Bassreflex-Gehäuse

Bassreflex-Gehäuse sind eine spezielle Form von Lautsprechergehäusen für Tiefton-Lautsprecher. Bei dieser sog. Bassreflex-Box ist das Volumen nicht abgeschlossen, sondern durch einen Kanal nach außen verbunden. Die Luftmasse in diesem Kanal bildet mit dem Gehäusevolumen einen Resonator (auch Helmholtz-Resonator genannt). Der Resonator bewirkt eine Erhöhung der Schallabstrahlung im Bereich seiner Serien-Resonanzfrequenz.

Bassreflexgehäuse mit Rohröffnung

Die Abstimmung der Resonanz erfolgt durch die Länge des Kanals und erfordert eine sensible Anpassung an die so genannten Thiele-Small-Parameter des Lautsprechers und des Gehäusevolumens. Dieses kann durch Experimente, mathematische Näherungsformeln (Abstimmung nach Hodge) oder mit Hilfe von Computersimulation erfolgen. Bei der Simulation werden so genannte Ersatzschaltbilder verwendet. Das Ziel ist ein möglichst linearer Frequenzgang bis zur unteren Grenzfrequenz. Die Verwendung von Bassreflex-Gehäusen ermöglicht es, Lautsprecher (auch Chassis oder Treiber genannt) mit stärkeren elektrodynamischen Antrieben zu nutzen. Derartige Lautsprecher haben einen prinzipbedingt schwachen Wirkungsgrad bei tiefen Frequenzen unterhalb der Eigenresonanz in geschlossenen Systemen, der durch den niedrigen Gütefaktor bzw. Q-Faktor bedingt ist.
Die durch das Bassreflex-Gehäuse erzeugte Tuningfrequenz kompensiert den schwachen Wirkungsgrad im Bereich tiefer Frequenzen. Hierdurch werden Systeme mit höherem Wirkungsgrad bei gleichzeitig tieferer Grenzfrequenz als bei geschlossenen Gehäusen ermöglicht.

Einfach ventiliertes Bassreflex-Gehäuse

Membranhub geschlossener (blau) und einfach ventilierter Gehäuse (violett) bei konstantem Freifeld-Schalldruck

Maximaler Schalldruck eines geschlossenen (blau) und eines einfach ventilierten Gehäuses bei konstanter Membranauslenkung: Deutlich ist das unterstützte Arbeitsbereich und der darunter folgende steile Absturz des ventilierten Systems zu sehen

Der Wirkungsbereich des Resonators liegt im Bereich 0,75*fb ... 2*fb, in diesem Bereich wird der Maximalpegel um mindestens 2,5 dB verbessert. Im Bereich zwischen 0,75*fb und 0,9*fb wird der Hub zwar verringert, er liegt dort aber trotzdem immer noch sehr hoch, so daß als optimaler Arbeitsbereich Frequenzen oberhalb 0,9*fb angesehen werden können.

Asymptotisches Verhalten: 12 dB/oct unterhalb der Resonanzfrequenz, 12 dB/oct unterhalb der Tunnelresonanzfrequenz, 24 dB/oct, wenn beides zutrifft.

Vorteile:

• Deutlich höherer Schallpegel (bis zu 13,5 dB) im Bereich der untersten Oktave möglich, bzw.
• Erweiterung der Leistungsbandbreite um 1,1 Oktaven (Faktor 2,2)
• Kräftigere Basswiedergabe bei Chassis mit stärkeren Antrieben, deren Frequenzgang sonst durch Gegeninduktion frühzeitig absinkt.
• verschiedene Abstimmvarianten (Hooge, Thiele/Small, Novak, Bullock,...); Frequenzgang und Gehäusegröße bei gegebenem Chassis und Raumverhältnissen vielfältig gestaltbar.

Nachteile:

• Größere Gruppenlaufzeit
• Steilerer Verlauf der Übertragungsfunktion unterhalb der unteren Grenzfrequenz
• Wenn das Chassis Frequenzen überträgt, deren Wellenlänge im Bereich der Tunnels liegt, kommt es zu Tunnelresonanzen. Dieses Problem tritt bei praktisch allen Tiefmitteltönern auf.
• Bei unzureichender Dimensionierung des Tunnels kommt es zu störenden Strömungsgeräuschen.
• Bei Abstrahlung von Schall unterhalb der Resonanzfrequenz des Gesamtsystems kommt es infolge fehlender Federsteifheit des Luftpolsters zu übergroßen Membranauslenkungen bei gleichzeitiger Auslöschung von Schall der Vorder- und Rückseite.

Sinnvolle Abstimmung:

• Bei Passivboxen:
  • Es gibt verschiedene Abstimmvarianten aus der Filtertheorie, die zu weitgehend linearem Baßfrequenzgang führen. Diese können als erste Näherung für den Entwurf verwendet werden.
• Bei Aktivboxen:
  • Die Tunnelresonanzfrequenz legt den Leistungsfrequenzgang fest, bei festgelegter unterer Leistungsbandbreite berechnet sich diese zu $1,1\times f_{min}$.
  • Aktivlautsprecher baut man meist kleiner als Passivlautsprecher und entzerrt dann nachträglich den Frequenzgang.
    Diese Entzerrung beinhaltet praktisch immer einen Schutzfilter 2. bis 4. Ordnung vor Frequenzen unterhalb $f_{min}$ (der auch einer Passivbox gut zu Gesicht stehen würde, dort aber materialintensiv ist). Die Reduktion des Gehäusevolumens ist limitiert durch:
    • erfordert im Tieftonbereich weitere elektrische Leistung, es muß weiterhin gewährleistet sein, daß die mechanische Überlastung vor der elektrischen auftritt
    • Der Resonantortunnel darf nicht zu lang werden (dieser ist ~1/Vs lang)

Siehe auch: Lautsprecher, Subwoofer