Bassabstimmung mit den Thiele und Small Parametern

Dr. Peter Strassacker seit 1977 Lautsprecherbau Bücher über Materialforschung und Feldtheorie Entwicklung von Lautsprechern

Frank Kleiber befragte zu den Thiele & Small-Parametern
Peter Strassacker (7/2004).
 

Frank:
Peter, wozu sind die Thiele und Small Parameter gut?

Peter:
Als ich in den 70er Jahren begann Boxen zu bauen, musste man die Bassabstimmung ausprobieren. Das bedeutete viele Gehäuse aufbauen und viele Tieftöner testen. Dies war sehr zeitaufwändig und kostspielig. Die Frequenzgänge in den Datenblättern der Hersteller geben hier keine Hilfe, da der Bass vom Gehäuse abhängt, in dem er eingebaut ist. Dann erstellten A. N. Thiele und Richard H. Small (T&S) ein Rechenmodell, mit dem man den Frequenzgang des Basses ausrechnen kann.

Frank:
Was wird dazu benötigt?

Peter:
Nur mit den Daten (T&S-Parametern):
- Freiluftresonanzfrequenz Fs
- Äquivalenzvolumen Vas
- die Gesamtgüte des Chassis Q_ts (aus Q_es und Q_ms)
lässt sich der Bass ausrechnen (siehe auch Berechner für geschlossenen Boxen und Bassreflexboxen).

Frank:
Wie kann man die Parameter ermitteln?

Peter:
Indem man das Datenblatt zum Lautsprecher liest oder mit Impedanzmessungen am Lautsprecher.

Frank:
Peter, was bedeuten die Parameter?

Peter:
Die ganz wesentlichen Parameter sind:

Die Resonanzfrequenz Fs (Frequency speaker)
Dieser Parameter ist die Freiluft-Resonanzfrequenz eines Lautsprechers. Anders ausgedrückt: es ist die Frequenz, mit der der Lautsprecher selbst bevorzugt schwingt - die Frequenz ist durch das Gewicht der Membran mit Schwingspule und die Rückstellkraft der Einspannung (Sicke und Zentrierspinne) bestimmt.

Äquivalenzvolumen Vas (Volume acoustic speaker)
Vas ist ein künstlich geschaffenes Maß für die Rückstellkraft der Membraneinspannung (Sicke und Zentrierspinne). Es ist das gedankliche Luftvolumen, das durch die Luftkompression hinter der Membran die Membran so stark zurück drückt, wie es die Einspannung des Lautsprechers tut. Ein großer Wert ist wie ein großes Luftvolumen, das kaum komprimiert wird und daher wenig stark zurück drückt; ein kleiner Wert deutet auf eine sehr steife Einspannung hin.

Qts - Gesamtgüte (quality total speaker)
Qts ist das Maß der Gesamtgüte des Treibers und wird aus den Größen Qms und Qes berechnet: Qts = (Qms * Qes)/(Qms + Qes).

Qms - mechanische Güte (quality mechanical speaker)
Qms ist ein Maß für die mechanische Güte, die abhängig ist von den Verlusten der mechanischen Aufhängung (Sicke und Zentrierspinne) des Lautsprechers ist. Dieser Wert sollte möglichst groß sein.

Qes - elektrische Güte (quality electrical speaker) Qes ist ein Maß für die elektrische Güte; man könnte dies auch als Stärke des Antriebs bezeichnen: Je kleiner Qes ist, desto stärker ist der Antrieb, der meist aus Schwingspule und Magnet besteht.
 

Frank:
Gibt es Faustformeln, welcher Lautsprecher für welches Gehäuse geeignet ist?

Peter:
Ja, die gibt es; hier dazu eine Tabelle:
 

Frank:
Peter, gibt es weitere wichtige Parameter?

Peter:
Ja es gibt weitere Parameter, die häufig benötigt werden:

der Gleichstromwiderstand Re (oder auch RDC genannt)
Im Gegensatz zur Impedanz, also dem Wechselstromwiderstand, der sich über den Frequenzbereich ändert und bei der Resonanzfrequenz sehr hoch ist, ist der Gleichstromwiderstand ein fester Wert. Er ist etwa 30% geringer als die Nennimpedanz und gibt den Widerstand für Gleichstrom an. Dieser Widerstand kommt durch den ohmschen Widerstand der Spule zustande. Er wird in Ohm gemessen.

die Schwingspulen-Induktivität Le
Die Schwingspule - die ja letztendlich eine Spule ist, hat wie diese eine Induktivität. Diese bewirkt einen mit steigender Frequenz steigende Impedanz. Die Induktivität wird meist in Milli (=tausendstel) Henry, abgekürzt mH angegeben.

der Kraftfaktor BxL oder BL
Ausgedrückt in Tesla Meter oder in Kraft / Stromstärke (N/A). Der Faktor gibt an, welche Kraft bei einem Ampere Strom auf die Membran ausgeübt wird, wenn man sie fest hält. Je größer der Wert ist, desto stärker ist der Antrieb und desto besser kontrolliert der Antrieb die Membran.

die bewegte Masse Mmd
sie setzt sich aus den Massen der bewegten Teile: Membran, Sicke, Zentrierspinne, Dustcap und Spule zusammen.

die effektive bewegte Masse Mms (Mass mechanic speaker)
Dieser Parameter setzt sich aus der bewegten Masse Mmd des Lautsprechers und Luftmasse auf der Membrane (die ja auch bewegt werden muss) zusammen.

Membranhub Xmax
Xmax ist ein Maß für die maximale lineare Auslenkung und wird in mm angegeben. Es ist der Weg, den die Spule zurücklegen kann, ohne das Magnetfeld zu verlassen. Xmax = 1/2 (Schwingspulenhöhe - Polplattendicke)

Membranfläche Sd
Dieser Parameter gibt die effektive Membranfläche in cm² an.

Empfindlichkeit SPL
Die Empfindlichkeit gibt an, wie laut der Schallwandler spielt. Als Standard haben sich die Angaben:
- dB/W/m, also die Lautstärke bei einem Watt in einem Meter Entfernung oder
- dB/2,83V/m, also die Lautstärke bei 2,83 V (bei 8 Ohm Impedanz gleichbedeutend mit 1 Watt)
durchgesetzt.

Frank:
Peter, kann man mit den Parametern auch selbst die Abstimmung berechnen?

Peter:
Ja nachfolgend die Formeln:

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