Frequenzweiche entwickeln

Die Frequenzweiche ist der Teil des Selbstbaus, an dem die meisten Projekte scheitern. Nicht am Löten, sondern an der Annahme, dass die Bauteilwerte aus der Formel das gewünschte Ergebnis liefern.

Warum die Formel nicht reicht

Die klassischen Filterformeln setzen einen konstanten ohmschen Widerstand voraus. Ein Lautsprecherchassis ist das Gegenteil: Seine Impedanz steigt zur Resonanzfrequenz stark an, fällt dahinter ab und steigt zu hohen Frequenzen wegen der Schwingspuleninduktivität wieder. Ein Filter, das an acht Ohm bei 2500 Hertz trennen soll, trennt an einer Last von zwölf Ohm bei einer ganz anderen Frequenz.

Dazu kommt, dass jedes Chassis bereits einen eigenen Frequenzgang mitbringt. Der akustische Verlauf nach der Weiche ist die Summe aus elektrischem Filter und Chassisverhalten, nicht das Filter allein.

Der praktische Ablauf

1. Chassis im fertigen Gehäuse messen. Nicht im Testgehäuse und nicht frei. Schallwandbreite und Kanten beeinflussen den Verlauf deutlich, siehe Gehäusebau. Gemessen wird Amplituden- und Phasengang je Chassis, aus derselben Mikrofonposition.

2. Impedanz je Chassis messen. Sie zeigt die Resonanzfrequenz im Gehäuse und liefert die Grundlage für Impedanzkorrekturglieder.

3. Simulieren. Mit einer Weichensimulation lassen sich die gemessenen Daten kombinieren und Bauteilwerte variieren, ohne zu löten. Das spart Wochen.

4. Pegel angleichen. Fast immer ist der Hochtöner empfindlicher als der Tieftöner. Der Ausgleich erfolgt über einen Spannungsteiler aus zwei Widerständen, der zugleich die Last stabilisiert.

5. Aufbauen und nachmessen. Die reale Weiche weicht von der Simulation ab, weil Bauteiltoleranzen und der Gleichstromwiderstand der Spulen mitspielen.

6. Unter Winkel messen. Eine Weiche, die auf Achse perfekt summiert, kann unter 15 Grad einen Einbruch erzeugen, weil sich die Phasenlage der Wege dort verschiebt. Dieser Einbruch ist im Raum deutlich hörbar, siehe Richtwirkung und Abstrahlverhalten.

Die typischen Stolperstellen

Die Polung. Bei Filtern zweiter Ordnung wird ein Weg meist verpolt angeschlossen, damit die Summe im Übernahmebereich stimmt. Probieren Sie beide Varianten und messen Sie den Übergang, statt sich auf die Theorie zu verlassen.

Der Gleichstromwiderstand der Spule. Eine Spule mit dünnem Draht senkt den Wirkungsgrad des Basszweigs und verändert die Abstimmung. Im Bass gehören Spulen mit niedrigem Widerstand hin.

Die Übernahmefrequenz zu tief für den Hochtöner. Unterhalb der Resonanzfrequenz des Hochtöners steigen Klirr und Belastung stark an. Als Faustregel liegt die Trennung mindestens eine Oktave über der Resonanzfrequenz, bei flachen Filtern mehr.

Sparen am Messplatz. Ohne Messung ist die Weichenentwicklung ein Ratespiel. Ein Messmikrofon kostet weniger als der Bauteilsatz, den man sonst zweimal kauft, siehe Messmikrofon und Software.