Die meisten Lautsprecher(boxen) enthalten mehrere Lautsprecher(chassis). Ganz typisch sind dabei zwei Lautsprecher, nämlich ein Hochtonlautsprecher und ein Tieftonlautsprecher.
Mehrere Lautsprecher helfen dabei, die Wiedergabe möglichst in allen Frequenzbereichen perfekt zu gestalten. Zur Perfektion gehören die gleiche Lautstärke über den Frequenzbereich, geringe nichtlineare Verzerrungen, geringes Nachschwingen der Membran und nicht zuletzt ein akzeptabler Wirkungsgrad.
Um also die Frequenzen so auf die Lautsprecher zu verteilen, dass jeder Lautsprecher die Frequenzen wieder gibt, für die er gebaut ist, wird eine Frequenzweiche benötigt (dies kann sowohl eine aktive wie auch eine passive Weiche sein).
Weitere Erklärungen zur Entwicklung eines Lautsprechers sind im Theorie- oder im praktischen Teil zu finden.
Nachfolgend wird erklärt, wie man eine Frequenzweiche für hervorragende Lautsprecher entwickelt. Die Frequenzweiche beeinflusst ganz maßgeblich das Zusammenspiel der beteiligten Lautsprecher(chassis).
Die Frequenzweiche hat die Aufgabe: A) den Schall frequenzabhängig auf die Lautsprecher zu verteilen B) die Fehler der Lautsprecher dabei auszugleichen C) den Übergang zwischen den Lautsprechern möglichst unauffällig zu gestalten
Ein Lautsprecher reproduziert den Schall in einem kleinen Frequenzbereich meist sehr viel besser, als über 3 Zehnerpotenzen (20-20 000 Hz). Daher teilt man den Frequenzbereich meist in 2 oder 3 Bereiche auf, so dass jeder Lautsprecher nur etwa eineinhalb Zehnerpotenzen (bei 2 Lautsprechern) oder etwa eine Zehnerpotenz (bei 3 Lautsprechern) abdecken muss.
Ein Lautsprecher ist kein ideales Gebilde - ganz im Gegensatz zu einem guten Verstärker 1), einem Widerstand 1) oder einem Lautsprecherkabel 1). Seine Lautstärke schwankt frequenzabhängig extrem stark, sein Widerstand und somit seine Leistungsaufnahme schwankt oft um Faktor 2 bis 5 über den Frequenzbereich, sein Phasengang, seine Resonanzen sind ebenso weitgehend durch die Frequenzweiche auszugleichen.
Dazu ist jedes einzelne Bauteil der Weiche optimal für den Lautsprecher zu dimensionieren. Frequenzweichen nach Bessel, Butterworth, Linkwitz Riley sind nur erste Ansätze um ein erstes Weichendesign zu erhalten. Dann sind alle Bauelemente an die Gegebenheiten des Lautsprechergehäuses und der Lautsprecher(chassis) anzupassen (siehe auch Gespräch mit Dr. Joseph D'Appolito)
1) Diese zeigen im hörbaren Frequenzbereich einen konstanten Frequenzgang, kaum nichtlineare Verzerrungen, und kaum Nachschwingen.
Der Übergang zwischen zwei Lautsprechern soll so sein, dass die Lautstärke über die Frequenzen gleich bleibt, die Phase beider Lautsprecher im Übergang zueinander passt (was man am Übergangspunkt daran erkennt, dass die Einzelpegel 6 dB unter dem Gesamtpegel liegen).
Passt die Phase beider Lautsprecher im Übergangspunkt nicht zueinander, dann kommt es bei Verschiebung des Hörpunkts parallel zur Verbindungsachse beider Lautsprecher zu unerwünschten starken Lautstärkeänderungen.
Wie zu sehen ist, nimmt die Phase mit steigender Frequenz (im mathematischen Sinn) zu.
Die Phasenverschiebung an sich wäre unproblematisch, wenn sie proportional zur Frequenz wäre, denn das ist genauso, als stünde der Lautsprecher einfach ein paar cm weiter hinten im Raum.
Genau das macht aber eine Frequenzweiche nicht. Über große Strecken ändert sie ihre Phase überhaupt nicht, dann im Trennbereich ändert sich die Phase wie links beschreiben: Je steiler die Weiche, umso größer ist die Änderung.
Aus oben gezeigten Grundtypen setzt sich eine Frequenzweiche zusammen.
Zur Entwicklung einer Frequenzweiche empfehlen wir nachfolgendes Vorgehen:
Dabei bedeuten viele Bauelemente nicht unbedingt einen starken Eingriff, wie es beispielsweise ein 18 dB Hoch- oder Tiefpass (siehe oben) bewirken.
Durch die Kombination mehrerer Kreise, die aber keine 18 dB oder 24 dB Frequenzweiche darstellen kann deren Wirkung sehr sanft ausfallen. Ein Beispiel hierzu mit sehr sanftem Übergang zeigt nachfolgendes Schaltbild.
Die vielen Bauelemente täuschen also etwas ganz anderes vor - man denkt: Hier wird aber stark eingegriffen; das Gegenteil ist der Fall!
Die Frequenzweichenbauteile bilden zusammen mit den Lautsprechern ein System, das nur sehr sanft den Frequenzgang und auch nur sanft die Phase beeinflusst. Somit werden Impulsivität, Dynamik und Originaltreue der Musik sehr gut reproduziert.
Man kann unter Berücksichtigung der Lautsprecher kaum eine weniger eingreifende Weiche erstellen: Diese Weiche erzielt auch eine absolut gleich laufende Phase des Hoch- und des Tieftöners über viele Oktaven um den Übergangsbereich.