Warum brauchen wir ein Gehäuse um das Chassis?

Wir kennen das Gefühl, wenn wir einen schönen Lautsprecher mit einem tollen Korb und einem beeindruckenden Magnet sehen. Ich will... anfassen! Warum also dieses schöne Chassis in eine dunkle Kammer einsperren?

Der akustische Kurzschluss

Betreibt man ein Chassis ohne Gehäuse, so wird auf beiden Seiten des Chassis Schall abgestrahlt. Bewegt sich die Membran in Richtung Zuhörer, so wird hier die Dichte der Luft erhöht, auf seiner Rückseite vermindert. Bei tiefen Frequenzen kann die Luft um den Lautsprecher herum den Druckunterschied ausgleichen - und die tiefen Töne werden nicht an den umgebenden Raum abgestrahlt. Man spricht vom akustischen Kurzschluss.

Die Schallwand

Dieser Kurzschluss kann unterbunden werden, indem man verhindert, dass die Luft von der Rückseite des Chassis auf kurzem Weg zur Vorderseite gelangt. Das Chassis wird dazu auf eine große Wand gesetzt. Zur Wiedergabe eines 50 Hz-Tones, sollte diese Wand 3 Meter Durchmesser haben. Der Weg um die Schallwand ist dann so groß, dass die Druckänderung an der Vorderseite der Membran nicht durch die Rückseite kompensiert werden kann.

Leider ist eine Schallwand von 3 x 3 Meter in der Regel unerwünscht, weswegen man nach anderen Lösungen gesucht hat.

Das geschlossene Gehäuse

geschlossene BoxUm zu verhindern, dass die Luft auf der Rückseite des Chassis nach vorn strömt, ist es die einfachste Lösung das Chassis in ein geschlossenes Gehäuse zu setzen. Die rückseitigen Abstrahlungen bleiben im Gehäuse und der nach vorn abgestrahlte Schall wird nicht gestört.

Auch diese Methode hat ihre Nachteile:

  • 1. der rückseitig abgestrahlte Schall wird nicht genutzt (das wäre für die tiefen Töne wünschenswert, da diese in der Abstrahlung problematisch sind).
  • 2. Die eingeschlossene Luft in dem Gehäuse wirkt auf die Membran vom Chassis wie eine Feder. Zur Abstrahlung tiefer Töne muss der Lautsprecher weit ausgelenkt werden und gerade hier stört die rücktreibende Federkraft, die die Resonanzfrequenz vom Lautsprecher (Chassis+Gehäuse) dann deutlich erhöht (unterhalb der Resonanzfrequenz ist die Schallabstrahlung bei Tieftönern in der Regel vernachlässigbar).

Das geschlossene Gehäuse hat auch Vorteile: es hat ein hervorragendes Impulsverhalten und lässt sich leicht bauen. 

Das Bassreflexgehäuse

BassreflexboxDas Bassreflexgehäuse nutzt auch den rückwärtig abgestrahlten Schall zur Wiedergabe. Es wurde 1932 von A. C. Thuras patentiert, jedoch waren sehr viele nachfolgende Arbeiten notwendig, bis man es einfach berechnen konnte. 1973 erschienen von Richard Small Aufsätze, die zusammen mit vielen anderen Arbeiten zum Durchbruch verhalfen.

Das Bassreflexgehäuse ist wie ein geschlossenes Gehäuse aufgebaut, enthält aber eine Öffnung mit einem Rohrfortsatz ins Innere der Box. Durch diese Öffnung, die in der Regel nahe dem Tieftöner angeordnet sein sollte, strömt die Luft nicht einfach ins Freie - nein: im Rohr schwingt die Luft und wirkt wie eine eigene Schallquelle, die phasenverschoben Schall abstrahlt.

Werden Lautsprecher, Gehäusegröße und Bassreflexrohr richtig aufeinander abgestimmt, so strahlt das Bassreflexrohr im Tiefbassbereich dann intensiv Schall ab, falls die direkte Schallabstrahlung von der vorderen Membranseite bereits abnimmt. Somit muss der Tieftöner nicht so weit ausgelenkt werden, wie bei einem geschlossenen Gehäuse.

Das Transmissionline-Gehäuse

TransmissionlineDie Transmissionline wird auf viele unterschiedliche Arten eingesetzt und verstanden. Sie besteht aus einem geschlossenen Gehäuse an das ein sehr langer Kanal angeschlossen ist. Dieser hat die Länge der tiefsten abzugebenden Wellenlänge geteilt durch 4 (also für 30 Hz = 11 Meter Wellenlänge geteilt durch 4 = 2,8 Meter Länge)

Der lange Kanal ist auch ein Resonator, der einseitig zum Tieftöner (geschlossenes Gehäuse) abgeschlossen ist und zur anderen Seite offen. Er schwingt somit mit 1/4 oder 3/4 oder 5/4 der Wellenlänge. Da die höheren Frequenzen (3/4 und 5/4 Wellenlänge) störend sind, wird dar Kanal mit leichtem Dämpfungsmaterial bedämpft - zum Lautsprecher hin etwas dichter, zur Öffnung nur ganz schwach.

Die Transmissionline hat den Nachteil, dass sie schwer abzustimmen ist - Eigenentwicklungen sind nur mit umfassendem Know-How sinnvoll.

 

 

Hornlautsprecher

HornMit einem Horn kann den Schall hervorragend vom Schall-Wandler an die umgebende Luft übertragen werden. Daher werden Hörner immer dann eingesetzt, wenn es auf höchste Lautstärke ankommt. Für den HiFi-Betrieb gibt es jedoch ein Problem: Ein ideales Horn sollte einen Horndurchmesser von größter Wellenlänge geteilt durch 2 haben. Bei 30 Hz ist also ein Horn mit 5,5 Meter Durchmesser wünschenswert.

Dies ist nicht realistisch. Man behilft sich mit Hornansätzen oder gefalteten Hörnern, die zum Teil auch die Wände des Raumes mit einbeziehen (Beispiel das Klipsch-Horn).

Im HiFi-Bereich spielen Hörner heute eine untergeordnete Rolle, wobei es doch immer wieder Liebhaber dieses Prinzips gibt. Bei Rock-Konzerten, bei denen extreme Lautstärke benötigt wird, sind sie gängig.

 

Bandpassgehäuse

BandpassBandpassgehäuse bestehen (gedanklich) aus einem geschlossenen System an dessen Vorderseite ein Gehäuse mit einer Bassreflexöffnung angebracht ist.

Es eignet sich für Subwoofer - insbesondere auch für passive Subwoofer, da kein steilflankiges Filter benötigt wird, damit Töne um 200 Hz, die der Mensch orten kann, nicht mehr vom Subwoofer abgestrahlt werden.

 

 

 

Dipolgehäuse und RiPole

Dipol
Bild oben: Vergleich verschiedener Dipole. Alle zeichnen sich dadurch aus, dass der Schall nach vorn und mit entgegengesetzter Phase nach hinten abgestrahlt wird (durch die grüne Schallachse markiert).Dipole

Im Raum treffen beide aufeinander, was oft als akustischer Kurzschluss bezeichnet wird. An Orten, wo beide Schallfronten genau gleich stark sind, gibt es Auslöschung. Das ist bei den ersten beiden Dipolen senkrecht zur Abstrahlachse; ihre Abstrahlcharakteristik hat somit die Form einer 8; bei den anderen ähnelt die Abstrahlcharakteristik eher eine Niere, da der rückwärtige Schall sich weniger ungehindert ausbreiten kann.

Dies ist auch im Bild rechts zu sehen, wo hellgrün die Abstrahlachse und in rot die Schallkeulen eingezeichnet sind. Oben symmetrisch (wie eine 8) unten durch die kleinere Öffnung auf auf der linken des Dipols links schwächer ausgebildet (Nebenkeule) und rechts stärker (die Hauptkeule) die sich bei noch stärkeren Unterschieden immer mehr nierenförmig um die Nebenkeule schmiegt.

Mehr zu Dipolen finden Sie in Hobby HiFi 2/2005, oder in unseren Gesprächen mit Hn. Ridtahler, der Patente auf zwei Dipole hat, die wir hier RiPole nennen. Von ihm stammt auch unsere PDF-Übersicht im Internet.