HiFi Lexikon – Highend Audio Begriffe HiFi Stereo - HiFi Test - HiFi Magazin

Frequenzweiche, passive (Lautsprecher) 

Die Aufgabe der Frequenzweiche in Lautsprechern besteht darin, das eingehende elektrische Musiksignal in verschiedene Tonfrequenzbereiche zu teilen und diese Bereiche gezielt einzelnen Treibern zuzuführen. (Zum Thema Aktivweichen siehe Aktivlautsprecher).

Dadurch können auf spezielle Frequenzbereiche optimierte Chassis (Hoch-, Mittel-, Tieftontreiber) zum Einsatz gelangen, was nicht nur der thermischen/elektrischen Belastbarkeit eines Lautsprechers förderlich ist, sondern vielmehr auch dafür sorgt, dass die einzelnen Chassis genau den Arbeitsbereich zugeteilt bekommen, den sie verzerrungs- und verfärbungsminimal verarbeiten können. Neben dieser reinen Verteilfunktion kommt Frequenzweichen aber auch die Aufgabe zu, die unterschiedlichen Wirkungsgrade der eingesetzten Treiber aufeinander abzustimmen, gezielt gegen unerwünschte Resonanzen vorzugehen oder spezielle akustische Eigenheiten des Gehäuses auszugleichen.

Als Bauteile finden sich auf passiven Frequenzweichen typischerweise Spulen, Kondensatoren und Widerstände. Zur Typologisierung dient unter anderem die Flankensteilheit ihres Kennlinienverlaufs im Übergangsbereich - theoretisch gilt: Je steiler die einzelnen Treiber voneinander getrennt werden sollen, desto mehr Bauteile werden nötig:

  • Weiche 1.Ordnung: Trennung mit 6dB pro Oktave
  • Weiche 2.Ordnung: Trennung mit 12dB pro Oktave
  • Weiche 3.Ordnung: Trennung mit 18dB pro Oktave
  • Weiche 4.Ordnung: Trennung mit 24dB pro Oktave
  • Weiche 5.Ordnung: Trennung mit 30dB pro Oktave

Dies bedeutet zum Beispiel für eine Weiche 1.Ordnung, dass sich im Übergangsbereich mit jeder Frequenzverdoppelung (entspricht dem Oktavabstand) die am Chassis anliegende Spannung ebenfalls um den Faktor 2 (dieser Faktor entspricht 6dB*) verändert.  Da bei dieser rein elektrischen Betrachtung die Treibereigenschaften außen vorbleiben, ist es wichtig zu beachten, dass bei solchen Angaben nicht darauf geschlossen werden kann, dass sich diese elektrische Flankensteilheit im Zusammenspiel mit dem Treiber auch tatsächlich akustisch (am Schalldruckpegel gemessen) einstellt.

(*Beispiel: 5 Volt und 10 Volt --> log10/5  x  20=  6dB  | Im Zusammenhang mit Spannung, Strom oder Schalldruckpegel beschreiben 6dB immer eine Veränderung um den Faktor 2, im Zusammenhang mit Leistungsangaben entspricht der Faktor 2 dagegen 3dB)

frequenzweiche 6dbDer Nachteil beim Einsatz von Weichen  niederer Ordnung ist, dass die einzelnen Chassis  in  höherem Maße Frequenzbereiche „abbekommen“, die außerhalb ihres optimalen Arbeitsgebietes liegen, was - siehe oben - unter anderem zu geringerer Belastbarkeit sowie  stärkeren Resonanzen und Verzerrungen führen kann. Allerdings wird Weichen 1.Ordnung grundsätzlich die höchste  Phasentreue nachgesagt - Phasenkohärenz ist ein nicht zu vernachlässigendes Kriterium bei der Entwicklung von Lautsprechern (Thema „Zeitrichtigkeit“, siehe dazu auch Sprungantwort). Manche Lautsprecherhersteller (z.B.  Thiel)  propagieren gar, dass lediglich mit „echter“ (sich akustisch einstellender) 6dB Trennung dem Ziel einer möglichst natürlichen Musikreproduktion hinreichend nah gekommen werden kann.

Allerdings kann es auch bei den theoretisch für ein Höchstmaß an Phasentreue stehenden 6dB Filtern in praxi - bedingt durch das Einbeziehen des anzusteuernden Treibers in die Betrachtung  - notwendig werden, dass Chassis zum Beispiel verpolt (180° Phasenkorrektur) angeschlossen werden müssen, denn letztendlich geht es darum, akustisch eine möglichst hohe Phasentreue zu erzielen. Eine Kritik an der 6dB-Philosophie (PDF) findet sich zum Beispiel beim Hersteller Nubert.

frequenzweiche 12dBJenseits der 6dB Trennung existiert denn auch  eine Vielzahl steilflankigerer, und mitunter sehr komplexer, mit vielen Bauteilen daherkommender Lösungen, die das Problem Phasenverschiebung im Zaum halten sollen - auch renommierte, für umfangreichere Grundlagenforschung bekannte Hersteller (z.B. Revel) favorisieren mitunter sogar sehr steilflankig ausgerichtete Filtersysteme. Zudem passiert es nicht selten, dass in ein und der gleichen Box an verschiedenen Übergangsbereichen unterschiedlich steil gefiltert wird.

Ebenfalls gängig ist die Einordnung von Weichensystemen nach deren Filtercharakteristik, sprich den unterschiedlichen Formen des Phasen- und Amplitudenverlaufs im Trenn- beziehungsweise Übernahmefrequenzbereich: Hier unterscheidet man unter anderem - benannt nach den jeweiligen „Erfindern“- zwischen Butterworth-, Bessel- und Chebyshev-Filtern.

 

 

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