Das Lautsprecherchassis

 

Das Chassis und ein dazu passendes Gehäuse sind das zentrale Element jedes Lautsprechers. Denn die Kombination aus beidem hat den Haupteinfluss auf den Klang.
Hierbei ist die Kombination wichtig. Ein gutes Chassis kann nur in einem speziell dafür gebautem Gehäuse gut klingen. Mehr zum Gehäuse gibt es aber an anderer Stelle.
Ich gehe davon aus, dass ihr kein Grundkonzept ausgewählt habt, das primär auf sehr guten Klang ausgelegt ist. Denn wenn ihr den Lautsprecher als Änfänger selber entwickelt wird dabei einfach kein so gutes Produkt wie von Profis rauskommen. Wenn ihr aber Erfahrungen sammeln wollt, seid ihr hier richtig.

 

Grundlagen von Chassis

 

Um eine sinnvolle Chassis Auswahl zu treffen, muss euch als erstes klar sein, was ihr wollt. Eine hochwertige Hifi-Box braucht natürlich komplett andere Chassis als ein Festival-Lautstärkemonster.

Teils kann man schon vom Aussehen abschätzen was das Chassis kann, allerdings müssen hier ein paar Grundlagen bekannt sein. Ein wichtiger Faktor bei der Chassiswahl ist der Wirkungsgrad. Folgende Faktoren haben Einfluss auf ihn.

 

  • Ein großes Chassis (hier geht es wirklich nur um Membranfläche, nicht um Magnetgröße) hat idR einen besseren Wirkungsgrad als ein kleines.

  • Um mit einem kleineren Chassis auf einen guten Wirkungsgrad zu kommen, muss man den Magneten vergrößern. Und der ist teuer.

  • Noch ein Einflussfaktor ist das Gewicht der Membran. Je schwerer die Membran, desto geringer ist der Wirkungsgrad. Ein Chassis mit einer leichten Papiermembran (Visaton BG20, Beyma 8AG/N) ist also idR lauter als eins mit schwerer Aluminiummembran (viele Chassis aus dem Autobereich).

 



Natürlich soll euer Chassis auch Bass können, allerdings steht das teils im Konflikt zum Wirkungsgrad.

 

  • Ein größeres Chassis ist im Prinzip auch bassfähiger als ein kleines.

  • Eine schwere Membran liefert allerdings mehr Bass als eine leichte. Das ist der Hauptkonflikt zum Wirkungsgrad.

  • Der Magnet hat erst mal keinen Einfluss auf den Bass.

 



Guten Klang kann man allerdings nicht vom Aussehen ablesen. Insbesondere sind aber ein verchromter Korb, blaue LEDs, oder ein Aufdruck "2000W Super Bass" KEIN Zeichen für guten Klang.


Die Eigenschaften von Lautsprechern zu raten ist aber natürlich alles andere als professionell. Glücklicherweise liefern die meisten Hersteller sie schon. Hier geht es nicht um den Einbaudurchmesser oder die Korbgröße, sondern um die akustischen Eigenschaften. Diese werden auch TSP (Thile-Small-Parameter) genannt und sind Grundlage für eine Gehäusesimulation. Ohne die TSP (ein paar reichen) ist eine Gehäusesimulation nicht möglich. TSP kann man auch selber messern.

 

Kenndaten des Chassis

Ich werde die einzelnen Daten anhand eines Visaton BG20 erklären, hier mal ein Auszug von deren Webseite:

 

Nennbelastbarkeit 40 W
Musikbelastbarkeit 70 W
Nennimpedanz Z 8 Ohm
Übertragungsbereich (-10 dB) fu–18000 Hz
(fu: untere Grenzfrequenz abhängig vom Gehäuse)
Mittlerer Schalldruckpegel 92 dB (1 W/1 m)
Abstrahlwinkel (-6 dB) 45°/4000 Hz
Grenzauslenkung +/−4 mm
Resonanzfrequenz fs 38 Hz
Magnetische Induktion 1,2 T
Magnetischer Fluss 380 µWb
Obere Polplattenhöhe 4 mm
Schwingspulendurchmesser 25 mm
Wickelhöhe 8 mm
Schallwandöffnung 184 mm
Gewicht netto 1,3 kg
Gleichstromwiderstand Rdc 6,2 Ohm
Mechanischer Q-Faktor Qms 3,47
Elektrischer Q-Faktor Qes 0,51
Gesamt-Q-Faktor Qts 0,44
Äquivalentes Luftnachgiebigkeitsvolumen Vas 110 l
Effektive Membranfläche Sd 214 cm²
Dynamische bewegte Masse Mms 10 g
Antriebsfaktor Bxl 6,1 Tm
Schwingspuleninduktivität L 0,8 mH
Temperaturbereich −25 ... 70 °C

 

 

Hinweis: Ihr müsst nicht bei allem verstehen was es bedeutet, aber hier ist mal eine kleine Erklärung. Ihr müsst euch das folgende auch nicht durchlesen und könnt trotzdem einen Lautsprecher simulieren, aber die Erklärung soll ein bisschen die Hintergründe erleutern und hilft euch sicher weiter.

 

  • Nennbelastbarkeit & Musikbelastbarkeit: Diese Daten sollen angeben, wie viel Leistung das Chassis verträgt (nicht wie viel es HAT!), die Werte sind aber mit Vorsicht zu genießen, denn sie KÖNNEN überhaupt nicht stimmen. Ein Chassis verträgt bei verschiedenen Frequenzen verschieden viel Leistung. Bei niedrigen Frequenzen, kann es z.B. passieren, dass die Spule schon bei geringen Leistungen am Magneten anschlägt. Die Membranauslenkung hängt unter anderem auch vom Gehäuse ab. Ein geschlossenes Gehäuse zieht die Membran eher in den Normalzustand zurück als ein Bassreflexgehäuse. Deshalb braucht man eine Leistungskurve. Da diese vom Gehäuse abhängig ist, muss sie simuliert werden. Nur die Werte liefern keinerlei Aussage über die maximale Leistung, geschweige denn über die (maximale) Lautstärke des Chassis. Die Chassisauswahl erfolgt bei mir komplett ohne diese Angaben.

  • Impedanz: Die Impedanz (Wechselstromwiderstand) des Chassis ist für mobile Lautsprecher auch nicht sehr wichtig. Weichenentwicklung fällt meistens raus da man nur einen Breitbänder hat, außerdem fehlt auch oft die Auswahl an verschiedenen Impedanzen. Die Impedanz ist zwar ein sehr wichtiger Parameter des Chassis, muss aber ERSTMAL nicht weiter beachtet werden.

  • Übertragungsbereich (-10 dB): Das ist der Bereich in dem der Lautsprecher einigermaßen gleich laut spielt. Die -10db geben an, dass der Lautsprecher in dem Bereich Schwankungen von unter 10db hat. Es wird keine untere Frequenz angegeben, weil diese vom Gehäuse abhängig ist und eine Angabe somit keinen Sinn macht. Falls doch ein Wert angegeben ist, kann man davon ausgehen, dass der in einem dafür optimalen Gehäuse gemessen wurde (weil die da am tiefsten ist). Was für ein Gehäuse das ist, steht allerdings nicht dabei, deshalb kann es auch eins sein, was eurem Endgehäuse überhaupt nicht ähnelt. Den Übertragungsbereich muss man auch mit Vorsicht genießen, da oft die Messverfahren nicht übereinstimmen. Wenn der Frequenzbereich auf 20db angegeben wird, ist der natürlich größer. Auch ein Hochtöner kann Bass wiedergeben, allerdings eben nicht so laut, dass man es hören kann..

  • Mittlerer Schalldruckpegel/Wirkungsgrad: Der gibt an, wie laut ein Chassis an 1W ist. Wirkungsgrade von 80db (kleine Chassis mit schwerer Membran) bis über 100db (Bei 18“ PA-Tieftönern) sind üblich. Natürlich kann man nicht nur durch Wirkungsgrad laut werden, sondern auch durch Leistung. Eine Vergrößerung der Lautstärke um 3db ist ein gerade so wahrnehmbarer Lautstärkeunterschied. 10db entsprechen einer subjektiven Verdopplung der Lautstärke. Um die Lautstärke um 3db anzuheben muss man dem Lautsprecher die doppelte Leistung geben (und der Akku wird doppelt so schnell leer). Für 10db braucht man die zehnfache Leistung. Deshalb muss man auf einen guten Wirkungsgrad achten, weil man sonst sehr schnell einen leeren Akku hat.

  • Abstrahlwinkel: Wenn man sich von der Achse des Lautsprechers wegbewegt, verändert sich der Klang. Vor der Box klingts anders als hinter der Box. Die Abnahme des Schalldruckpegels nennt sich Bündelung. Bündelung ist bei hohen Frequenzen immer stärker ausgeprägt als bei niedrigen. Auch große Chassis bündeln stärker als kleine. Da ihr auf Bündelung allerdings keinen Einfluss habt, könnt ihr den Wert außer acht lassen. Auch hier ist eine simulierte Kurve sinnvoller, als ein einzelner Wert.

  • Grenzauslenkung: Der Wert gibt an, wie weit ihr die Membran bewegen könnt, bevor sie hinten anschlägt. Ist für die Simulation des maximalen Pegels relevant.

  • Resonanzfrequenz: Bei dieser Frequenz bewegt sich der Lautsprecher am liebsten. Man muss ihm wenig Leistung geben und er macht trotzdem eine große Auslenkung. Kann Aufschluss über die Bassfähigkeit des Chassis geben. Je tiefer desto besser. Eine niedrige Resonanzfrequenz bedeutet allerdings nicht automatisch tiefen Bass. Man darf den Wert nicht mit der unteren Grenzfrequenz des Chassis in einem Gehäuse verwechseln.

  • Magnetische Induktion: Gibt die Stärke des Magnetfeldes im Bereich der Spule an.

  • Magnetischer Fluss: Im Prinzip nochmal das gleiche. Allerdings unabhängig von der Fläche (für mehr Infos bitte googlen, denn das hat nur noch recht wenig mit mobilem Lautsprecherbau zu tun).

  • Obere Polplattenhöhe: Abstand zwischen Spule und Polplatte (die Platte auf der Unterseite des Magneten)

  • Wickelhöhe: Höhe der Schwingspule.

  • Schallwandöffnung/Einbaudurchmesser: Selbsterklärend. Allerdings muss man drauf achten, ob das der Durchmesser für den Einbau von innen oder außen ist. Ich empfehle nachmessen.

  • Gleichstromwiderstand Rdc: Der Widerstand der Spule wenn man einen Gleichstrom durch schickt.

  • Qms/Qes/Qts: Güten des Lautsprechers (Güte bedeutet nicht gut).

  • Qts: Gibt Aufschluss für welches Gehäuse das Chassis geeignet ist. Werte von 0,3 bis über 1 sind üblich. Ein niedriger Qts (bis 0,5) macht das Chassis geeignet für Bassreflex (es geht auch darüber, aber das Gehäuse wird wahrscheinlich sehr groß. Bis 1 kann man geschlossen bauen, über 1 entweder sehr groß geschlossen, oder Kontrolliert Undicht.

  • Äquivalentes Luftnachgiebigkeitsvolumen Vas: Nicht zu verwechseln mit einer Gehäuseempfehlung! Der Vas Wert ist wichtig für die Simulation. Ein hohes Vas ist Hinweis auf ein großes optimales Gehäuse.

  • Effektive Membranfläche Sd: Gibt die Größe der sich bewegenden Membran an. Zur Membranfläche kommt noch die halbe Fläche der Sicke (weil sie sich innen stark bewegt und außen schwach).

  • Dynamische bewegte Masse Mms: Die Masse von Membran und Schwingspule.

  • Antriebsfaktor BxL: Durch ihn kann man erschließen welche Kraft auf die Membran wirkt. Die tiefere Bedeutung ist nicht wirklich wichtig.

  • Schwingspuleninduktivität L: Gibt an, wie gerne die Spule induziert. Ist auch nicht sonderlich wichtig.

 

 

 

Frequenz- & Impedanzgang:

Hier mal der Frequenz und Impedanzgang vom Visaton BG20 von deren Webseite:

 

Die rote Kurve zeigt euch den Frequenzgang in einer genormten Box an (sehr sehr großes Volumen mit sehr großer Schallwand). Da das Gehäuse hauptsächlich Einfluss auf den Bass hat, werden Mittel und Hochton dieses Graphen einigermaßen mit eurem Endergebnis übereinstimmen. Der Bass (unter 300Hz) allerdings nicht. Da muss der Verlauf extra simuliert werden. Von so einem Verlauf kann man nicht die Bassfähigkeit eines Chassis ablesen. Die optimale Kurve des Lautsprechers wäre ein waagerechter Strich. Das nennt sich Neutralität oder Linearität. Der BG20 ist recht wackelig (die meisten so großen Breitbänder sind so)
Die grüne Kurve zeigt den Impedanzverlauf an. Die Spitze ist bei der Resonanzfrequenz. Der Impedanzverlauf ist v.a. für die Weichensimulation wichtig. Wenn euer Simulationsprogramm ihn nicht kennt, kann die Weichenberechnung nicht gut sein und ihr solltet die Finger davon lassen!

Simulieren

 

Die meisten Daten des Lautsprecher sind erst mal nicht sonderlich interessant, sie werden es erst, wenn man damit das optimale Gehäuse ausrechnet/simuliert.
Für Anfänger ist das Programm BassCad sehr gut geeignet. Schön einfach, aber von den weiteren Funktionen eher beschränkt.
Besser ist da WinIsd da es deutlich mehr Funktionen hat. Es kann erst mal alles wichtige.
Eine genauere Simulation (v.a. von Visatonchassis) bekommt ihr mit dem Programm Boxsim. Allerdings ist die Simulation auch deutlich aufwändiger. Es ist das einzige Programm mit dem man auch Weichen einigermaßen realistisch simulieren kann. Ich weiß, dass BassCad auch eine passende Funktion hat, allerdings kann die nicht funktionieren, weil das Programm von linearem Frequenz- und Impedanzgang ausgeht (so wie alle online Berechnungsprogramme auch). Da das nicht der Wirklichkeit entspricht kann die Berechnung in der Wirklichkeit auch nicht funktionieren.

 

Chassisbeispiele

Hinweis: In folgender Liste sind nur Beispiele, die sich bewährt haben. Die Liste soll nicht dazu führen, dass alle die gleichen Boxen bauen. Habt ruhig Mut zu Neuem und nehmt Chassis die nicht in der Liste stehen.
Für Boxen die auf primär auf Lautstärke ausgelegt sind, ist der Beyma 8Ag/N sehr gut, wegen dem hohen Wirkungsgrad. Billig und gut ist auch der Visaton BG17. Mehr Bass bringt der große Bruder, der BG20.
Wenn ihr eine gute Lautstärke und guten Bass wollt, seit ihr mit Chassis aus dem Autobereich gut dabei. Allerdings werden die Gehäuse wegen dem oft sehr hohen Qts (über 1) recht groß.
Wenn ihr guten Klang (auch mit guten Mittel/Hochtoneigenschaften) wollt, seit ihr mit 4“ gut beraten. Genug Lautstärke für 15Leute liefern auch zwei Stück davon. Viele Modelle von Tangband kann ich empfehlen.
Wenn ihr kleine Lautsprecher wollt, seit ihr mit 3“ gut beraten. Guten Wirkungsgrad liefert der Visaton FRS8M. Auch viele Tangband W3 Modelle kann ich weiterempfehlen.
Wenns richtig klein werden soll, ist vielleicht ein Visaton FRS5X für euch das richtige.

Als Tieftöner kommen eigentlich nur PA-Tieftöner in Frage, da die aus dem Autobereich einen oft zu niedrigen Wirkungsgrad haben. Schaut euch mal bei Thomann um, die haben eine gute Auswahl.

Wenn ihr eine Box habt, die Primär auf Klang (d.h. auch guter Mittel und Hochton) ausgelegt ist, solltet ihr zu Bausätzen von Profis greifen. Denn dann bekommt ihr auch noch ein paar Bauteile (Widerstände, Kondensatoren, Spulen), die den Klang deutlich verbessern.