Basiswissen: Lautsprecher

Basiswissen: Lautsprecher

Shure Europe GmbH | December 31, 2018

Wenn man sich mit den  Grundlagen und der Theorie von Lautsprechern beschäftigt, kommt man  nicht umhin sich mit ein paar Formeln aus der Elektrotechnik und  Elektroakustik auseinanderzusetzen.

Bezeichnungen 

  • Spannung U
  • Strom I
  • Widerstand R
  • Leistung P

Das Ohm´sche Gesetz 

Eine der wichtigsten Gleichungen in diesem Zusammenhang ist das Ohm´sche Gesetz:

U=R*I

An dieser Stelle eine Anmerkung: In der Welt von  Gleichspannung und Gleichstrom betrachtet man nur den „reinen“ Ohmschen  Widerstand. Bei Wechselspannung- und Strom (die wir ja bei Audiosignalen  vorliegen haben) wird der Widerstand als (frequenzabhängige) Impedanz  bezeichnet.,

Aus der obigen Gleichung lassen sich zwei weitere Gleichungen  ableiten, die im täglichen Umgang mit Lautsprechern ebenfalls sehr  wichtig sind: Die Berechnung der Gesamtimpedanz bei Parallelschaltung  und Reihenschaltung von Lautsprechern.

Parallelschaltung Lautsprecher: 

Beispiel: 4 Ω || 4 Ω = 2 Ω, 8 Ω || 8 Ω = 4 Ω

Reihenschaltung Lautsprecher: 

Beispiel: 4 Ω in Reihe zu 4 Ω = 8 Ω

Hierbei darf man sich nicht verwirren lassen. Was wir in der  Beschallungspraxis normalerweise machen ist eine Parallelschaltung von  Lautsprechern, obwohl das Kabel vom Verstärker zur ersten Box, dann von  dort zur zweiten Box, zur dritten Box usw. geht. Das liegt daran, dass  die Kontakte der Anschlüsse in den Lautsprechern parallelgeschaltet  sind.

Wirkliche Reihenschaltungen werden, wenn überhaupt, nur innerhalb  einer Lautsprecherbox verwendet, zum Beispiel um mit zwei 4 Ω Tieftöner  auf eine gewünschte 8 Ω Gesamtimpedanz für die Lautsprecherbox zu  kommen.
Eine weitere Besonderheit, die man im Hinterkopf behalten sollte, ist  dass die Impedanz eines Lautsprechers zum einen frequenzabhängig ist und  dass sie eigentlich nur selten einen so geraden Wert wie 4 oder 8 Ohm  hat.

Die Abbildung unten zeigt den Impedanzverlauf eines 2-Wege Beschallungslautsprechers mit einer angegebenen Impedanz von 4 Ω.

Eine Frage, die immer wieder auftaucht 

"Was denn passiert, wenn man einen 4 Ω Subwoofer und ein 4 Ω  Topteil, getrennt durch eine passive Frequenzweiche im Subwoofer, an  einen Endstufenkanal anschließt. Belaste ich die Endstufe dann mit nur 2  Ω?"

Das ist nicht der Fall! 

Die passive Frequenzweiche sorgt dafür, dass die jeweilige Impedanz  von Subwoofer und Topteil nur in Ihrem zugeteilten Frequenzbereich zum  Tragen kommt, genauso wie sie dafür sorgt, dass nur die jeweils  gewünschten Frequenzbereiche wiedergegeben werden. 

Das Dezibel (dB) 

Eine Größe, die uns in der  Beschallungstechnik häufig begegnet ist das Dezibel oder dB. Ohne  weitere Angaben ist das dB zunächst eine dimensionslose Größe, die das  logarithmische Verhältnis von zwei Werten zueinander angibt.

Angaben wie z.B. +6 dBV stellen einen wirklichen Wert dar, in diesem  Fall 6 dB über dem Bezugspegel von 1 V, also 2 V. (20 * log (2V/1V)

Dazu muss man sich merken: Bei "Energie-"Größen wie Leistung bedeuten  +3 dB eine Verdoppelung, bei Spannungswerten oder Schalldruckpegel sind  +6 dB eine Verdoppelung. Wie wir später noch sehen werden, lässt sich  besonders bei Leistung und Schalldruckpegel sehr einfach in dB  rechnen. Um dB-Angaben etwas zu veranschaulichen folgt hier als Beispiel  eine kleine Liste mit Leistungswerten und Ihren zugehörigen dB-Werten.

  • 100 W = 20,0 dBW
  • 200 W = 23,0 dBW
  • 250 W = 24,0 dBW
  • 400 W = 26,0 dBW
  • 500 W = 27,0 dBW
  • 800 W = 29,0 dBW
  • 1.000 W = 30,0 dBW
  • 1.200 W = 30,8 dBW
  • 1.500 W = 31,8 dBW
  • 2.000 W = 33,0 dBW
  • 10.000 W = 40,0 dBW

Anmerkungen zur Liste:

Wie man erkennen kann beträgt der Unterschied zwischen 1500 Watt und  2000 Watt gerade einmal 1,2 dB. Wie wir gleich noch sehen werden  entspricht das auch dem maximal zu erwartendem Schallpegelunterschied  beim Lautsprecher. Wenn man jetzt bedenkt, dass der kleinste, von  normalen Menschen unterscheidbare Lautstärkeunterschied ca. 1 dB ist,  relativieren sich Unterschiede in der Ausgangsleistung von Verstärkern  doch ein wenig.

Ein Unterschied von 10 dB wird als doppelte Lautstärke wahrgenommen.  Das wiederum bedeutet, dass die Ausgangsleistung von z.B. 500 Watt auf  5000 Watt gesteigert werden muss (sofern ein Lautsprecher das überhaupt  aushalten würde) um die doppelte, wahrgenommene Lautstärke zu erreichen.

Entfernungsgesetz 

Wie jeder sicherlich weiß und auch schon beobachtet hat, wird die Musik leiser je weiter man sich vom Lautsprecher entfernt.

Die Frage ist nun: Wie viel leiser wird es denn?

Dazu gibt es eine etwas komplizierte Gleichung, deren Ergebnis man sich aber recht einfach merken kann: Bei Entfernungsverdoppelung verringert sich der Schalldruckpegel um (ziemlich genau) 6 dB.

Das heißt wenn ich mich z.B. von 1m Entfernung zum Lautsprecher auf 2m Entfernung wegbewege wird es um 6 dB leiser.
Anhand der folgenden Beispiele kann man recht anschaulich sehen, wie das relativ einfach überschlagen werden kann.
1m -> 2m: -6 dB
10m -> 20m: -6 dB

Ein weiterer Wert, den man sich gut merken kann ist ein Faktor 10 bei der Entfernung:
10m -> 100m: -20 dB
20m -> 200m: -20 dB

Und zuletzt noch das Ergebnis für den Faktor 30 bei der Entfernung:
1m -> 30m: -30 dB
5m -> 150m: -30 dB

Wie kann man andere Werte berechnen? Das ist gar nicht so schwer. Als  Beispiel nehmen wir die Vergrößerung der Entfernung von 1m auf 8m:
Hier wird 3 mal die Entfernung verdoppelt, also 1m -> 2m, 2m ->  4m, 4m -> 8m. Auf das Ergebnis kommt man, wenn man einfach die  entsprechenden Pegelreduzierungen addiert:
1m -> 8m: -6 dB + -6 dB + -6 dB= -18 dB

Und als Kür die Pegelreduzierung von 1m auf 20m:
1m -> 20m: -20 dB + -6 dB = -26 dB (1m -> 10m und 10m -> 20m)

Einschränkende Anmerkung: 
Diese Werte sind nicht ganz exakt und gelten eigentlich nur für offenes  Gelände ohne Hall und Reflektionen. In geschlossenen Räumen wird der  Pegelverlust durch eben diese Reflektionen und den Nachhall etwas  abgeschwächt. Man kann aber näherungsweise ganz gut damit rechnen.