Technik von Lautsprechern

Das Heimkino wird immer populärer. Seit der digitalen Technik ist es möglich, den Kinosound auch im eigenen Wohnzimmer zu genießen. Aber welche Geräte und welche Lautsprecher sind nun erforderlich, und auf welche Eigenschaften von Geräten sollte man achten? Die Auswahl der Komponenten hängt von vielen Faktoren ab und ist sehr individuell. Die Ansprüche der Qualität, zum Beispiel beim Klang, gehen manchmal sehr weit auseinander. Deshalb kann es nicht verkehrt sein, sich vor dem Kauf schlau zu machen, bevor man nachher unzufrieden ist.


 
Bei Lautsprechern sind die Qualitätsunterschiede sehr gross, was sich auch in den Preisen widerspiegelt. Was aber nicht bedeuten soll, dass alle billigen Lautsprecher schlecht sind. Die Preise gehen von 200,- bis weit über 10.000,- Euro pro Lautsprecher.

Da nicht immer die Teuren auch gleich die Klangbesten sind, sollte man vorher genau wissen, worauf man achten muss. Selbst klanghafte Firmennamen sind keine Garanten für den besten Klang. Ein weiterer Punkt, der nicht ausser Acht gelassen werden sollte, ist die Bauart. Lautsprecherboxen werden nach verschiedenen Anforderungen hergestellt.

Die Lautsprecherarten reichen von einem Miniaturlautsprecher, der nur kleine Signaltöne erzeugen soll, bis hin zum Subwoofer, der den tiefen Bass druckvoll abspielen soll. Besonders im Heimkinobereich wird dieses deutlich. Dort muss man sich zwischen vielen Varianten entscheiden. So ist ein komplettes Set, mit fünf kleineren Lautsprechern und einem Bass erzeugenden Subwoofer genauso denkbar, wie 2 Paar Lautsprecher je für vorne und hinten mit einem Center für die Dialoge.

Diese Auswahl hängt aber auch von dem Platzangebot im Wohnzimmer ab. Nicht jeder hat die Möglichkeit, sich grosse Standlautsprecher aufzustellen. Für diesen Fall sind zum Beispiel Regallautsprecher entwickelt worden, die von ihren Eigenschaften so ausgelegt werden, dass sie auch in einem Wohnzimmerschrank stehend noch ihre Arbeit verrichten.

Jeder dieser Lautsprecher hat gewisse Kenngrössen. Diese werden durch verschiedene Tests ermittelt, die dann in einem Messdiagramm dargestellt werden. Aber welche Aussagekraft hat überhaupt so ein Diagramm? Und welche Information darin?

Um diese Fragen zu beantworten, sollte man sich erst einmal vor Augen führen, wie so ein Lautsprecher denn überhaupt funktioniert. Wie ist es zum Beispiel möglich, aus dem elektrischen Strom, der aus dem Verstärker übermittelt wird, einen hörbaren Schall zu erzeugen.


Die Funktionsweise eines Lautsprechers

Ein Lautsprecher erzeugt aus dem elektrischen Strom den Schall. Der Schall ist nichts anderes wie Luftdruckschwankungen pro Zeiteinheit. Da das menschliche Trommelfell auf Frequenzen reagiert, die zwischen 20Hz und 20.000 Hz (Schwingungen pro Sekunde) liegen, muss nun der Lautsprecher sehr viele Luftdruckschwankungen in einer Sekunde erzeugen.

Diese Luftdruckschwankungen bringen das Trommelfell im Ohr in Schwingung, so dass man einen Ton wahrnimmt. Der komplette Frequenzbereich ist lediglich von einem Kleinkind zu hören. Mit dem Alter verringert sich der hörbare Bereich eines menschlichen Ohres. So hört ein Jugendlicher im Alter von ca. 16 Jahren nur noch Frequenzen unterhalb von ca. 16.000 Hz. Dieses kommt zu Stande, da sich die feinen Härchen ( verantwortlich für die Wandlung von Schall in Nervenreizung ) im menschlichen Ohr mit der Zeit ein verhärten, so dass auf die höheren Frequenzen schwächer reagiert werden kann. Der extreme Schalldruck in Discotheken und ständiger Straßenlärm können auch die Hörfähigkeit beeinträchtigen.

Bei der tiefsten hörbaren Frequenz muss die Membrane eines Lautsprecher 20 Luftdruckschwankungen in nur einer Sekunde erzeugen - das entspricht 20Hz. Bei den höheren Frequenzen ist die Anzahl dementsprechend grösser. Wie ist aber nun ein Lautsprecher aufgebaut, um diese Aufgabe zu realisieren?

Die verschiedenen Frequenzbereiche sind nun von einem Lautsprecher sehr schlecht komplett abzudecken. Bei tiefen Frequenzen kommt es auf die Grösse der Membrane an, damit er es schafft, starke Luftdruckschwankungen zu erzeugen. Bei hohen Frequenzen hat aber eine grosse Membrane den Nachteil, dass sie zu träge ist. Mit einer kleineren Membrane, die sich schneller hin und her bewegen kann, ist es nun möglich, auch höhere Frequenzen zu erzeugen. Daher sind in einer Lautsprecherbox auch zum grössten Teil zwei Lautsprecher vorhanden, um sich diese Aufgaben zu teilen.



Abbildung 1
Prinzipieller Aufbau eines Lautsprechers


Fließt nun ein Strom durch die Spule, erzeugt diese ein magnetisches Feld. Dadurch werden die Schwingspulenträger bei den Stromschwankungen hin und her, so dass sich die Membrane genau mit der Frequenz bewegt, mit der sich auch der Strom ändert. So hat man erreicht, dass der elektrische Strom in einen hörbaren Schall umgewandelt wurde.

Warum werden jetzt aber Lautsprecher in verschiedene Boxen eingesetzt? Ein Lautsprecher alleine erzeugt zwar den Schall, aber es ergibt sich noch keine zufriedenstellende Wiedergabe. Bei den niedrigen Frequenzen verschwindet der meiste Teil der Luftdruckschwankungen durch die Druckverhältnisse hinter den Lautsprecher, so dass die tiefen Töne sehr bescheiden ausfallen.

Im hohen Frequenzbereich schafft es die Luft nicht hinter den Lautsprecher zu gelangen, da sich die Membrane viel zu schnell bewegt. Man kann den Lautsprecher in eine Box einbauen, um zu verhindern, dass die Luft bei den tiefen Frequenzen hinter den Lautsprecher gelangt.


Die Lautsprecherbox

In einer geschlossenen Box wird nun aber der Schall nur nach vorne abgestrahlt. Ausserdem entsteht in der Box ein Unterdruck, so dass die Membrane auf ihrem Weg nach vorne noch gebremst wird. Das wirkt sich natürlich auch auf die Wiedergabe aus. Um nun aber den rückwärtigen Schall auch mit zu benutzen, gibt es verschiedene Lösungsansätze.

Die Bassreflexbox ist eine Möglichkeit diesen Schall mitzubenutzen. Hierbei wird ein Loch mit einem bestimmten Durchmesser in die geschlossene Box gesägt. In das Loch wird nun meistens ein Rohr mit einer bestimmten Länge gesteckt, was genau den Durchmesser des Loches hat.

Gelangt nun der rückwärtige Schall an dieses Rohr, entweicht der Ton durch das Rohr nach aussen. Diesen Effekt kann man auch erzielen, indem man den Mund an den Hals einer Flasche legt, und dann darüber pustet. Bei einer bestimmten Frequenz entweicht der Flasche auch ein Ton.

Eine weitere Möglichkeit ist der Bandpasslautsprecher. Dieser besteht im Prinzip aus zwei Bassreflexboxen. Vor der einen Bassreflexbox setzt man noch eine geschlossene Box mit einem Loch darin. Dieses Prinzip wird häufig in Discotheken verwendet, da es dort besonders auf den Bass ankommt.

Für die verschiedenen Frequenzbereiche sind nun die verschiedenen Lautsprecher vorhanden. Es wird in Tief-, Mittel-, und Hochtönern unterschieden. Die Bezeichnungen entstehen durch die Frequenzbereiche. Wie der Name schon sagt, soll zum Beispiel ein Hochtöner die hohen Frequenzen abstrahlen. In einer Lautsprecherbox sind also mindestens zwei Lautsprecher eingebaut.

Dabei kann ein Lautsprecher den Mittel- und Tieftonbereich abdecken, wobei der andere für die hohen Töne zuständig ist. Diese Form nennt man dann auch 2-Wege-System. Dieser Name kommt zustande, weil das Signal im Prinzip zwei Wege entlang geht. Zum einen zu dem Hochtöner und zum anderen zu dem Mitteltieftöner. Ein 3-Wege-System besteht aus mindestens drei Lautsprecher. Hierbei trennt sich das Signal auf drei Wege auf.

Damit ein Tieftöner nun aber auch nur den niedrigen Frequenzbereich zugespielt bekommt, muss man die Frequenzen noch trennen. Diese Trennung wird von einer Frequenzweiche übernommen, die zwischen den Lautsprechern und dem Verstärker geschaltet wird. Diese Frequenzweiche besteht aus verschiedenen elektrischen Bauteilen.

Eine Spule zum Beispiel lässt nur die tiefen Frequenzen ohne grossen Widerstand passieren, wobei sie für hohe Frequenzen einen sehr grossen Widerstand darstellt. Das Gegenstück dazu ist der Kondensator, bei dem dieses genau umgekehrt ist. Durch die verschiedene Anordnung und Verschaltung von Spule, Kondensator und Widerstand ist es möglich, die Frequenzbereiche den entsprechenden Lautsprechern zukommen zu lassen.



Abbildung 2
Durchlasskurve von Lautsprechern


In Abbildung zwei ist ein solcher Frequenzgang aufgezeigt. Jede farbliche Kurve steht für die Wiedergabe der Frequenz eines Lautsprechers. Die blaue Kurve zeigt den Durchlass für einen Tieftöner und die rote Kurve zeigt den Durchlass für einen Hochtöner an.

Das gesamte Frequenzband, was nun von beiden zusammen abgestrahlt wird, ist in der grünen Kurve zu erkennen. Also sollte die Frequenzweiche so verschaltet sein, dass die Lautsprecher auch den Frequenzbereich übermittelt bekommen, den sie auch am besten abstrahlen können. Diese Kurve stellt den Idealfall dar, der in der Realität nicht ganz erreicht wird. Die Hersteller der Lautsprecher haben das Bestreben, eine solche Durchlasskurve zu erreichen.

Ein solches Diagramm, das dann aber noch anders skaliert ist, und dadurch wesentlich komplizierter aussieht, findet sich in den Lautsprechertests wieder. Mehrere Zeitschriften haben eine solche Kurve bei jedem Lautsprechertest abgebildet. Dabei ist die horizontale Achse mit den Frequenzen zwischen 20 und 20.000Hz gekennzeichnet und die vertikale Achse steht für die Intensität der Lautstärke.

Da sich nun jeder Lautsprecher in einer anderen Umgebung verschieden anhört, wäre es von Vorteil, wenn man diesen Lautsprecher, den man beabsichtigt zu kaufen, erst mal zu Hause zu testen.

Auch wenn sich der Lautsprecher in dem Verkaufsladen auch noch so perfekt anhört, sollte man versuchen, sich diesen Lautsprecher erst einmal probeweise mit nach Hause zu nehmen. Normalerweise ist dies bei seriösen Verkaufsläden gar kein Problem, denn wer sich mit Lautsprechern auskennt und auch schon ein wenig Erfahrung gesammelt hat, der hat genaue Vorstellungen darüber, wie problematisch es sein kann, einen Lautsprecher in seinem Wohnzimmer aufzustellen.

Die richtige Positionierung der Lautsprecher in seiner Umgebung ist sehr wichtig. Die Raumakustik ändert sich mit jedem neuen Möbelstück, was man dazustellt oder auch entfernt. Der Schall gelangt nicht nur auf direkten Weg zum menschlichen Ohr. Er wird auch an sämtlichen Wänden und Möbelstücken reflektiert. Dieses führt dazu, dass der Ton zu verschiedenen Zeitpunkten an den Sitzplatz gelangt. Ist die Zeit lang genug, kann der Mensch das Originalsignal von der Reflexion unterscheiden.

Gelangen aber nun beide Töne in einer sehr kurzen Zeit zum Zuhörer, ist er unpräzise. Deshalb sollte man seine Lautsprecher idealerweise zwischen einem halben und einem Meter von jeder Wand und jedem Möbelstück stellen. Dies ist im Wohnzimmer selten möglich, so dass man die beste Position für seine Räumlichkeiten finden muss. Es lohnt sich auf jeden Fall, diese Zeit, die dieses Unterfangen in Anspruch nimmt, zu investieren.

Außerdem sollte man der Angabe der Leistung nicht so hoch bewerten. Diese Angabe, der weitläufig viel zu viel Beachtung geschenkt wird, hat so gut wie gar nichts mit der Qualität eines Lautsprechers zu tun. Bei dieser Angabe muss man nämlich zwischen einer Dauerleistung und einer einmaligen Spitzenleistung unterscheiden.

Die Dauerbelastbarkeit wird auch als Sinus-Leistung bezeichnet und hat wesentlich mehr Aussagekraft über die Belastbarkeit eines Lautsprechers wie die einmalige Spitzenleistung, die ein Lautsprecher aushält. Bei den meisten Lautsprechern wird aber nur die einmalige Spitzenbelastbarkeit genannt, da teilweise noch weitläufig gesagt wird, dass Lautsprecher mit einer hohen Leistungszahl auch sofort besser sein müssen. Dieses ist aber nicht der Fall. Vorteilhaft sind für die perfekte Lautsprecherkontrolle sog. Schallpegelmesser und die Verwendung von Test-CDs bzw. Test-DVDs wie z.B. die "DVD-Discovery" von BUROSCH Audio-Video-Technik.

Bevor man seine Lautsprecher für eine schlechte Qualität verantwortlich macht, sollte man sich vergewissern, ob der Verstärker seine Arbeit optimal macht. Denn das pefekte Zusammenspiel aller Komponenten spielt eine große Rolle. Denn nicht jeder Verstärker hört sich gleich an. Es sind auch dort teilweise sehr große Unterschiede von Klang und Leistung vorhanden.

Des weiteren sollte man die Kabel auch nicht außer acht lassen. Sie sollten zu jedem Lautsprecher die gleiche Länge haben. Außerdem sollten sie alle den gleichen Durchmesser haben. Kabel, die den meisten Lautsprechern beiliegen, sind meistens sehr einfache Kabel. Bei höheren Ansprüchen sollte der Querschnitt eines Lautsprecherkabels mindestens 2,5 Quadratmillimeter betragen. Außerdem ist es sehr wichtig, diese an den entsprechenden Polen anzuschließen. An den Pluspol des Verstärkers wird auch der Pluspol des Lautsprechers, der auch sehr oft rot gekennzeichnet ist, angeschlossen.