Lautsprecher-Weichen-Verdrahtung: Typen & Aufbau Ihres Netzwerk-Schaltkreises

Kann ein HiFi-System neben einem Lautsprecher ein komplettes System ergeben? Das stimmt, bis Sie bemerken, dass verschiedene Frequenzen Ihren Raum durchfluten. Was ist die Lösung? Zunächst müssen Sie ein Weichennetzwerk (Crossover) in Ihr Lautsprechersystem integrieren. Dadurch trennen Sie hohe, mittlere und tiefe Frequenzen. Dies gelingt, indem Sie dem Lautsprecher-Weichen-Verdrahtungsplan genau folgen.

Wir besprechen dieses Thema weiter: Was ein Lautsprecher-Crossover ist, wie man eines baut und mehr.

Los geht's!

Was ist ein Lautsprecher-Crossover (Weiche)?

Externe Lautsprecher-Weiche

Quelle: Wikimedia Commons

Normalerweise hört man Schallfrequenzen von 20 bis 20.000 Hz. Das Problem: Es ist fast unmöglich, einen Lautsprecher zu finden, der Frequenzen über diesen gesamten Bereich erzeugen kann.

Man könnte annehmen, die beste Lösung sei der Einsatz mehrerer Lautsprecher. Leider sind nicht alle Lautsprecher gleich. Jeder Lautsprecher hat einen spezifischen Aufbau, der ihn für einen bestimmten Frequenzgang befähigt.

Daher kann Schaden entstehen, wenn Sie Ihren Lautsprecher-Treiber Frequenzen außerhalb seines Bereichs erzeugen lassen. Was, wenn Sie zwei oder mehr Lautsprecher mit ähnlichen Frequenzen und Eingangsempfindlichkeit nutzen? Das Ergebnis: lauterere Frequenzen.

Sie benötigen also eine Schaltung, die das Frequenzproblem effektiv löst. Die ideale Schaltung ist die Weiche (Crossover). Damit erzeugen Sie einen spezifischen Satz an Tieftöner-Ausgangsfrequenzen.

Wichtig: Die Weiche blockiert nicht alle Frequenzen über dem Trennfrequenzpunkt. Stattdessen filtert sie die Audioband-Frequenzen – und zwar in großem Umfang, sobald das Frequenzband den Trennfrequenzpunkt überschreitet.

Kategorien des Lautsprecher-Crossovers

Wie schnell kann die Weiche Frequenzen filtern? Das hängt von der akustischen Leistungsordnung (Order) des Crossovers ab. Beispiele für unterschiedliche Filtergeschwindigkeiten:

• 1. Ordnung – 6 dB / Oktave Flankensteilheit
• 2. Ordnung – 12 dB / Oktave Flankensteilheit
• 3. Ordnung – 18 dB / Oktave Flankensteilheit
• 4. Ordnung – 24 dB / Oktave Flankensteilheit
• 5. Ordnung – 30 dB / Oktave Flankensteilheit

Frequenzen lassen sich auch logarithmisch skalieren messen. Die Oktave bezeichnet Halbierung oder Verdopplung der Frequenz. Die Dämpfungssteilheit (Attenuation Slope) ist ein weiterer Aspekt: die Rate, mit der Signale jenseits der Trennfrequenz abnehmen. Je höher der Dezibelwert, desto steiler die Flanken.

Woraus besteht die Weiche?

Lautsprecher-Weichen-Aufbau

Quelle: Flickr

Kondensatoren und Induktivitäten (Spulen) sind die Primärkomponenten von Weichen. Steigt die Frequenz, wird die Induktivität reaktiver. Der Wechselstromwiderstand steigt, der Schalldruck am Treiber sinkt.

Kondensatoren verhalten sich gegenteilig: Sinkt die Frequenz, werden sie reaktiver. Der Wechselstromwiderstand steigt.

Drei Möglichkeiten, Frequenzen zu trennen:

Bandpass-Filter (BandPass Filter)

Kombiniert Tiefpass- und Hochpassfilter. Erlaubt einen Frequenzbereich – typischerweise unterhalb und oberhalb zweier spezifischer Trennfrequenzen. Ein Tiefpass und ein Hochpass, beide Frequenzen gehen an eine Lautsprechergruppe.

Hochpass-Filter (High-Pass Filter)

Erlaubt Frequenzen oberhalb der gewählten Grenzfrequenz an eine Lautsprechergruppe.

Tiefpass-Filter (Low-Pass Filter)

Erlaubt Frequenzen unterhalb der gewählten Grenzfrequenz an eine Lautsprechergruppe.

Typen von Weichen (Crossovers)

Zwei Haupttypen von Weichen. Der Unterschied: Was sie zur Frequenztrennung nutzen.

Passive Weiche (Passive Crossover)

Die passive Weiche kombiniert Induktivitäten, Widerstände und Kondensatoren, um den gewünschten Trennfrequenzpunkt für eine Lautsprechergruppe zu erreichen.

Diese Weiche ist günstig. Sie bietet einen beeindruckenden Übergang zwischen Hochtöner und Mitteltöner. Der Nachteil: Die Filter sind meist groß. Daher nur für kleinere Lautsprecher nutzbar.

Subwoofer benötigen schwere, große Induktivitäten. Sie bewältigen die gesamte Leistung und lassen nur tiefe Frequenzen durch einen kleinen Filter. Passive Weichen finden sich auch in hochwertigen Koaxiallautsprechern und Komponentensystemen.

Aktive/Elektronische Weiche (Electronic Crossover)

Die elektronische Weiche ist teurer als die passive. Kein Wunder, da sie Frequenzen mit einem Mikroprozessor oder DSP-Chip trennt.

Dies ist ein flexibles System: Sie können Ihre bevorzugten Weichen-Typen wählen und entsprechend anpassen.

Änderungen an den Trennfrequenzen wirken sofort. Für Feintuning eines Lautsprechersystems mit separaten Verstärkerkanälen pro Lautsprecher – wählen Sie erweiterte DSPs. Basis-Elektronische Weichen bieten meist nur Tiefpass-Ausgangsband und Hochpass-Fähigkeiten.

Funktionsprinzip der Lautsprecher-Weichen-Schaltung

Das Schaltkreissystem arbeitet mit dem Filtersystem. Gehen Eingangs-Audiosignale in den Schaltkreis, filtern Kondensator und Induktivität sie.

Wie erwähnt: Der Kondensator hat bei hohen Frequenzen niedrige Reaktanz, bei niedrigen Frequenzen hohe Reaktanz.

Folglich lässt der Kondensator tieffrequente Signale nicht zu, aber hochfrequente Signale passieren. So leitet der Kondensator hohe Frequenzen zum Hochtöner (Tweeter).

Die kapazitive Reaktanz berechnet sich:

• X_C = 1 / (2πfC)

Wobei: C – Kapazität des Kondensators, f – Frequenz des Audiosignals.

Die Induktivität hat bei niedrigen Frequenzen niedrige Reaktanz, bei hohen Frequenzen hohe Reaktanz. Sie lässt hochfrequente Signale nicht zu, aber tieffrequente Signale passieren. So leitet die Induktivität tiefe Frequenzen zum Tieftöner (Woofer).

Mit diesem Netzwerk haben Sie ein Lautsprecher-Weichennetzwerk. Tieftöner spielen tiefe Frequenzen perfekt, Hochtöner hohe Frequenzen effektiv. Verbinden Sie diese beiden Lautsprecher in einem System über einen einzelnen Breitbandlautsprecher, erhalten Sie ein besseres System.

Die induktive Reaktanz berechnet sich:

• X_L = 2πfL

Wobei: f – Audiosignal-Frequenz, L – Induktivität der Spule.

Wie baut man ein Lautsprecher-Weichennetzwerk-Schaltbild?

Lautsprecher-Weichen-Schaltbild

Quelle: Research Gate ℅ René Christensen

Vor dem Bau des Verstärker-Leistungs-Lautsprecher-Weichennetzwerks benötigen Sie folgende Komponenten:

• 2,55 mH Induktivität

• Schrauben (10)

• Kleber
• Tieftöner (Woofer)
• 1/4" dickes Acryl oder normale Leiterplatte (1)

• Bananenbuchsen (2)
• 1/4" Kunststoffrohr (4)
• Hartfaserplatte (Hardboard)
• Spulenkörper (Rig)
• 39 µF Elektrolytkondensator
• Hochtöner (Tweeter)
• 3/4" Holzstift (Dowel)
• Muttern (2)

Wichtig: Sie können Induktivitäten und Kondensatoren mit ähnlichen Werten nutzen, falls diese exakten nicht verfügbar sind.

Lautsprecher-Weichen-Verdrahtungsplan – Schritte

Schritt 1

Zuerst den Lautsprecher-Weichen-Verdrahtungsplan referenzieren, um das Verbinden der Komponenten zu verstehen. Dies ist nötig, da die Filter tendieren, Signale phasenverschoben um 180° auszugeben. Beginnen Sie mit Reverse-Wiring (umgekehrter Polung) für den Tieftöner.

Schritt 2

Falls Ihr Tieftöner weniger Empfindlichkeit hat als Ihr Hochtöner, fügen Sie ein L-Pad hinzu. Das L-Pad reduziert den Empfindlichkeitsunterschied effektiv. Dann eine einfache Wicklung erstellen – mit Hartfaserplatte und Holzstift (3/4").

Schritt 3

Volle Spule auf einen Spulenkörper (Rig) legen. Er hält die Induktivität beim Abwickeln. Spulen feinjustieren. Dabei beachten: Faktoren wie Lochdurchmesser, Wicklungsfestigkeit und Wickelhöhe beeinflussen die Induktivität. Sie benötigen zwei kleine und zwei große Spulen.

Schritt 4

Leiterplatte besorgen. Sie hat mittig Löcher für Kabelbinder – effektiv zum festen Halten von Kondensatoren und Spulen. Nach Fertigstellung die Löcher an den Platinenrändern beachten – sie sind die Anschlussklemmen.

Schritt 5

Tiefpass-Komponenten fest auf der Leiterplatte montieren. Für sauberes, schnelles, einfaches Ergebnis Bananenbuchsen nutzen. Diese auf der Rückseite anbringen für Lautsprecherkabel-Anschluss. Je zwei Muttern pro Buchse, mit Heißkleber oder starkem Kleber sichern – so lösen sich die Muttern nicht.

Schritt 6

1/4" Kunststoffrohre in der Box anordnen, bevor Sie die Weichenplatine montieren. Schrauben eindrehen – eine in jede Ecke.

Schritt 7

In dieser Phase sollten Sie Dräte von den Bananenbuchsen auf der rechten Seite sehen. Auf der linken Seite Drähte zu Hochtöner und Tieftöner.

Abschluss

Der Lautsprecher-Weichen-Verdrahtungsplan ist ein Schritt zum Verständnis der korrekten Geräteverbindung. Ebenso entscheidend ist die Beachtung der Komponenten für Ihren Crossover-Lautsprecher-Aufbau – sie bestimmen maßgeblich die Qualität Ihrer Endergebnisse.

Was denken Sie über dieses Audio-Crossover-Projekt? Brauchen Sie Hilfe bei der Auswahl der besten Leiterplatten? Kontaktieren Sie uns gerne.