Der Konuslautsprecher besteht aus einem Antriebssystem, das aus einem Magneten und einer Spule besteht.
Die magnetischen Feldlinien suchen den Weg des kleinsten magnetischen Widerstands und laufen daher gebündelt durch den Luftspalt (grün) zwischen rechter Polplatte und Polkern (beide grau). Im Luftspalt sitzt die Antriebsspule (rot).
Wird die Spule von Strom durchflossen (senkrecht zum Bild: rote Punkte), dann bildet sich durch das Magnetfeld (grün, vertikal gerichtet) eine Kraft, die senkrecht zum Strom und senkrecht zum Magnetfeld läuft - also horizontal - nach rechts oder nach links. Die Membran (schwarz) wird dadurch nach links oder rechts ausgelenkt (blaue Pfeile)
Soll Schall gleichmäßig und effizient von der Membran an die Umgebung übertragen werden, so sollte die abstrahlende Membran eine gewisse Größe haben (wie eine Hochfrequenz-Antenne): Der Durchmesser der Membran D sollte bei symmetrischer Einspeisung etwa der halben Wellenlänge λ/2 der Schallwelle entsprechen. Die Wellenlänge λ = c / f, wobei c die Schallgeschwindigkeit von 340 m/s ist und f die Frequenz in Hz sei. Zur Abstrahlung von 20 Hz wäre somit ein Lautsprecher mit Durchmesser von 1/2 * λ = 1/2 * (c/f) = 8,5 m wünschenswert.
Für 20 Hz wird demnach eine Membran 8,5 Meter! - für 20 kHz wird eine von 8,5 mm gewünscht. Deshalb werden beim Boxenbau in einer Box mehrere Lautsprecherchassis für unterschiedliche Frequenzen benutzt.
Auffällig ist: sind 8,5 mm Membrandurchmesser machbar, so sind 8 Meter nicht realistisch.
Zum wirkungsvollen Abstrahlen von tiefen Tönen ist die Membran also zu klein. Das kann man auf mehrere Arten korrigieren:
Die zuletzt genannte Lösung funktioniert am besten: Verkleinert man den Magneten (oder baut einen Vorwiderstand in die Leitung zum Lautsprecher), so reduziert sich die Antriebskraft des Lautsprechers und die Lautstärke sinkt bei gleicher angelegter Spannung vom Verstärker. Für tiefe Töne nahe der Resonanzfrequenz, schwingt der Lautsprecher bevorzugt, weswegen sich seine Lautstärke fast nicht reduziert. Gesamtergebnis: Viel weniger mittlere und hohe Töne, ähnlich viele tiefe - also hat der Lautsprecher mehr Bass. Aber: je schwächer der Antrieb, desto schlechter ist die Kontrolle über den Lautsprecher und desto wumpsiger klingt er.
Falls man den Magneten schwächt, oder einen Vorwiderstand einfügt, muss man in der Regel auch das Boxenvolumen vergrößern, damit die Tiefton-Resonanz nicht zu stark ausgeprägt ist und der Lautsprecher wumpsig klingt.
Zum passenden Antrieb hier Beispiele mit Alcone AC 12.
Als Hobbyist sollten Sie hier abbrechen und auf unseren Tool-Seiten die Dimensionierung von Tieftönern selbst mit Lautsprechern Ihrer Wahl rechnen.
Zur Einstimmung die Formeln zum Subwoofer-Antrieb (nur für den Theoretiker) und plausible Beispiele zur Antriebsstärke.
Die Lösung: Verwenden Sie einen Lautsprecher mit starkem Antrieb (Qts kleiner als benötigt) und schalten Sie einen Widerstand in Reihe. Falls Sie Bedenken wegen des Dämpfungsfaktors haben - dieser spielt hier keine Rolle ... was wir später erklären werden oder wählen Sie die nächste Lösung.
Für Bassreflexboxen gibt es noch eine andere Möglichkeit zur Abstimmung. Ausgangsbasis sei wieder die Idee: Je stärker der Antrieb, desto besser ist die Kontrolle und desto geringer ist die Gefahr der Schwingspulenerhitzung bzw. die Gefahr dass der Subwoofer wumpsig klingt.
im Bild unten sei die rote Kurve der Frequenzgang eines geschlossenen Subwoofers mit einem Tieftöner mit starkem Antrieb.
Setzt man diesen in eine Bassreflexbox gleicher Größe, so kann man das Bassreflexrohr gemäß der steilen blauen Linie abstimmen. Damit ergibt sich der blaue, flachere Gesamtfrequenzgang.
Verwendet man stattdessen einfach eine tiefere Bassreflexabstimmung (steile grüne Kurve) so erhält man einen gestuften Frequenzgang.
Die tiefe Abstimmung aus obigem Bild hat das Problem, dass der Schalldruck zu höheren Frequenzen weiter ansteigt (ab ca. 60 Hz). Sie ist daher nur für Subwoofer verwendbar, wo der Verstärker, der hier bei 65 Hz trennt (nicht eingezeichnet), dann zu einer Gesamt-Trennfrequenz von ca. 80 Hz führt (Gesamtfrequenzgang: blaue Linie).
Bei diesem Subwoofertyp ist am Verstärker die Grenzfrequenz also oft etwas tiefer einzustellen, als man es tatsächlich wünscht.
Wenn man die tiefe Abstimmung genau berechnen will, so kann man dies mit handelsüblichen Simulations-Programmen wie LSP-CAD (Bild links) durchführen.
Im Bild ist der AC 12 SW4 zu sehen, wobei: - die schwarze Kurve der Gesamt-Frequenzgang - die blau gestrichelte Kurve der Frequenzgang am Tieftöner (er ist wegen der Rückwirkung des Bassreflexrohrs von innen nicht eben!) - die rote Kurve der Frequenzgang am BR-Rohr - die schwarz gestrichelte Kurve der Phasengang ist.
Sonderformen von Subwoofern (URPS, Dipol, RiPol)