Wie erfahrene Entwickler Lautsprecher konstruieren

Ein gut klingender Lautsprecher entsteht durch ein Vorgehen, nicht durch Zufall. Erfahrene Entwickler unterscheiden sich in Geschmack und Lieblingslösungen, ihr Vorgehen ist sich jedoch auffallend ähnlich. Schauen wir es uns Schritt für Schritt an, und auch, wofür einige Entwickler bekannt sind, deren Konstruktionen du in der Projektbibliothek von Loudsmith findest.

1. Die Vorgaben vor den Chassis

Ein Einsteiger beginnt mit einem Lieblingschassis. Ein erfahrener Entwickler beginnt mit Fragen: Wie groß darf die Box sein, wo wird sie stehen, wie laut und wie tief soll sie spielen? Zwischen Gehäusegröße, Basstiefe und Wirkungsgrad gilt ein Kompromiss, bekannt als Hoffmans eisernes Gesetz: Von den drei Eigenschaften kannst du immer höchstens zwei haben. Die Vorgaben entscheiden daher mehr als die Marke des Chassis.

In Loudsmith: der Assistent mit sechs Fragen und die Vorgaben im ersten Schritt, aus denen die App Ziele und Chassiswahl ableitet.

2. Chassiswahl nach Daten, nicht nach Preis

Ein Tieftöner wird nach seinen Thiele-Small-Parametern ausgewählt: Resonanzfrequenz Fs, Gesamtgüte Qts, Äquivalentvolumen Vas und Hub Xmax. Sie bestimmen, in welches Gehäuse er passt und wie viel Bass er liefern kann. Beim Hochtöner entscheidet, wie tief er sich trennen lässt, beim Tieftöner, wo er zu bündeln beginnt und wo die Membran aufbricht. Gute Paare haben einen Überlappungsbereich, in dem beide Chassis sauber und mit ähnlichem Abstrahlverhalten spielen.

In Loudsmith: ein Katalog mit 1.604 Chassis und vollständigen Parametern, eine Rangfolge der Tieftöner nach Gehäusesimulation und Hochtöner sortiert danach, wie gut sie zum gewählten Tieftöner passen.

3. Gehäusesimulation

Bevor die erste Platte zugeschnitten wird, folgt die Simulation: geschlossen oder Bassreflex, welches Volumen und welche Abstimmung des Reflexrohrs. Neben dem Frequenzgang werden auch Membranauslenkung, Luftgeschwindigkeit im Reflexrohr und Gruppenlaufzeit betrachtet. Eine Box, die im Diagramm tief spielt, aber bei normaler Lautstärke an Xmax stößt oder durch das Reflexrohr pfeift, ist ein schlechter Entwurf.

In Loudsmith: sieben Gehäusetypen gleichzeitig, mit Vergleich und Empfehlung.

4. Messen, messen, messen

Hier trennen sich Amateure und erfahrene Entwickler am deutlichsten. Herstellerdaten werden an einer unendlichen Schallwand gemessen. Ein echtes Chassis in einem echten Gehäuse zeigt Welligkeit durch Kantenbeugung, Gehäuseresonanzen und Serienstreuung. Deshalb werden die Chassis im fertigen Gehäuse mit einem Mikrofon (Frequenzgang, FRD-Datei) und einer Impedanzmessvorrichtung (ZMA-Datei) gemessen. Erst auf Basis dieser Daten wird die Weiche entworfen.

In Loudsmith: FRD- und ZMA-Dateien für jedes Chassis ersetzen das Modell, und die Weiche wird darauf neu berechnet. Ohne Messungen schätzt die App die Beugung aus den Abmessungen der Schallwand.

5. Eine Weiche für die echte Last

Das Ziel ist nicht „ein Filter 2. Ordnung bei 2 kHz“, sondern ein akustisches Ergebnis: Das Ausgangssignal des Chassis soll samt seinem eigenen Frequenzgang einer Zielkurve folgen, etwa Linkwitz-Riley 4. Ordnung. Der elektrische Filter ist nur das Mittel. Deshalb werden die Bauteilwerte auf die Messungen optimiert, und bei einer passiven Weiche werden auch die Spulenverluste berücksichtigt.

In Loudsmith: automatischer Entwurf auf ein akustisches Ziel, manueller Modus, freier Schaltungseditor und aktive Trennung mit DSP.

6. Hören und Iteration

Die letzten Zehntel Dezibel im Pegel des Hochtöners oder die Form des Übergangs werden nach Gehör abgestimmt, in dem Raum, in dem die Box spielen wird. Erfahrene Entwickler bauen mehrere Weichenversionen und vergleichen sie. Daraus folgt, dass selbst das beste Modell Messung und Hörtest nicht ersetzt.

Wofür einige Entwickler bekannt sind

John Krutke – Zaph Audio

Auf der Website Zaph Audio veröffentlichte er Dutzende Konstruktionen und vergleichende Chassismessungen. Seine Entwürfe, etwa ZD5 oder ZA-SR71, beruhen auf gründlicher Messung und passiven Weichen, die auf Messdaten ausgelegt sind. Zu jeder Konstruktion veröffentlichte er Diagramme, aus denen hervorgeht, wie das Ergebnis überprüft wurde. Für viele Selbstbauer ist das bis heute das Vorbild für ein gut dokumentiertes Projekt.

Siegfried Linkwitz – Linkwitz Lab

Linkwitz ist Miterfinder des Linkwitz-Riley-Filters, den heute die meisten Frequenzweichen verwenden. In eigenen Konstruktionen wie ORION oder PLUTO setzte er auf aktive Trennung mit Entzerrung und offene Schallwände (Dipole), die den Raum weniger anregen. Er schrieb viel darüber, wie der Raum die Klangwahrnehmung verändert, und empfahl ein gleichseitiges Stereodreieck und ausreichend Abstand zu den Wänden. Auf seinen Erkenntnissen beruht auch das Raummodell in Loudsmith.

Martin J. King – quarter-wave.com

King befasste sich mit mathematischen Modellen von Viertelwellen-Konstruktionen: Transmissionlines, TQWT und ML-TL. Seine Berechnungen zeigten, dass sich diese „geheimnisvollen“ Gehäuse genau simulieren lassen, wenn man die Verteilung des Dämmmaterials und die Position des Chassis an der Line berücksichtigt.

Needle – Acoustic Design Magazin

Die Needle ist ein schmaler, schlanker Standlautsprecher mit einem Breitbänder in einem TQWT-Gehäuse. Sie zeigt, dass eine einfache Konstruktion ohne Frequenzweiche überraschend gut klingen kann, wenn Chassis und Line gut aufeinander abgestimmt sind. Loudsmith nutzt sie als Referenz für den Vergleich wie auch für den Hörtest.

Was man daraus mitnehmen kann

• Erst die Vorgaben, dann die Chassis.
• Simuliere das Gehäuse einschließlich Auslenkung und Luftgeschwindigkeit im Reflexrohr, nicht nur den Frequenzgang.
• Entwirf die Weiche auf ein akustisches Ziel, idealerweise auf Messungen aus dem fertigen Gehäuse.
• Berücksichtige den Raum, in dem die Box spielen wird.
• Beginne mit einer bewährten Konstruktion und lerne daraus. In der Projektbibliothek öffnest du sie mit einem Klick.