Lautsprecherboxen

 

Zu einem guten Verstärker, z.B. einem HighEnd-Röhrenverstärker, gehören natürlich auch gute Lautsprecherboxen. Nun kann man sich Fertig-Boxen im Supermarkt oder auch gute Boxen im Fachhandel kaufen. Wenn man in den HighEnd-Bereich kommt, muß man schon 'mal einige Hundert Euro für eine Box auf den Ladentisch legen. Doch ob einem dann die Wiedergabequalität und der Klang gefallen, ist eine ganz andere Sache.

Da wir aber Selbstbauer sind, habe ich mich umgeschaut, welche Selbstbau-Projekte schon für Lautsprecherboxen realisiert und wie sie beurteilt wurden. Viele Bauanleitungen findet man in der DIY-Zeitschrift  "Klang + Ton". Hier fand ich auch die von "Blue Planet Acoustic" entwickelte "PiPe SIX", eine mit preiswerten Lautsprecher-Chassis aufgebaute Box nach dem TQWT-Prinzip mit sehr guten Wiedergabeeigenschaften, besonders im Baßbereich. Dashalb wurde sie zu meinem ersten Selbstbau-Boxen-Projekt.

  

 

Etwas Theorie

Der Begriff TQWT kommt von der englischen Bezeichnung „Tapered Quarter Wave Pipe“- was so viel heißt wie „Konischer Viertelwellen-Kanal“. Damit ist ein sich konisch erweiternder Schall-Übertragungskanal gemeint, dessen Gesamtlänge ein Viertel der Wellenlänge der zu leitenden Schallfrequenz beträgt. Wir haben es hier mit einer besonders ausgeklügelten Gehäusekonstruktion zu tun, die besonders in der Baß-Wiedergabe und im Wirkungsgrad ihre Vorzüge unter Beweis stellt.

Wird ein Lautsprecher-Chassis ohne Gehäuse betrieben, wird auf beiden Seiten Schall abgestrahlt, bei dem sich besonders bei tiefen Frequenzen um das Chassis herum ein Druckausgleich einstellt, d.h. der Schall wird nicht in den um gebenden Raum abgestrahlt. Man bezeichnet das als den sogenannten akustischen Kurzschluß.  Wird der Lautsprecher in ein Gehäuse eingebaut, wird dieser Druckausgleich von der Rückseite zur Vorderseite des Chassis  verhindert oder zum Teil verhindert.

 

Die verschiedenen Gehäusekonstruktionen für Lautsprecherboxen kann man wie folgt unterscheiden:

  

Die offene Schallwand:

Das Lautsprecher-Chassis befindet sich in einer ebenen Schallwand, die idealerweise unendlich groß sein müßte, damit die Schallanteile, die nach hinten abgestrahlt werden, nicht die nach vorne abgestrahlten teilweise aufheben. Die Hälfte der eingespeisten Leistung würde dann nach hinten abgestrahlt und ginge verloren. Da aber die reale Schallwand nicht unendlich groß sein kann, muß ein Kompromiß eingegangen werden zwischen der maximalen Größe, die ich z.B. im Wohnzimmer noch akzeptiere, und dem dann noch wiedergegebenen Tief- und Mittelton-Anteil meines Audiosignals. Mit Breitbandlautsprechern bestückte Schallwände werden auch heute noch von einigen HiFi-Enthusiasten eingesetzt. Sie besitzen jedoch die schlechteste Basswiedergabe.

 

Die geschlossene Box:

Formt man aus der ebenen Schallwand eine geschlossene Lautsprecherbox, wird die ganze Konstruktion schon etwas Wohnraum freundlicher. Das erforderliche Nettovolumen ergibt sich dann aus den Eigenschaften des verwendeten Tieftonlautsprechers. Auch hier geht fast die Hälfte der Leistung verloren (der nach hinten in die Box abgetrahlte Schallanteil). Der Wirkungsgrad der Box ist demnach nicht besonders hoch. Hier werden dann größere Verstärker-Leistungen benötigt, um eine ausreichende Lautstärke zu erzielen (meistens Halbleiter-Verstärker). Die untere Grenzfrequenz wird hauptsächlich von der Resonanzfrequenz des Tieftöners bestimmt. Unterhalb dieser mechanischen Resonanz findet so gut wie keine Schallabtrahlung mehr statt.

 

Die Bassreflex-Box:

Bei der Baßreflexabstimmumg wird versucht, einen Teil der rückwärtig ins Gehäuse abgetrahlten Schallanteil zum Ohr des Hörers zu bringen. Mit einem in Länge und Durchmesser auf die Abmessungen des Gehäuses und die technischen Möglichkeiten des Baßlautsprechers abgestimmten Rohr (Tube) oder Kanal (Pipe) wird versucht, außer der Lautsprechermembran ein zweites schwingfähiges System in der Box zu realisieren. Wenn dessen Resonanzfrequenz nahe unter der des Tieftöners liegt, lässt sich dessen in die Box abgetrahlter Schallanteil zur Anregung der Luft im Bassreflexrohr nutzen und so einen Teil davon nach außen leiten. Bei ähnlichen Gehäuseabmessungen wie bei der geschlossenen Box entsteht bei der Baßreflexbox ein System mit besserem Wirkungsgrad und tieferer unterer Grenzfrequenz.

 

Die Transmission-Line-Box:

Mit einem Übertragungskanal-System geht man noch ein Stück weiter: Man läßt das „Gehäuse“ einfach weg und setzt das Baßchassis vor eine große Röhre (Tube) oder einen Kanal (Line), dessen eingeschlossene Luftsäule auf eine Resonanzfrequenz unter der mechanischen Resonanz des Tieftöners abgestimmt ist. Da die Anregung dieser gesamten Luftsäule direkt durch den Baß und ohne Umweg über ein dämpfendes Luftpolster (wie bei der Bassreflexbox) erfolgt, kann ein viel größerer rückwärtiger Schallanteil genuntzt werden, und das genau im gewünschten, durch die Kanallänge festgelegten Frequenzbereich. Wir erzielen somit noch mehr Baß und noch mehr Wirkungsgrad.

Allerdings hat dieses System auch Nachteile, sonst würde man ja alle Boxen nach dieser Bauart konstruieren. Da der zuvor beschriebene Effekt nicht nur beim Baß sondern bei allen Frequenzen auftritt, deren Wellenlängen in einem bestimmten Verhältnis zur Resonanzfrequenz des Kanals stehen, hat eine Transmissionline-Box bis in die mittleren Lagen hinein keinen gleichmäßigen sondern eher einen kammartigen Amplitudenverlauf. Es gibt in gleichmäßigen Abständen Pegeleinbrüche, deren Intensität zu höheren Frequenzen abnimmt, zur Resonanzfrequenz des Kanals aber zunimmt. Durch Füllen mit Dämmmaterial kann dieser Kammeffekt gemildert werden. Damit verringert sich aber der Wirkungsgrad der Box. Wie man sieht, ist die optimale Abstimmung einer Transmission-Line nicht ganz einfach.

 

Der Hornlautsprecher:

Einen noch größeren Wirkungsgrad erzielen wir mit einem Hornaufsatz auf dem Schallwandler. Mit diesem Horn kann der Schall hervorragend auf die umgebende Luft übertragen werden. Wenn man wie im HiFi- oder HighEnd-Bereich auch sehr tiefe Töne übertragen will, muß der Ausgang des Horns schon enorme Abmessungen besitzen; bei 30 Hz etwa 5,5m Durchmesser. Das ist dann doch nicht ganz wohnraumfreundlich. Trotzdem gibt es etliche Anhänger dieser Bauart, da der Klang einer solchen Box wohl hervorragend sein soll. Bei Wohnraum verträglichen Horndurchmessern muß dann allerdings bei Wiedergabe von Tiefbass ein Subwoofer eingesetzt werden.

 

Das Bandpass-Gehäuse:

Beim Bandpass befindet sich das Lautsprecher-Chassis innerhalb des Gehäuses ( Man muß sich einfach vor einer geschlossenen Lautsprecherbox noch ein Bassreflexgehäuse denken). Dieses Prinzip eignet gut für Subwoofer und besonders für passive Systeme, da kein steilflankiges Filter benötigt wird, um Frequenzen über 200 Hz, die von unseren Ohren geortet werden könnrn, stark zu dämpfen bzw. auszulöschen . Der Schall tritt also nur aus einer Bassreflex-Öffnung aus; das Lautsprecher-Chassis befindet sich innerhalb des Gehäuses und kann damit auch nicht mechanisch beschädigt werden.

 

Das Dipol-Gehäuse:

Dabei handelt es sich um ein offenes bzw. teilweise offenes Gehäuse, bei dem der Schall nach vorne und mit entgegengesetzter Phase nach hinten abgestrahlt wird. Durch den akustischen Kurzschluß werden aufeinandertreffende Schallfronten mit gleicher Stärke ausgelöscht. Dadurch entstehen Abstrahlcharakteristiken in Form einer "8" oder einer Niere, je nach Konstruktion der Box bzw. Anordnung der Lautsprecher-Chassis (falls mehrere verwendet werden). Da aber auch diese Gehäusekonstruktionen ähnlich wie offene Schallwände und Hornsysteme in der Praxis ziemlich große Abmessungen erhalten müssen, werden sie nicht ganz so häufig angewendet wie die übrigen Gehäusebauarten.

 

Die TQWT-Abstimmung:

Bei der TQWT-Box oder Voigt-Pipe, die von dem Engländer Paul Voigt um 1930 entwickelt wurde, macht man nun folgendes: Man baut die Röhre oder den Kanal nicht zylindrisch sondern konisch (tapered), setzt den Lautsprecher an das dünnere Ende (etwa bei einem Drittel des Kanals) und an die größere Öffnung ein Baßreflexrohr zur Vermeidung des Kammfiltereffekts. Man behält aber den guten Wirkungsgrad und die Möglichkeit zur tiefen Abstimmung des Gesamtsystems.

 

Durch den verhältnismäßig hohen Wirkungsgrad sind Transmission-Line-, TQWT- und Horn-Lautsprecherboxen gut für Verstärker mit geringer Ausgangsleistung sowie Röhrenverstärker geeignet.

 

Und hier geht's zur kompletten Beschreibung der "Pipe6e".