Frequenzweichen, 2 Weg Frequenzweiche, 3 Weg Frequenzweiche
Jeder Lautsprecherhersteller konstruiert seine eigenen Frequenzweichen. Es gibt mehrere Filtertypen unterschiedlicher Konstruktion. Hier auf dieser Seite ein paar klassische Weichen für verschiedene Modelle. Die Frequenzweiche teilt das zugeführte Signal in einzelne Bereiche und sorgt so dafür das jeder Lautsprecher nur den Teil der Spannung zugeführt bekommt den er einwandfrei in Schall umwandeln kann. Sie besteht aus Drosselspulen und Kondensatoren evtl. auch Wiederstände (Spannungsteiler) um den Schalldruck des Mittel und Hochtonbereichs anzupassen. Gebräuchlich sind 2, 3 und 4 Weg Weichen. Die Qualität einer Weiche wird durch die Güte der Bauteile bestimmt. Standard Weichen haben meist Ferritkernspulen und lediglich MK Kondensatoren. Ferritkernspulen (ebenso GK Glockenkernspulen) werden mit dem Argument „platzsparend“ verwendet. Das ist allerdings Nonsens. Diese Teile sind als billig zu bezeichnen. Auf Weichen höchster Güte findet man dagegen Trafokernspulen oder Kupferdraht Luftspulen, Ø ab 2 mm (mindestens 1,4 mm Ø) wobei reine Luftspulen zu bevorzugen sind, sowie MKP Kondensatoren mit niedrigsten Toleranzen. Die Qualität einer Frequenzweiche ist maßgeblich für die Wiedergabequalität einer Lautsprecherbox verantwortlich.
Der Unterschied Trafokernspule zu reiner Luftspule: niedrigerer Innenwiederstand aber zunehmende Trägheit bei magnetischer Aufladung und Verzerrungen (Klirrfaktor).
Der Unterschied Luftspule zur Trafokernspule: keine Verzerrungen, höherer Innenwiederstand und dadurch ein minimaler Pegelverlust.
ACR Eckhorn Frequenzweiche, ACR FW 3-12
Es gibt offensichtlich ein Problem. Hier aus einem Forum eine Schilderung eines Users:
…….. ich habe mir vor Jahren ein Paar ACR Eckhörner aufgebaut, HT: Fostex T825, MT: Fostex D450, Fostex HA21, Holzhorn Fostex H 220, Bass: Fostex PA 38, Eckhorngehäuse und Weiche …. Das Problem bei dieser Kombination ist der Frequenzbereich zwischen dem Mitteltonhorn und dem Basshorn, hier fehlt irgendwie eine Oktave. Der sogenannte obere Bassbereich od. untere Mitteltonbereich ist schlicht nicht vorhanden. Wer weiß Rat?
Anmerkung von Hifi Klassiker:
Die Ursache dafür sind die falschen Werte der Spulen L1 und L2. Verbaut sind die Werte: L1 = 3,3 mH, L2 = 2,2 mH. Die richtigen Werte für eine Trennfrequenz von 400 Hz dagegen sind: L1 = 4,7 mH, L2 = 3,3 mH. (In diesem Fall die Werte der vorhandenen Kondensatoren C1 und C3 gegeneinander austauschen)
Auf die vorhandene Impedanzentzerrung (PA38): R1, C2, sollte man verzichten da sie absolut überflüssig ist.
Ein weiteres Problem, die Kombi D450/ H220. Der D450 hat einen (unteren) Frequenzbereich ab 500 Hz (500 ~ 16.000 Hz, empfohlene Trennfrequenz 1000 Hz), das Horn H220 soll ab 250 Hz arbeiten. Die Kombination D450 mit H220 ist nicht in der Lage 400 Hz optimal wiederzugeben. (bei 12 dB/Okt. max. unterste Trennfrequenz 600 Hz)
Die Flankensteilheit der Weiche von 12 dB/Okt: Diese müsste in diesem Fall (PA38 / D450) bei einer Übergangsfrequenz von 400 Hz mindestens 24 dB/Okt. betragen. Davon einmal abgesehen hat der D450 unterhalb 500 Hz schon einen Pegelabfall von rund 5 dB!
Der ideale MT Treiber für das Horn H220 ist der Fostex D800 mit Fostex HA51 oder z.B. der Coral M-100. In dem Fall ist aber eine Flankensteilheit von 18 dB/Okt unbedingt erforderlich.
Das faktisch Beste, eigene Erfahrung, ist für den Tief / Mitteltonbereich die Verwendung eines 8″ Konus Tieftöners mit harter Einspannung (Sicke) z.B. Fane Studio 8M welcher ab 100 Hz fast 100 dB linearen Schalldruck produziert. Die harte Einspannung verhindert, im Gegensatz zu einer weichen Einspannung, eine Überhöhung des Bassbereichs. Die Flankensteilheit von 12 dB/Okt ist in dem Fall ideal. Zugegeben macht das Horn optisch mehr her aber der Klanggewinn ist frapierent! Für den 8 Zöller reicht ein leicht bedämpftes kleines Gehäuse, ca. 9 ~ 10 Liter Innenvolumen.
Eine bessere Alternative zum Radialhorn, das SMITH Horn
Eine optimale Frequenzweichenkonstruktion ist für eine Bass / Horn Kombi die Weiche der EV Sentry 3. (weiter unten)
ACR FW 3-12, 400/5.000 Hz, 12 dB/Okt., 8 Ohm
| Spule + Kondensator | Wert | falsch |
| L1 | 4,7 mH | 3,3 mH |
| L2 | 3,3 mH | 2,2 mH |
| L3 | 0,22 mH | / |
| L4 | 0,15 mH | / |
| L5 | 0,22 mH | / |
| C1 | 33 µF | 22 µF |
| C2 | 15 µF | (entfernen) |
| C3 | 22 µF | 33 µF |
| C4 | 4,7 µF | / |
| C5 | 2,2 µF | / |
| C6 | 6,8 µF | / |
| R1 | 8R2 (9 Watt) | (entfernen) |
| R2 | 3R3 (9 Watt) | / |
ACR Frequenzweiche, ACR Frequenzweichen modifizieren
In jeder ACR Bauanleitung steht man soll keinesfalls Bauteile der Frequenzweiche, auch nicht durch bessere Bauteile, ersetzen. Das ist genauso blödsinnig wie der Hinweis man solle Dosengemüse essen und nicht das frische Gemüse vom Markt. Warum dieser Hinweis? Im Grunde ganz einfach. Es wurden Billigteile wie z.B. Spulen mit Rollen oder Ferritkern und MK oder bestenfalls MKT Kondensatoren teuer verkauft. Diese Bauteile haben hohe Fehlertoleranzen die den Impedanzverlauf negativ beeinflussen. Wenn Sie Ihre ACRs modifizieren möchten ersetzen Sie auf der Frequenzweiche die vorhandenen Spulen durch hochwertige Luftspulen von INTERTECHNIK oder MUNDORF mit einem Drahtdurchmesser von mindestens 1,4 mm und die vorhandenen Kondensatoren durch MKP Kondensatoren (250V oder 400V) ebenfalls von INTERTECHNIK oder MUNDORF. Diese Spulen und Kondensatoren haben Toleranzen die weit unter einem Prozent liegen. Ebenso wichtig ist die Verkabelung innerhalb der Lautsprecherbox. Diese wird oftmals vernachlässigt und es werden dünne Drähtchen verwendet. Der Drahtdurchmesser sollte idealerweise nicht unter 2,5 mm liegen. Die vorgeschlagene Modifikation ist unabhängig vom Typ der Schaltung: Linkwitz, Bessel oder Butterworth.
Impedanzentzerrung:
Der Sinn ist das die Ausgangsimpedanz einer Weiche (am Ausgang) auch den Berechnungen 4 oder 8Ω entspricht. Naturgemäß verwendet man sowieso nur Bauteile höchster Güte mit engsten Toleranzen die selbst bei der Summierung der elektrischen Parameter eine Impedanzerhöhung unkritisch machen. Die Impedanz eines Lautsprechers steigt bei hohen Frequenzen zum Teil stark an. Durch die Verwendung eines Wiederstands (R) und eines Kondensators (C) in Parallelschaltung kann dieser Anstieg verhindert werden. Allerdings wird die Übergangsfrequenz eines reinen Tieftöners meist unter 1 kHz gewählt und somit wird eine Erhöhung der Impedanz zu hohen Frequenzen ohnehin vermieden. Anders sieht es wiederum bei Hochtönern aus da sie auch sehr hohe Frequenzen übertragen müssen. Bei hochwertigsten Hochtönern ist der Impedanzanstieg unkritisch.
Lautsprecher modifizieren, Frequenzweiche selber bauen,
wie bereits erwähnt wird bei der Produktion von Lautsprechern an irgend einer Stelle gespart. Das ist notwendig da keine Firma Produkte aus reiner Nächstenliebe herstellt sondern Geld verdienen möchte und muss. Wenn Sie Lautsprecher guter Qualität besitzen aber das Gefühl haben es „fehle“ klanglich noch etwas kann es durchaus sein das die Frequenzweiche quasi die Bremse darstellt. Nun gibt es die Möglichkeit eine fertige Weiche zu kaufen, ist aber nicht billig wenn diese eine Topp Qualität haben soll. Die Lösung ist, bauen Sie sich selber eine Weiche. Voraussetzung ist das die Parameter der vorhandenen Weiche beibehalten werden, wie Übergangsfrequenz/en, Flankensteilheit und natürlich die Impedanz (4 oder 8 Ohm). Zwei Weg Lautsprecher haben in den meisten Fällen eine Flankensteilheit von 6 dB (Filter 1. Ordnung) was den Bau sehr vereinfacht da nur wenige Bauteile erforderlich sind. Aber auch Filter 2. Ordnung (12 dB/Okt), meist in 3 Weg Weichen, stellen kein großes Problem dar. Wenn ein Lötkolben vorhanden ist und der Umgang mit diesem kein Problem ist kann es losgehen. Als Beispiel die 3 Weg Weiche auf dem Foto etwas tiefer zu sehen:
Butterworth Filter
Tief / Mittelton Übergangsfrequenz 400 Hz
Mittel / Hochton Übergangsfrequenz 3000 Hz
(Tabelle unten auf der Seite)
Die Platte auf der die Bauteile montiert werden besteht idealerweise aus MDF (10 oder 12 mm Stärke). Es ist darauf zu achten das die Lötstellen mit größter Sorgfalt ausgeführt werden da sonst Verzerrungen nicht auszuschließen sind.
3 Weg Frequenzweiche
Klassische 3 Weg Frequenzweiche, 400 / 3.000 Hz, 12 dB/Okt. 8 Ohm
Hier Luftspulen mit 2 mm Kupferdraht für den Tief/Mitteltonbereich und 1,4 mm Luftspulen für den Mittel/Hochtonbereich. Die zwei großen Spulen (2 mm) sorgen für einen extrem glatten Abfall der Tiefpassflanke. Das Ergebnis ist eine präzise Tieftonwiedergabe.
Die verwendeten Intertechnik Luftspulen für den Tief / Mitteltonbereich haben den Durchmesser einer CD. Bei den Kondensatoren handelt es sich um den Typ MKP 250 V axial von Intertechnik. Der Aufbau dieser Weiche entspricht nicht „ästhetischen“ Gesichtspunkten. Man könnte sie auch optisch vom Aufbau her schöner gestalten. Aber nur das Ergebnis zählt. 🙂 Auf Grund der Abmessungen B x H x T: 300 x 120 x 250 mm) ist die Unterbringung innerhalb des Boxengehäuses nicht sinnvoll da das Nettovolumen verringert wird und die Bauteile der Weiche evtl. Resonanzen verursachen können.
Frequenzweichen verschiedener Hersteller
Frequenzweiche Yamaha FX-3
Frequenzweiche Yamaha NS1000
Frequenzweiche EV Interface A
Frequenzweiche Electro Voice KX Sentry 3
600/3500 Hz, 12 dB/Okt. (18 dB Mitteltonhorn) 8 Ohm
Frequenzweiche Altec 604-8G
KEF 2 Weg Weiche DN13 – SP1015 (Low Pass)
Frequenzweiche selber bauen
2 Weg Frequenzweichen
Butterworth Filter 1. Ordnung (Flankensteilheit 6 dB/Okt.)
(keine Phasenverschiebung)
Butterworth Filter 2. Ordnung (Flankensteilheit 12 dB/Okt.)
Die Phasenverschiebung einer 2 Weg Weiche zweiter Ordnung ist 180 Grad (umgekehrte Polarität, Hochtöner: +/ – vertauschen)
Butterworth Filter 3. Ordnung (Flankensteilheit 18 dB/Okt.)
Die Phasenverschiebung einer 2 Weg Weiche dritter Ordnung ist 270 Grad (-90 Grad).
Die Phasenverschiebung einer 2 Weg Weiche vierter Ordnung (24 dB/Okt.) ist 360 Grad = 0 Grad (keine Phasenverschiebung).
Luftspulen und Kondensatoren:
Für 4 Ω Weichen die L Werte halbieren und die C Werte verdoppeln
(L = Luftspule, C = MKP Kondensator)
Die Werte in der Tabelle sind rein rechnerische Werte. Luftspulen und Kondensatoren die man im Handel kaufen kann haben etwas andere Werte. Für die Weichen benötigte Luftspulen und Kondensatoren: die Werte kaufen welche denen in der Tabelle am nächsten sind.
Wiederstände zur Lautstärkeabsenkung von Hoch und Mitteltönern
Spannungsteiler:
| Pegel – dB | R1 Ω | R2 Ω |
| 1 | 1 | 68 |
| 2 | 1,5 | 33 |
| 3 | 2,2 | 18 |
| 4 | 3,3 | 15 |
| 5 | 3,3 | 10 |
| 6 | 3,9 | 8,2 |
| 8 | 4,7 | 5,6 |
| 10 | 5,6 | 3,9 |
| 12 | 5,6 | 2,7 |
| 14 | 6,8 | 2,2 |
| 16 | 6,8 | 1,5 |
| 18 | 6,8 | 1,2 |
| 20 | 6,8 | 0,82 |
Hochlast Drahtwiederstände sollten eine möglichst geringe Toleranz besitzen. Man kann zur Pegelreduzierung auch sogenannte L-Regler verwenden. Diese sind als stufenlose Regler (preiswert) oder Traforegler (Transformatorregler, ca. um 200,- Euro, schaltbar in 1dB Schritten) erhältlich. Belastbarkeit: stufenlose Regler um 20W, Traforegler 100 ~ 200W.
Kondensatoren parallel schalten
Wenn man im Laufe der Zeit einmal die Frequenzweichen und somit die Übergangsfrequenzen ändert kommt es oft vor das man noch etliche Kondensatoren (C) rumliegen hat. In diesem Fall kann man diese auch wieder oder weiterhin verwenden. Sie können zu einem Wert der benötigt wird in einer sogenannten Parallelschaltung eingesetzt werden. Beispiel, es wird ein neuer Wert von 10,3 µF benötigt, vorhanden sind ein Kondensator 5,6 µF und ein Kondensator 4,7 µF, beide parallel geschaltet ergeben den benötigten neune Wert.
Die Gesamtkapazität von parallelgeschalteten Kondensatoren ergibt sich aus der Addition der Einzelkapazitäten der Kondensatoren: C1 + C2 = C Ges.
Reihenschaltung von Spulen
Im Gegensatz zu Kondensatoren werden Spulen (L) um den Gesamtwert zu erhöhen ausschließlich in Reihe geschaltet. (Reihenschaltung) LGes = L1 + L2.
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