Frequenzweiche

Der Einsatz von Frequenzweichen für Mehrweg-Lautsprechersysteme

Gewöhnliche Konuslautsprecher vermögen nicht das gesamte Frequenzspektrum gleichermaßen gut wiederzugeben. Mit steigender Frequenz bilden große Membranen zunehmend Partialschwingungen aus. Daher benutzt man zur Reproduktion hoher Frequenzen kleinere Membranen, die zur Steigerung des Wirkungsgrades zumeist als Kompressionstreiber konstruiert sind.

Somit ist es notwendig, den verschiedenen Wandlern die entsprechenden Frequenzbereiche des Audiosignals zuzuweisen. Dieses geschieht im einfachsten Fall mit einem passiven Netzwerk aus Induktivitäten, Kapazitäten und Widerständen – einer so genannten passiven Frequenzweiche – direkt im Lautsprechergehäuse. Bei größeren Beschallungsanlagen wird das Audiosignal in der Regel bereits vor den Leistungsverstärkern aufgeteilt – man spricht von einer aktiven Frequenzweiche oder auch von einer aktiven Beschallungsanlage.

Dabei wird an jeweils einen separaten Verstärkerkanal durch Hoch- und Tiefpässe nur der entsprechende Frequenzbereich für den jeweiligen Wandler weitergeleitet. In analogen Frequenzweichen geschieht dies ebenfalls mit passiven Bauelementen; in modernen Lautsprecher-Controllern wird dies mit digitaler Technik umgesetzt. Dabei werden in den allermeisten Fällen so genannte IIR-Filter (Infinite Impuls Response) eingesetzt, die gewissermaßen lediglich die „analoge Welt“ mittels Digitaltechnik umsetzen. Das bedeutet, dass ebenfalls auch Phasendrehungen, die durch elektrische Filter zwangsläufig entstehen, erzeugt werden.

Anders verhalten sich Geräte, die FIR-Filter (Finite Impulse Response) einsetzen. Hier kann der Phasenverlauf getrennt vom Amplitudenverlauf bearbeitet werden, womit komplett phasenlineare Systeme möglich sind. Allerdings entstehen mithin sehr lange Latenzen, weshalb man für Live- Anwendungen meist einen Kompromiss eingeht und den Tieftonbereich nicht phasenlinearisiert, womit man die Gruppenlaufzeit im Mittel- und Hochtonbereich in verträglichen Grenzen hält.

Übliche Charakteristika von Hoch- und Tiefpassfiltern in Controllern sind Bessel, Butterworth und Linkwitz-Riley. Diese unterscheiden sich im Wesentlichen durch das Verhalten im Überlappungsbereich. Butterworth-Filter sind beispielsweise durch das konstante Leistungsspektrum im Tieftonbereich vorteilhaft, während Linkwitz-Riley-Filter durch das konstante Amplitudenspektrum im Mittel- und Hochtonbereich zu bevorzugen sind. Die Steilheit von Hoch- und Tiefpassfiltern wird durch die Anzahl der kapazitiven respektive induktiven Bauteile bestimmt, wobei jedes Bauteil die Steilheit um 6 dB pro Oktave erhöht und eine Phasendrehung von 90° hervorruft. Dieses bezeichnet man auch als Ordnung. Ein Filter 2. Ordnung weist also eine Flankensteilheit von 12 dB/Oktave und eine Phasendrehung von 180° auf.

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