Ein Subwoofer [] ist ein spezieller Lautsprecher, der von seiner Konstruktion her für die alleinige Wiedergabe tieffrequenter Schallwellen, dem so genannten Bass, konzipiert ist. Subwoofer kommen vorwiegend in Diskotheken, im Kino, in Car-Audioanlagen und als Komponenten von Heimkinoanlagen zum Einsatz.
Technischer Aufbau
Man unterscheidet aktive Subwoofer mit eingebauter Verstärker-Endstufe und passive Subwoofer, die wie übliche Lautsprecher von einem separaten Verstärker getrieben werden. Letztere kommen eher in Diskotheken vor, während im Heimkinobereich praktisch nur aktive Subwoofer gebräuchlich sind.
Der Subwoofer kann auf zwei Arten mit Signalen versorgt werden. Zum einen über eine Frequenzweiche, die aus den Signalen für die restlichen Lautsprecher die niederfrequenten Anteile für den Subwoofer filtert und den anderen Lautsprechern die restlichen Anteile weiter reicht. Eine typische Übergangsfrequenz im Heimkino-Bereich liegt zwischen 80 und 100 Hz.
Alternativ bekommt der Subwoofer bei entsprechenden mehrkanaligen Audioquellen ein eigenes Signal geliefert, was das Herausfiltern eines sinnvollen Signals aus den anderen Kanälen erübrigt. Ein Beispiel für eine solche Audioquelle ist Dolby Digital, das neben den fünf Surround-Kanälen einen separaten Low-Frequency-Effect-Kanal für den Subwoofer bietet.
Als Chassis wird der eigentliche Lautsprecher des Subwoofers im Unterschied zum Gehäuse bezeichnet. Der Schalldruck des Subwoofers, und damit seine Bass-Dynamik, wird über den Durchmesser und den Hub des Chassis bestimmt. Ausgeklügelte Gehäusekonstruktionen, z.B. mit einem Bassreflexkanal sorgen dafür, dass jeder Subwoofer seine eigene Basscharakteristik aufweist.
Bauformen
Nach Konstruktions-Prinzipien werden Direktstrahler-Subwoofer (auch Frontfire-Subwoofer genannt) und Bodenstrahler-Subwoofer (auch Downfire-Subwoofer genannt) unterschieden. Direktstrahler-Subwoofer geben den Schalldruck primär an die Raumluft des Hörraums ab. Bodenstrahler-Subwoofer geben einen wesentlichen Teil des Schalldruckes auch an die bauliche Raumkonstruktion des Hörraums ab.
Die am häufigsten verwendeten Gehäusearten sind die geschlossene Bauform, das Bassreflexgehäuse sowie das Bandpassgehäuse. Beim geschlossenen Gehäuse wird die Chassis einfach luftdicht in einen Kasten eingebaut. Um allerdings eine zufriedenstellende Basswiedergabe zu erreichen, muss das Gehäuse meist ein relativ großes Volumen aufweisen. Diese Bauform klingt oft am homogensten, hat allerdings den schlechtesten Wirkungsgrad, erzielt also grob gesagt den geringsten Maximalpegel.
Beim Bassreflex-Gehäuse wird der rückwärtig von der Chassis abgestrahlte Schall genutzt, um eine vom Gehäuseinneren nach außen führende Röhre in Resonanz zu versetzen und somit als weitere Schallquelle einzusetzen. Der Bassreflexkanal, ein Helmholtz-Resonator, wird auf eine Frequenz unterhalb der Grenzfrequenz des Chassis abgestimmt, um den Frequenzbereich des Lautsprechers nach unten zu erweitern.
Beim Bandpassgehäuse ist das Chassis nicht mehr zu sehen, da es in ein geschlossenes Gehäuse verbaut ist und in ein weiteres Bassreflexgehäuse abstrahlt. Der Schall gelangt also nur durch die Bassreflexröhre in den Hörraum. Dieser Subwoofertyp ist im Car-HiFi-Bereich sehr beliebt, da er bei kleinen Außenmaßen einen sehr hohen Maximalpegel liefern kann. Dies geht allerdings auf Kosten der Klangqualität, da nur ein begrenzter Frequenzbereich sehr laut wiedergegeben wird. Weiterhin weisen Bandpasskonstruktionen oft ein schlechteres Impulsverhalten auf.
Aufstellung
Tieffrequente Schallwellen unterhalb etwa 100 Hz sind vom menschlichen Gehör schwer lokalisierbar. Der Subwoofer kann daher theoretisch an beliebigen Stellen im Hörraum positioniert werden und harmoniert im Idealfall dennoch mit dem Geschehen auf der Leinwand oder dem Bühneneindruck der Musik. Da Subwoofer in der Praxis in Abhängigkeit von der Flankensteilheit (typisch: 6 bis 24dB/Oktave) der verwendeten Frequenzweiche aber auch höhere Frequenzanteile abstrahlen, sollte ein Subwoofer zwischen den vorderen Satellitenboxen in ungefähr gleichem Abstand wie diese zum Hörplatz aufgestellt werden, um ein optimales Klangbild zu erreichen. Bei speziellen räumlichen Anordnungen des Lautsprechers können bei definierten Frequenzen so genannte stehende Wellen entstehen. In diesem Fall heben sich die aus dem Subwoofer austretende Schallwelle und die von der Rückwand des Hörraumes reflektierte Schallwelle beim Aufeinandertreffen in bestimmten Zonen des Raumes gegenseitig auf bzw. verstärken sich an anderen Plätzen. Dieses Phänomen ist zu umgehen, indem man den Subwoofer asymmetrisch im Raum aufstellt. Um stehende Wellen im Raum zu verhindern müssen an die Wände stark schallschluckende Materialien angebracht werden.
Psychologische Auswirkungen von hohen tieffrequenten Schallpegeln
Ab einem bestimmten Schallpegel wird im Gehirn ein Glückshormon ausgeschüttet, das besonders bei jungen Menschen (12-28 Jahre) eine starke Wirkung zeigt. Bei Live Konzerten mit hohen Schallpegeln werden die Folgen schnell sichtbar.
Physiologische Auswirkungen von hohen tieffrequenten Schallpegeln
Ein britisch-belgisches Forscherteam der Freien Universität Brüssel hat erste Hinweise gefunden, dass durch extreme Bässe ein Lungenkollaps (Pneumothorax) ausgelöst werden kann. Insbesondere tiefe Bassfrequenzen scheinen als Ursache in Frage zu kommen. Beginnen die Lungenflügel in der gleichen Frequenz zu vibrieren, kann dies zu Rissen im Gewebe führen, die schließlich den Lungenkollaps verursachen. Bei Grossveranstaltungen mit starker Tieftonbeschallung sollte dabei Vorsicht geboten werden, da Lungen- und Herzrhythmus Probleme chronische Schäden verursachen können.