Nachdem wir ja bereits über die Probleme der Gehäuseresonaz sprachen, schauen wir uns jetzt mal die Gehäuse in ihren Bauformen an.
Warum überhaupt ein LS-Gehäuse?
Erzeugt der übliche Kolbenlautsprecher den Schall, passiert es, dass tieffrequente Schwingungen sich kugelförmig ausbreiten und so auf der Rückseite des Chassis einen akustischen Kurzschluss erzeugen. Das hat zur Folge, dass sich Bässe quasi selbst auslöschen. Um den Kurzschluss zu verhindern, muss dass Chassis auf eine „Wand“ geschraubt werden, die so groß ist, dass die kugelförmige Welle praktisch nicht hinter das Chassis gelangen kann. Je größer diese Wand ist, desto länger muss die Basswelle sein, um dahinter zu kommen. Daher auch der Begriff der unendlichen Schallwand, den vielleicht einige schon mal gehört haben. Das ist jetzt alles sehr einfach ausgedrückt, die Wahrheit ist viel komplexer und kann in äußerst verwirrenden Formeln sogar berechnet werden.
Natürlich ist eine große Schallwand im Wohnbereich mehr als unpraktisch, also wird die Wand so „gefaltet“, dass der Schall nicht nach hinten „rankommt“. Es entsteht durch die Faltung der Wand die „LS-Box“, die sogar dazu genutzt werden kann, den Bass zu verstärken.
Würde dann eine Box nur für den Bass nicht ausreichen?
Jain! Was den akustischen Kurzschluss betrifft ja. Aber wie wir wissen strahlt ja ein LS-Chassis auch nach hinten ab. Es entsteht also ein LS-Dipol. Die nach hinten abgestrahlten Wellen werden also früher oder später von einer Rückwand in den Raum reflektiert und sind somit für das Gesamtergebnis von entscheidendem Ausmaß. In die meisten Wohnräumen lassen sich Dipole nur schwer perfekt aufstellen.
Eine LS-Box hat also erst einmal sehr viele Vorteile. Aber, alte Fotoweisheit: Wo viel Licht ist, ist auch viel Schatten. Im Innern des Gehäuse entstehen durch die Reflexionen an den Wänden des nach innen abgestrahlten Schalls sogenannte „stehende Wellen“, die sich nachteilig auf das Klanggeschehen auswirken. Durch bestimmte Gehäuseformen und Materialien zur Innenbedämpfung versuchen die Konstrukteure dieses Problemfeld zu minimieren. Dazu werden z. B. „runde Rücken“ im Gehäuse verwendet, siehe z. B. Piega und B&W. Pyramidenförmige Gehäuse sind ebenfalls recht häufig vertreten. Sinn und Zweck ist es einfach so wenig wie möglich parallele Wände zu erhalten, obwohl natürlich die Schallwelle auch an schrägen Wänden reflektiert wird. Aber eben nicht so extrem beeinflussend.
Ebenfalls neigt eine Kiste zu klangverfälschenden Eigenresonanzen durch die verwendeten Materialien, siehe hierzu den Thread:
Weiterhin entstehen an den äußeren Gehäusekanten Beugungen und andere Beeinflussungen der Schallführung/-ausbreitung, die eine riesige Auswirkung auf die Abbildungsleistung haben. Grundsätzlich sollte die vordere Fläche des Gehäuses (die Schallwand) so klein wie möglich sein, um ein gutes Abtrahlverhalten zu erzielen, andererseits passt dann natürlich wieder kein großes Basschassis auf die Schallwand.
Neben den grundsätzlichen, oben beschriebenen, Gründen für ein LS-Gehäuse, nutzt der Konstrukteur die verschiedenen Eigenschaften von unterschiedlichen Prinzipien für seine Zwecke. Mir kommt es bei der folgenden Betrachtung nicht so sehr auf klangliche Details an, sondern einzig allein um die Funktionsweise und deren prinzipiellen Eigenschaften. Alle Bauformen haben ihre Vor- und Nachteile, die der Konstrukteur in der Entwicklung priorisiert. Seltene Sonderformen, wie zum Beispiel Push-Pull oder Bandpass, habe ich weggelassen, da sonst der Rahmen gesprengt wird. Hier muss ich auf googelnde Eigeninitiative hoffen.
Die geschlossene Box
Die simpelste Form des Gehäuses. Das eingeschlossene Luftvolumen wirkt wie eine zusätzliche Federkraft auf das LS-Chassis und lässt den Tieftöner wieder schneller „in die Nulllage schießen“. Allerdings muss natürlich das Chassis bei der Bewegung nach außen gegen einen entstehenden Unterdruck im Gehäuse ankämpfen, beim Einschwingen gegen das Luftpolster arbeiten. Die „Luftfeder“ muss also auch jedes Mal wieder „gespannt“ werden, was zu Lasten des Wirkungsgrades geht.
Die Transmissionline
Bei ihr nutzt man aus, dass der rückwärtig abgestrahlte Schall des Chassis durch eine so lange Röhre geht, dass kein akustischer Kurzschluss mehr erfolgen kann. Vorteil ist, dass das LS-Chassis nicht gegen ein Luftpolster wie in der geschlossenen Box arbeiten muss. Sie arbeitet ebenfalls als Resonator, durchaus vergleichbar mit der Pfeife der Kirchenorgel. Die Länge der Röhre ergibt sich aus der Viertellänge der Resonanzfrequenz, was also sehr lang sein kann. Durch entsprechende Bedämpfung kann der Schall in der Röhre verlangsamt werden, was eine etwas kürzere Bauform der Röhre zulässt. Da die Röhre aber trotzdem noch sehr lang sein muss, wurde diese gefaltet. An den „Knickpunkten“ der Röhre entstanden oftmals hässliche Nebengeräusche. Weiterhin muss der Querschnitt der Röhre am Anfang so groß wie die Membran sein, zum Ende kann sie sich etwas verkleinern. TML sind aber in jedem Fall groß. Die Länge der TML relativ einfach zu berechnen, allerdings ist bei der Abstimmarbeit sehr viel Fingerspitzengefühl, Erfahrung und Hörvermögen erforderlich. Denn im Gegensatz zur Orgelpfeife, die nur einen Ton perfekt wiedergeben muss, arbeitet natürlich die TML in einem LS wesentlich breitbandiger, was viele Kompromisse beinhaltet. In den 80ern sehr oft anzutreffen, siehe z. B die Quadral Titan, heute eher die Ausnahme.
Die Bassreflexbox
Dieses Gehäuse funktioniert nach dem Prinzip des Helmholtzresonators. Die eingeschlossene Luft im Gehäuse hat eine vom Volumen abhängige Federsteifigkeit. Die Abstimmung des Resonators erfolgt durch diese Federsteifigkeit und der angehängten „Masse“, die sich im Reflexrohr „befindet“. Die Resonanzfrequenz ist nur durch die Dimension des Rohres und des Luftvolumens des Gehäuses bestimmt. Angeregt wird die Resonanz im Innern natürlich durch das LS-Chassis. Durch komplexe zeitliche Abläufe kommt es nicht zu einem akustischen Kurzschluss durch die Röhre, sondern es erfolgt im Bereich der Resonanzfrequenz eine Addition der Welle mit der Membranvorderseite. Der Bass wird also im Bereich der Resnanzfrequenz lauter. Die Konstrukteure nutzen das meistens, um etwas kleinere Gehäuse zu realisieren.
Auf Grund der Parameter ist es vom Prinzip her unwichtig, ob ein Reflexrohr eckig, rund oder oval ist. Allerdings neigt das Reflexrohr dazu Strömungsgeräusche zu verursachen. Da aber Strömungsgeräusche gleichzeitig auch einen Verlust des Wirkungsgrades nach sich ziehen, sind die Entwickler bemüht in diesem Bereich zu verbessern. Das geht von der Golfballstruktur der Kanaloberfläche bis hin zu bestimmten geometrischen Formen. Auch möglich, dass die Öffnung des Reflexrohres durch eine/mehrere Membran/en verschlossen wird (siehe z. B. C40)
Das Basshorn
Die wohl exotischste Bauform. Geboren aus der Not an Verstärkerleistung in der Anfangsphase der Musikwiedergabe. Den Effekt kennt jeder. Formt mal mit beiden Händen einen Trichter, haltet ihn vor den Mund und sprecht. Euer Partner wird sofort eine deutliche Erhöhung der Lautstärke feststellen. Technisch wird von einer effektiveren Ankopplung der Luft an die Membran gesprochen. Durch die immer größer werdende Fläche der Trichterform erhöht sich gleichzeitig die effektiv abstrahlende Fläche. Ab und zu findet man auch die Umschreibung, dass eine Transformierung des Strahlungswiderstandes stattfindet.
Während bei Hoch- und Mitteltöner die Hörner noch durchaus im Wohnraum untergebracht werden können, sieht die Sache bei Basshörnern schon anders aus. Auf Grund der Wellenlänge der Bassfrequenz müssen auch die Hörner entsprechend groß sein. Einige Konstrukteure falteten dazu die Trichter oder nutzten die Wände als Hornverlängerung. Die bekanntesten Vertreter sind sicherlich die Klipschhörner und einige JBL. Hörner zeichnen sich in der Regel durch einen aberwitzigen Wirkungsgrad aus. Dadurch reichen entweder ganz kleine Verstärkerleistungen aus, um sehr hohe Pegel zu erreichen. Oder aber bei leiser Darbietung sind es nur minimalste Membranauslenkungen bei unerreichtem Dynamikverhalten. Durch die extreme Schallbündelung wird aber auch erreicht, dass Raumeinflüsse etwas stärker ausgeblendet werden können. Dafür sind aber große Hörabstände erforderlich. Tendenziell sagt man Hörnern auch eine gewisse Neigung zum „Tröten“ nach.
In allen genannten Fällen müssen Gehäusevolumen/-prinzip-/bedämpfung und das LS-Chassis aufeinander abgestimmt sein, was fast immer weitere Kompromisse nach sich zieht. Nach Abwägung aller Vor- und Nachteile sind die geschlossene Box und die Bassreflexbox für die meisten Konstrukteure, Wohnraumverhältnisse und Nutzer der beste Kompromiss.
Warum überhaupt ein LS-Gehäuse?
Erzeugt der übliche Kolbenlautsprecher den Schall, passiert es, dass tieffrequente Schwingungen sich kugelförmig ausbreiten und so auf der Rückseite des Chassis einen akustischen Kurzschluss erzeugen. Das hat zur Folge, dass sich Bässe quasi selbst auslöschen. Um den Kurzschluss zu verhindern, muss dass Chassis auf eine „Wand“ geschraubt werden, die so groß ist, dass die kugelförmige Welle praktisch nicht hinter das Chassis gelangen kann. Je größer diese Wand ist, desto länger muss die Basswelle sein, um dahinter zu kommen. Daher auch der Begriff der unendlichen Schallwand, den vielleicht einige schon mal gehört haben. Das ist jetzt alles sehr einfach ausgedrückt, die Wahrheit ist viel komplexer und kann in äußerst verwirrenden Formeln sogar berechnet werden.
Natürlich ist eine große Schallwand im Wohnbereich mehr als unpraktisch, also wird die Wand so „gefaltet“, dass der Schall nicht nach hinten „rankommt“. Es entsteht durch die Faltung der Wand die „LS-Box“, die sogar dazu genutzt werden kann, den Bass zu verstärken.
Würde dann eine Box nur für den Bass nicht ausreichen?
Jain! Was den akustischen Kurzschluss betrifft ja. Aber wie wir wissen strahlt ja ein LS-Chassis auch nach hinten ab. Es entsteht also ein LS-Dipol. Die nach hinten abgestrahlten Wellen werden also früher oder später von einer Rückwand in den Raum reflektiert und sind somit für das Gesamtergebnis von entscheidendem Ausmaß. In die meisten Wohnräumen lassen sich Dipole nur schwer perfekt aufstellen.
Eine LS-Box hat also erst einmal sehr viele Vorteile. Aber, alte Fotoweisheit: Wo viel Licht ist, ist auch viel Schatten. Im Innern des Gehäuse entstehen durch die Reflexionen an den Wänden des nach innen abgestrahlten Schalls sogenannte „stehende Wellen“, die sich nachteilig auf das Klanggeschehen auswirken. Durch bestimmte Gehäuseformen und Materialien zur Innenbedämpfung versuchen die Konstrukteure dieses Problemfeld zu minimieren. Dazu werden z. B. „runde Rücken“ im Gehäuse verwendet, siehe z. B. Piega und B&W. Pyramidenförmige Gehäuse sind ebenfalls recht häufig vertreten. Sinn und Zweck ist es einfach so wenig wie möglich parallele Wände zu erhalten, obwohl natürlich die Schallwelle auch an schrägen Wänden reflektiert wird. Aber eben nicht so extrem beeinflussend.
Ebenfalls neigt eine Kiste zu klangverfälschenden Eigenresonanzen durch die verwendeten Materialien, siehe hierzu den Thread:
Weiterhin entstehen an den äußeren Gehäusekanten Beugungen und andere Beeinflussungen der Schallführung/-ausbreitung, die eine riesige Auswirkung auf die Abbildungsleistung haben. Grundsätzlich sollte die vordere Fläche des Gehäuses (die Schallwand) so klein wie möglich sein, um ein gutes Abtrahlverhalten zu erzielen, andererseits passt dann natürlich wieder kein großes Basschassis auf die Schallwand.
Neben den grundsätzlichen, oben beschriebenen, Gründen für ein LS-Gehäuse, nutzt der Konstrukteur die verschiedenen Eigenschaften von unterschiedlichen Prinzipien für seine Zwecke. Mir kommt es bei der folgenden Betrachtung nicht so sehr auf klangliche Details an, sondern einzig allein um die Funktionsweise und deren prinzipiellen Eigenschaften. Alle Bauformen haben ihre Vor- und Nachteile, die der Konstrukteur in der Entwicklung priorisiert. Seltene Sonderformen, wie zum Beispiel Push-Pull oder Bandpass, habe ich weggelassen, da sonst der Rahmen gesprengt wird. Hier muss ich auf googelnde Eigeninitiative hoffen.
Die geschlossene Box
Die simpelste Form des Gehäuses. Das eingeschlossene Luftvolumen wirkt wie eine zusätzliche Federkraft auf das LS-Chassis und lässt den Tieftöner wieder schneller „in die Nulllage schießen“. Allerdings muss natürlich das Chassis bei der Bewegung nach außen gegen einen entstehenden Unterdruck im Gehäuse ankämpfen, beim Einschwingen gegen das Luftpolster arbeiten. Die „Luftfeder“ muss also auch jedes Mal wieder „gespannt“ werden, was zu Lasten des Wirkungsgrades geht.
Die Transmissionline
Bei ihr nutzt man aus, dass der rückwärtig abgestrahlte Schall des Chassis durch eine so lange Röhre geht, dass kein akustischer Kurzschluss mehr erfolgen kann. Vorteil ist, dass das LS-Chassis nicht gegen ein Luftpolster wie in der geschlossenen Box arbeiten muss. Sie arbeitet ebenfalls als Resonator, durchaus vergleichbar mit der Pfeife der Kirchenorgel. Die Länge der Röhre ergibt sich aus der Viertellänge der Resonanzfrequenz, was also sehr lang sein kann. Durch entsprechende Bedämpfung kann der Schall in der Röhre verlangsamt werden, was eine etwas kürzere Bauform der Röhre zulässt. Da die Röhre aber trotzdem noch sehr lang sein muss, wurde diese gefaltet. An den „Knickpunkten“ der Röhre entstanden oftmals hässliche Nebengeräusche. Weiterhin muss der Querschnitt der Röhre am Anfang so groß wie die Membran sein, zum Ende kann sie sich etwas verkleinern. TML sind aber in jedem Fall groß. Die Länge der TML relativ einfach zu berechnen, allerdings ist bei der Abstimmarbeit sehr viel Fingerspitzengefühl, Erfahrung und Hörvermögen erforderlich. Denn im Gegensatz zur Orgelpfeife, die nur einen Ton perfekt wiedergeben muss, arbeitet natürlich die TML in einem LS wesentlich breitbandiger, was viele Kompromisse beinhaltet. In den 80ern sehr oft anzutreffen, siehe z. B die Quadral Titan, heute eher die Ausnahme.
Die Bassreflexbox
Dieses Gehäuse funktioniert nach dem Prinzip des Helmholtzresonators. Die eingeschlossene Luft im Gehäuse hat eine vom Volumen abhängige Federsteifigkeit. Die Abstimmung des Resonators erfolgt durch diese Federsteifigkeit und der angehängten „Masse“, die sich im Reflexrohr „befindet“. Die Resonanzfrequenz ist nur durch die Dimension des Rohres und des Luftvolumens des Gehäuses bestimmt. Angeregt wird die Resonanz im Innern natürlich durch das LS-Chassis. Durch komplexe zeitliche Abläufe kommt es nicht zu einem akustischen Kurzschluss durch die Röhre, sondern es erfolgt im Bereich der Resonanzfrequenz eine Addition der Welle mit der Membranvorderseite. Der Bass wird also im Bereich der Resnanzfrequenz lauter. Die Konstrukteure nutzen das meistens, um etwas kleinere Gehäuse zu realisieren.
Auf Grund der Parameter ist es vom Prinzip her unwichtig, ob ein Reflexrohr eckig, rund oder oval ist. Allerdings neigt das Reflexrohr dazu Strömungsgeräusche zu verursachen. Da aber Strömungsgeräusche gleichzeitig auch einen Verlust des Wirkungsgrades nach sich ziehen, sind die Entwickler bemüht in diesem Bereich zu verbessern. Das geht von der Golfballstruktur der Kanaloberfläche bis hin zu bestimmten geometrischen Formen. Auch möglich, dass die Öffnung des Reflexrohres durch eine/mehrere Membran/en verschlossen wird (siehe z. B. C40)
Das Basshorn
Die wohl exotischste Bauform. Geboren aus der Not an Verstärkerleistung in der Anfangsphase der Musikwiedergabe. Den Effekt kennt jeder. Formt mal mit beiden Händen einen Trichter, haltet ihn vor den Mund und sprecht. Euer Partner wird sofort eine deutliche Erhöhung der Lautstärke feststellen. Technisch wird von einer effektiveren Ankopplung der Luft an die Membran gesprochen. Durch die immer größer werdende Fläche der Trichterform erhöht sich gleichzeitig die effektiv abstrahlende Fläche. Ab und zu findet man auch die Umschreibung, dass eine Transformierung des Strahlungswiderstandes stattfindet.
Während bei Hoch- und Mitteltöner die Hörner noch durchaus im Wohnraum untergebracht werden können, sieht die Sache bei Basshörnern schon anders aus. Auf Grund der Wellenlänge der Bassfrequenz müssen auch die Hörner entsprechend groß sein. Einige Konstrukteure falteten dazu die Trichter oder nutzten die Wände als Hornverlängerung. Die bekanntesten Vertreter sind sicherlich die Klipschhörner und einige JBL. Hörner zeichnen sich in der Regel durch einen aberwitzigen Wirkungsgrad aus. Dadurch reichen entweder ganz kleine Verstärkerleistungen aus, um sehr hohe Pegel zu erreichen. Oder aber bei leiser Darbietung sind es nur minimalste Membranauslenkungen bei unerreichtem Dynamikverhalten. Durch die extreme Schallbündelung wird aber auch erreicht, dass Raumeinflüsse etwas stärker ausgeblendet werden können. Dafür sind aber große Hörabstände erforderlich. Tendenziell sagt man Hörnern auch eine gewisse Neigung zum „Tröten“ nach.
In allen genannten Fällen müssen Gehäusevolumen/-prinzip-/bedämpfung und das LS-Chassis aufeinander abgestimmt sein, was fast immer weitere Kompromisse nach sich zieht. Nach Abwägung aller Vor- und Nachteile sind die geschlossene Box und die Bassreflexbox für die meisten Konstrukteure, Wohnraumverhältnisse und Nutzer der beste Kompromiss.
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