Infraschallspeaker ( Ultra-Low Supra Bass )
C1 C2 L1 L2 Frequenz
2108.803uF 469.507uF 160.428mH 79.79mH £15 Hz

MidrangeFilters from Low Bass to Highrange Speaker

CAx CBx CCx CDx LAx LBx LCx LDx Frequenz Nr (x)
703.603uF 1054.401uF 1403.483uF 234.754uF 80.214mH 53.385mH 39.895mH 239.106mH 15 Hz – 30 Hz 1
351.801uF 527.201uF 701.741uF 117.377uF 40.107mH 26.693mH 19.947mH 119.553mH 30 Hz – 60 Hz 2
175.901uF 263.6uF 350.871uF 58.688uF 20.054mH 13.346mH 9.974mH 59.777mH 60 Hz –120 Hz 3
87.95uF 131.8uF 175.435uF 29.344uF 10.027mH 6.673mH 4.987mH 29.888mH 120 Hz – 240 Hz 4
43.975uF 65.9uF 87.718uF 14.672uF 5.013mH 3.337mH 2.493mH 14.944mH 240 Hz – 480 Hz 5
21.988uF 32.95uF 43.859uF 7.336uF 2.507mH 1.668mH 1.247mH 7.472mH 480 Hz – 960 Hz 6
10.994uF 16.475uF 21.929uF 3.668uF 1.253mH 0.834mH 0.623mH 3.736mH 960 HZ - 1920 Hz 7
5.497uF 8.238uF 10.965uF 1.834uF 0.627mH 0.417mH 0.312mH 1.868mH 1920 Hz – 3840 Hz 8
2.748uF 4.119uF 5.482uF 0.917uF 0.313mH 0.209mH 0.156mH 0.934mH 3840 Hz – 7680 Hz 9
1.374uF 2.059uF 2.741uF 0.459uF 0.157mH 0.104mH 0.078mH 0.467mH 7680 Hz – 15360 Hz 10

.

Ultraschallspreaker ( Ultra High Range Speaker )

C7 C8 L7 L8 Frequenz
0.687uF 1.371uF 0.052mH 0.234mH  £15 Hz




 
Weichenwerte bei Impendanz aller Lautsprecher 4 Ohm und linearer Frequenzverdoppelung ab 15 Hz

Infraschallspeaker ( Low-Low Supra Bass )
C1 C2 L1 L2 Frequenz
4217.606uF 939.014uF 80.214mH 39.895mH £15 Hz

MidrangeFilters from Low Bass to Highrange Speaker

CAx CBx CCx CDx LAx LBx LCx LDx Frequenz Nr
(x)
1407.206uF 2108.803uF 2806.965uF 469.507uF 40.107mH 26.693mH 19.947mH 119.553mH 15 Hz – 30 Hz 1
703.603uF 1054.401uF 1403.483uF 234.754uF 20.054mH 13.346mH 9.974mH 59.777mH 30 Hz – 60 Hz 2
351.801uF 527.201uF 701.741uF 117.377uF 10.027mH 6.673mH 4.987mH 29.888mH 60 Hz –120 Hz 3
175.901uF 263.6uF 350.871uF 58.688uF 5.013mH 3.337mH 2.493mH 14.944mH 120 Hz – 240 Hz 4
87.95uF 131.8uF 175.435uF 29.344uF 2.507mH 1.668mH 1.247mH 7.472mH 240 Hz – 480 Hz 5
43.975uF 65.9uF 87.718uF 14.672uF 1.253mH 0.834mH 0.623mH 3.736mH 480 Hz – 960 Hz 6
21.988uF 32.95uF 43.859uF 7.336uF 0.627mH 0.417mH 0.312mH 1.868mH 960 HZ - 1920 Hz 7
10.994uF 16.475uF 21.929uF 3.668uF 0.313mH 0.209mH 0.156mH 0.934mH 1920 Hz – 3840 Hz 8
5.497uF 8.238uF 10.965uF 1.834uF 0.157mH 0.104mH 0.078mH 0.467mH 3840 Hz – 7680 Hz 9
2.748uF 4.119uF 5.482uF 0.917uF 0.078mH 0.052mH 0.039mH 0.234mH 7680 Hz – 15360 Hz 10

.


Ultraschallspreaker ( Ultra High Range Speaker )

C7 C8 L7 L8 Frequenz
1.374uF 2.741uF 0.026mH 0.117mH ³15360 Hz



 
Weichenwerte bei Impendanz aller Lautsprecher 8 Ohm und nichtlinearer Frequenzerhöhung ab 15 Hz

Diese Tabelle habe ich erstellt, da das menschliche Ohr im mittleren Tonbereich ( 500 Hz bis 8000 Hz ) erheblich genauer hört, als im oberen und unteren Tonbereich. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, habe ich in diesem Bereich die Bandbreite der jeweiligen Lautsprecher "schmaler" gefasst und im oberen und unteren Bereich den Lautsprechern einen etwas "größeren" Zuständigkeitsbereich zugewiesen. Im Klartext bedeutet dies, dass bei der linearen Aufteilung des Bereiches, wie er in den oberen Tabellen angewendet wird, jedem Lautsprecher exakt 6 bis 7 Töne innerhalb des hörbaren Tonbereichs zugewiesen wurde.
Bei dieser Tabelle hingegen werden den Lautsprechern im mittleren Tonbereich nur 4-5 Töne zugewiesen und die Lautsprecher in den sogenannten "Randbereichen" bekommen etwa 8 bis 10 Töne zugewiesen. Ich persönlich habe in meinen Lautsprecherboxen die lineare Aufteilung des Frequenzbereichs umgesetzt. Da es aber Anhänger der nichtlinearen Frequenzaufteilung gibt, habe ich diese Tabelle auch bereit gestellt.

Infraschallspeaker ( Ultra-Low Supra Bass )
C1 C2 L1 L2 Frequenz
1581.602uF 352.13uF 120.321mH 59.842mH £20 Hz

MidrangeFilters from Low Bass to Highrange Speaker

CAx CBx CCx CDx LAx LBx LCx LDx Frequenz Nr
(x)
527.702uF 790.801uF 1052.612uF 176.065uF 60.161mH 40.039mH 29.921mH 179.33mH 20 Hz – 40 Hz 1
263.851uF 316.32uF 526.306uF 70.426uF 24.064mH 20.019mH 11.968mH 89.665mH 40 Hz - 100 Hz 2
105.54uF 158.16uF 210.522uF 35.213uF 12.032mH 8.008mH 5.984mH 35.866mH 100 Hz –200 Hz 3
52.77uF 79.08uF 105.261uF 17.607uF 6.016mH 4.004mH 2.992mH 17.933mH 200 Hz – 400 Hz 4
26.385uF 39.54uF 52.631uF 8.803uF 3.008mH 2.002mH 1.496mH 8.966mH 400 Hz - 800 Hz 5
13.193uF 17.573uF 26.315uF  3.913uF 1.337mH  1.001mH 0.665mH 4.483mH 800 Hz - 1800 Hz 6
5.863uF 10.544uF 11.696uF 2.348uF 0.802mH 0.445mH 0.399mH 1.993mH 1800 Hz - 3000 Hz 7
3.518uF 6.326uF 7.017uF  1.409uF 0.481mH 0.267mH 0.239mH 1.196mH 3000 Hz - 5000 Hz 8
2.111uF 3.954uF 4.21uF 0.88uF 0.301mH 0.16mH 0.15mH  0.717mH 5000 Hz - 8000 Hz 9
1.319uF 2.109uF 2.632uF 0.47uF 0.16mH 0.1mH 0.08mH 0.448mH 8000 Hz - 15000 10

.

Ultraschallspreaker ( Ultra High Range Speaker )

C7 C8 L7 L8 Frequenz
0.704uF 1.403uF 0.053mH 0.239mH ³15000 Hz

 

 
Wie aus den Tabellen ersichtlich ist, werden lauter "krumme" Werte benötigt.  Deshalb sind - wie ich bereits im Vorfeld erläutert habe - genaue Messgeräte unerlässlich. Wenn derartige Geräte nicht verfügbar sind, bietet es sich an an der Technischen Universität einen Zettel in der Mensa auszuhängen - und zu schauen, ob man einen Studenten findet, der für einen gegen Bezahlung die erforderlichen Messungen ausführt und alle Bauelemente exakt mit Etiketten zu markiert. Ferner ist zu beachten, da ja zwei Lautsprecherboxen gebaut werden müssen, dass alle Bauelemente zweimal benötigt werden.  Es muss um der Qualität willen sichergestellt sein, dass die "Pärchen" unbedingt exakt gleich sind. Bei den "Paarbildungen" muss absolute Präzision walten, da sonst die beiden Boxen voneinander abweichen. Das Ohr mag vielleicht nicht unmittelbar den Unterschied heraushören, aber die unterschiedliche Klangfärbung wird mit Sicherheit wahrgenommen.

Bei den Spulen kann man einen einfacheren - aber auch teureren Weg - gehen und fertige Spulen kaufen, die man "herunterwickelt" - also unter ständigem messen langsam abwickelt, bis der exakt passende Wert erreicht ist. Dies dürfte bei allen Spulen bis zu einer Größe von 180mH möglich sein. Größere Spulen wird man aber letztendlich selbst wickeln müssen.  Wenn ich also eine Spule mit z.B. 0,448 mH benötige nehme ich eine Spule mit 0,5 mH und wickle solange Draht von der Spule herunter, bis ich eine Spule mit exakt 0,448 mH habe und fixiere dann die Spule und kennzeichne diese Spule mit dem genauen Wert, usw.

Bei den Kondensatoren nehme ich Kondensatoren mit einer Toleranz vom 10% oder 20 % und suche solange herum, bie ich zwei exakt gleiche Kondensatoren mit dem passenden Wert habe und beschrifte diese. Wenn ich z.B. 2,109 Mikrofarad benötige messe ich solange 2,2 Mikrofarad Kondensatoren aus bis ich zwei Kondensatoren mit dem exakt benötigten Wert finde. Zwar kann man theoretisch auch "krumme" Werte mit zwei Kondensatoren "nachbilden" - dies ist aber eindeutig die schlechtere Methode, um zum Ziel zu kommen und sollte daher unbedingt vermieden werden.  Die Tonfrequenzkondensatoren sollten unbedingt eine Spannungsfestigkeit von 100 Volt aufweisen. Bei den Kondensatoren wird es aber schwierig ab mehr als 100 Mikrofarad passende bipolare Kondensatoren zu bekommen. In solchen Fällen kann man ausnahmsweise auch zwei exakt passende normale Elkos hernehmen und die beiden Minuspole zusammenschalten um auf diese Weise zu einem "bipolare" Kondensator zu kommen. Auch hier ist Genauigkeit oberstes Gebot. Es ist allemal besser ein bis zwei Monate länger nach den richtigen Bauelementen zu suchen als ungenaue Werte zu verwenden und am Ende ein schlechtes Lautsprechersystem zu haben. Die Zeit, die bei der Suche nach genauen Bauelementen aufgewendet wird steht in keinem Verhältnis zur Lebensdauer des Lautsprechersystems und sollte in jedem Fall erübrigt werden.
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© Harro Walsh