Subwoofer
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Ein Subwoofer (englische Aussprache [] für Bassbox, im Deutschen meist []) ist eine monofone Lautsprecherbox, die von ihrem Konstruktionsprinzip her für die alleinige Wiedergabe tieffrequenter Schallwellen, optimiert ist und in der Regel in Kombination mit spezifisch angepassten Lautsprechern – Satelliten –, welche Frequenzen im mittleren und höheren Frequenzbereich abstrahlen, zum Einsatz kommt.
Funktionsweise
Die in Subwoofer - Satellitensystemen praktizierte Trennung von Tiefton und Hochton in jeweils getrennte Lautsprechersysteme, einhergehend mit der Möglichkeit der relativ unabhängigen Aufstellung des Tieftonsystems basiert darauf, dass der Schallentstehungsort tiefer Frequenzen unterhalb von 100 Hz (Hertz) kaum mehr für das menschliche Gehör zu lokalisieren ist. Hinsichtlich der technischen Umsetzung bedeutet dies, dass mittels aktiven oder passiven Frequenzweichen, dass Monosignal des Subwoofers zu den höheren Frequenzen hin begrenzt wird – obere Grenzfrequenz des Subwoofers – und infolgedessen in zunehmenden Maß von den dominanteren stereofonen Signalen der Satellitenboxen überdeckt wird. Des Weiteren existieren auch diverse konstruktive Möglichkeiten bezüglich der Gehäuseform, eine obere Grenzfrequenz zu den Satelliten hin zu erzeugen.[1]
Betriebsmodi
Aktive und passive Schaltung
Grundsätzlich lassen sich zwei Betriebsmodi für Lautsprecher im Allgemeinen und für Subwoofer im Speziellen unterscheiden. In einer passiven Schaltung erfolgt die Aufteilung des Frequenzbandes nach dem Leistungsverstärker, mittels einer Frequenzweiche, bestückt mit RC und RL Filtern bestehend aus Spulen, Kondensatoren und Widerständen. Als problematisch an diesem Betriebsmodus anzusehen sind, bezogen auf die Anwendung im Bereich der Subwoofertechnik, die erhöhten Leistungsanforderungen, welche an die verwendeten Bauteile gestellt werden, einhergehend mit der daraus resultierenden größeren Dimensionierung derer. Dementgegen lassen sich mittels aktiven Schaltungen, welche aus elektronischen Bauteilen bestehen und vor den Leistungsverstärker geschaltet werden, bessere Ergebnisse erzielen, da es nunmehr in einfacher Weise möglich ist die Aufteilung des Frequenzbandes vorzunehmen und dieses, insofern nötig, korrigierend zu beeinflussen.[2]
Obere und untere Grenzfrequenz
Einige aktive Subwoofer bieten die Möglichkeit zur Einstellung der oberen Grenzfrequenz an, ab der vom Subwoofer keine Frequenz mehr wieder gegeben werden soll. Auf die Praxis bezogen bedeutet dies beispielsweise, dass eine obere Grenzfrequenz in drei Stufen schaltbar sein kann – 60, 120, 180 Hz – und dadurch die Tonsignale oberhalb dieser Frequenzen in zunehmendem Maße, je nach Flankensteilheit des verwendeten Filters, gedämpft werden, also immer weniger hörbar werden.[3]
Eine solche Einstellungsmöglichkeit der oberen Grenzfrequenz des Subwoofers beeinflusst die Frequenzwiedergabe, der beispielsweise an den Subwoofer angeschlossenen Satellitensystemen mit ihren Mittel- und Hochtonlautsprechern in der Regel nicht, was letztendlich zur Folge hat, dass die Satellitensysteme in den tieferen Frequenzbereich des Subwoofers hineinstrahlen.
Ist dementgegen ein aktiver Tiefpass- und Hochpassfilter, für Subwoofer und die Satelliten – bei PA-Systemen kann eine aktive externe Frequenzweiche Anwendung finden – vorhanden, können die Satellitenlautsprecher beispielsweise eine Grenzfrequenz von 80 Hz haben, wodurch diese keine Frequenzen mehr wiedergeben, die unterhalb von 80 Hz liegen, während der Subwoofer keine Frequenzen mehr oberhalb von 80 Hz wiedergibt. Beide Komponenten – Subwoofer und Satelliten – erfahren eine aktive Frequenztrennung mittels einer obereren und unteren Grenzfrequenz.
Dementgegen entfallen diese Einstellmöglichkeiten bei passiven Subwoofern aufgrund der feststehenden und unveränderlichen Dimensionierung der verwendeten Bauteile. Dies bedeutet, dass die obere Grenzfrequenz des Subwoofers, in der Regel abgestimmt auf den Frequenzgang der Satelliten, nicht, oder nur schwer an die örtlichen Gegebenheiten und den persönlichen Hörgeschmack angepasst werden kann. Gleiches gilt für Lautsprechersysteme die eine passive Frequenztrennung mittels oberer und unterer Grenzfrequenz, jeweils für Subwoofer und Satelliten, ihr eigen nennen können.
Aktives Subwoofer Verstärkermodul
Eines der mittlerweile in den Bereichen Hi-Fi und Home Entertainment am weitesten verbreitetsten Systeme zum Betrieb von Subwoofern ist das eines aktiven Verstärkermoduls für den direkten Gehäuseeinbau im Subwoofer selbst. Von der Funktionsweise her arbeitet ein solches Modul klassisch mit einer aktiven Komponente der Frequenzbeeinflussung, die dem Leistungsverstärker vorgeschaltet ist. Daraus ergeben sich, je nach Ausstattung des Moduls, eine Vielzahl an Möglichkeiten der individuellen klanglichen Steuerung des Subwoofers, von denen die Wichtigsten nachfolgend beschrieben werden sollen.
- Der Volumenregler übernimmt die Aufgabe das Eingangssignal, welches zum einen asymmetrisch mittels Cinchverbindungen, zum anderen symmetrisch mittels XLR-Verbindungen übertragen werden kann, bezüglich der Ausgangsleistung des Moduls, den individuellen Lautstärkebedürfnissen anzupassen. Des Weiteren besteht bei vielen Aktivmodulen die Option der Signalübertragung mittels den bereits verstärkten Ausgangssignalen eines Leistungsverstärkers, welche innerhalb des Moduls, entsprechend dessen elektronischen Vorgaben, konvertiert werden.
- Der Frequenzregler übernimmt die Aufgabe die obere Grenzfrequenz des Subwoofers festzulegen, ab der das Verstärkermodul die Frequenz mit einer bestimmten Flankensteilheit absenkt. Diese kann je nach Bauart des Moduls feststehen oder frei in Stufen oder Stufenlos wählbar sein. Die meisten aktiven Verstärkermodule nennen eine Flankensteilheiten von 12 dB (Dezibel) und 18 dB, spezielle Module 24 dB pro Oktave ihr eigen.
- Phasenregler
Konstruktionsprinzipien
Je nach Einsatzszenario kommen die unterschiedlichsten Bauformen von Subwoofern zur Anwendung, die in ihren physikalischen Gesetzmäßigkeiten und daraus folgenden akustischen Eigenschaften auf elementare Konstruktionsprinzipien der Lautsprechertechnik fußen. Nachfolgend sind die wichtigsten Konstruktionsklassen und ihre Funktionsweisen, wie beispielsweise die von geschlossenen-, Bassreflex- und Bandpasssystemen näher beschrieben. Hinzu kommen Hornsystemen, welche in der PA-Technik Einsatz finden.
Konstruktionsprinzipien
| Bezeichnung | Grafische Darstellung |
|---|---|
| Geschlossenes System |  |
| Bassreflexsystem |  |
| Einfach ventilierter Bandpasssystem |  |
| Doppelt ventiliertes Bandbasssystem |  |
Bauformen
Eine Variation hinsichtlich der Bauform des Konstruktionsprinzips geschlossenes System stellen Frontfire-Subwoofer und Downfire-Subwoofer dar, wobei als ergänzendes Element zur Erweiterung des Tiefbasses auch auf das Prinzip eines Bassreflexsystems zurückgegriffen wird. Dem Grunde nach ändert sich einzig die Hauptrichtung der Schallabstrahlung. In ersten Fall wird der Schall nach vorne in Hörrichtung angestrahlt im zweiten Fall erfolgt die Abstrahlung des Schalls in Richtung Boden, einhergehend mit einer Phasenverschiebung zum Hauptsignal der in Hörrichtung ausgerichteten Satelliten.
Aufstellung
Tieffrequente Schallwellen unterhalb etwa 80 Hz sind vom menschlichen Gehör schwer lokalisierbar. Aufgrund dessen können Subwoofer theoretisch unabhängig von den Lautsprecherboxen für höhere Frequenzen (den Satelliten) aufgestellt werden. Der meist klobige Subwoofer kann theoretisch an beliebigen Stellen im Hörraum positioniert werden; dennoch harmoniert der Höreindruck im Idealfall mit dem Geschehen auf der Leinwand oder dem Bühneneindruck der Musik. Weiterhin werden die Satelliten von der Übertragung der Bässe befreit, wodurch diese kleiner konstruiert werden können. Dadurch wird deren – für den Höreindruck wichtige – Platzierung vereinfacht. Ebenfalls aufgrund der fehlenden Lokalisierbarkeit reicht prinzipiell ein Subwoofer aus, auch wenn die Wiedergabe stereophon oder mehrkanalig erfolgt.
Da Subwoofer in der Praxis in Abhängigkeit von der Flankensteilheit (typisch sind 6 bis 24 dB/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 bestimmten räumlichen Gegebenheiten oder Aufstellorten können bei diskreten Frequenzen so genannte stehende Wellen entstehen. In diesem Fall heben sich z. B. 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 etwas zu vermindern, indem man die Aufstellung des Subwoofers verändert. Aktuelle Heimkinoverstärker verwenden deshalb oftmals eine Einmessautomatik, die den Raum mittels eines Mikrofons analysiert und problematische Frequenzen absenkt, was – zumindest am Hörplatz – zu einer erheblich besseren Wiedergabe führt, ohne die Tiefbasswiedergabe zu beeinträchtigen.
Pauschale Aussagen zur Aufstellung lassen sich nicht treffen, da Größe und Format des Raumes, Einrichtung und nicht zuletzt die Bauform des Subwoofers den Klang maßgeblich beeinflussen. Bassreflexgehäuse werden oft als „Dröhnkisten“ bezeichnet, obwohl das natürlich nicht stimmt. Würde man dem geschlossenen Gehäuse mittels eines Equalizers denselben Frequenzgang wie dem Bassreflex aufzwingen, wäre das Dröhnverhalten völlig gleich.
Subwoofer im Verbund
Es gibt besondere Verbundaufstellungen mehrerer Subwoofer, um störende Reflexionen im Hörraum auszuschalten. Häufig genanntes Beispiel ist das Single Bass Array (SBA), das durch eine spezielle Anordnung Quer- und Vertikalmoden im Raum umgeht, dafür aber die Längsmode voll anregt. Das Double Bass Array geht noch weiter und nimmt durch eine zweite Subwooferanordnung eine aktive Auslöschung vor.
Weltrekord-Ansprüche
In den letzten Jahren wurden mehrere Subwoofer entwickelt, deren Hersteller behaupten, entweder die größten, die tiefsten oder die lautesten Subwoofer entwickelt zu haben.
Royal Device
Das italienische Lautsprecher-Unternehmen Royal Device erhebt Anspruch auf den Weltrekord, den lautesten Subwoofer hergestellt zu haben. Dabei handelt es sich vielmehr um ein Subwoofer-Konstrukt, welches aus mehreren 2 Meter breiten und 9,5 Meter hohen Subwoofern besteht. Es soll mit einem Pegel von 110 dB Töne abspielen.[4]
Matterhorn
Matterhorn ist ein von Danley Sound Labs entwickelter Subwoofer, welcher von der US Army in Auftrag gegeben wurde. Ziel des Vorhabens war es, einen Subwoofer zu entwickeln, welcher Infraschallwellen über eine gewisse Distanz generieren könne. Bei einem Testversuch wurden bei einer Distanz von 250 Metern noch eine Frequenz von 15 bis 20 Hz und 94 dB gemessen. Der knapp 6 Meter hohe Subwoofer wird von Strom und einem integrierten Diesel-Generator angetrieben. Bei seiner Präsentation bei der National Systems Contractors Association Convention 2007 in Orange County, Kalifornien, wurde die Kraft des Subwoofers nicht vorgeführt, aus Angst dem Gebäude Schaden zuzufügen.[5]
Siehe auch
Literatur
- Vance Dickason: Lautsprecherbau. 4. Auflage, Elektor-Verlag, Aachen, 2007, ISBN 978-3-89576-116-4
- Götz Schwamkrug, Reiner E. Römer: Lautsprecher Dichtung und Wahrheit. 3. Auflage, Elektor-Verlag, Aachen, 1989, ISBN 3-921608-83-X
- Berndt Stark: Lautsprecher Handbuch. 7. Auflage, Richard Pflaum Verlag GmbH & Co.KG, München, 1999, ISBN 3-7905-0807-1
Weblinks
- Wie unterscheiden sich passive und aktive Subwoofer? Was ist ein Subwoofer-Satelliten-System?
- The 10 Loudest Speakers and Subwoofers in the World (Englisch: Die 10 lautesten Lautsprecher und Subwoofer der Welt) Abruf am 30. Mai 2015
Einzelnachweise
- ↑ Thomas Görne: Tontechnik. 4. Auflage. Hanser, München 2015, ISBN 978-3-446-43964-1, S. 127, 128.
- ↑ Thomas Görne: Tontechnik. 4. Auflage. Hanser, München 2015, ISBN 978-3-446-43964-1, S. 294, 295.
- ↑ ELAC Electroacustic GmbH: Bedienungsanleitung. Vollaktiver ELAC Subwoofer. Elac MicroMAGIC 2.1 BT (Bj. 2009). Kiel 2009, S. 9.
- ↑ The 10 Loudest Speakers and Subwoofers in the World. Abgerufen am 20. Mai 2015.
- ↑ Danley brings the Matterhorn to NSCA. In: broadcastengineering.com. Penton Media, Inc., 10. März 2007, archiviert vom am 18. Juli 2010; abgerufen am 4. Juni 2015 (englisch).