Das sollte beim Kauf von Frequenzweichen unbedingt beachtet werden

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Das sollte beim Kauf von Frequenzweichen unbedingt beachtet werden

Frequenzweichen sind ein integraler Bestandteil von Lautsprechern und sind für den harmonischen Klang von maßgeblicher Bedeutung. Doch was genau sind Frequenzweichen eigentlich? Wenn wir einen Blick auf unsere Lautsprecher zu Hause werfen oder im Auto, fällt auf, dass die Anzahl der einzelnen Geräte ganz schön beachtlich ist. Es gibt da kleine Lautsprecher, die sogenannten Satelliten, die hohe Töne wiedergeben, mittel-große Lautsprecher und nicht zuletzt Subwoofer und Basslautsprecher, die besonders tiefe Töne wiedergeben.

Doch warum ist das so und woher „wissen“ die einzelnen Lautsprecher, für welche Tonhöhen sie kreiert wurden? Die Antwort liegt in den Frequenzweichen. Wir möchten Ihnen in diesem Ratgeber erklären, was Frequenzweichen sind, welche Aufgabe sie haben und was beim Kauf von Frequenzweichen unbedingt beachtet werden muss.

Was ist eine Frequenzweiche und wozu benötige ich sie im Auto?

Bevor wir uns dem physikalischen Hintergrund widmen, eine kurze Vorerklärung vorweg: Frequenzweichen werden vor die einzelnen Lautsprecherteile in die Hi-Fi-Kette eingebaut. Sie bilden also das vorletzte Glied in der Kette. Frequenzweichen werden deshalb Weichen genannt, weil sie bestimmte Frequenzen passieren lassen und andere wiederum blockieren. Je nach Bauart lassen Frequenzweichen also hohe Frequenzen oder tiefe Frequenzen passieren. Wozu das nötig ist? Nun, ein Subwoofer ist für die Wiedergabe von hohen Frequenzen einfach nicht designt. Ebenso wenig eignen sich kleinere Satellitenlautsprecher für die Wiedergabe von tiefen Bassfrequenzen.

Aus diesem Grund entscheidet die jeweilige Frequenzweiche, welche Frequenzen zu der jeweiligen Box durchgelassen werden. Um ein harmonisches Klangbild im kompletten Frequenzspektrum zu erreichen, sind perfekt eingestellte Frequenzweichen unerlässlich.

Im Folgenden möchten wir Ihnen ein paar physikalische Hintergrundinformationen rund um das Thema Frequenzen und Audio-Technik liefern. Dieses Verständnis wird besonders dann wichtig, wenn Sie sich für eine Frequenzweiche für Ihr Auto entscheiden müssen. Wir beginnen mit den physikalischen Grundlagen und der Frage: Was sind Frequenzen eigentlich?

Was sind Frequenzen und was haben sie mit meiner Auto-Hi-Fi-Anlage zu tun?

Klänge, Töne, Geräusche – alles, was wir hören, sind Schallwellen in der Luft. Bei einer Hi-Fi-Anlage entstehen diese so: Über die Soundquelle, einen CD-Player, MP3-Player oder Ähnliches, werden elektronische Signale an einen Verstärker weitergegeben. Dieser Verstärker moduliert das Signal soweit, dass es an einen Lautsprecher weitergegeben werden kann. Die Schallwellen entstehen dadurch, dass die elektronischen Signale des Verstärkers über einen sogenannten Wandler die Membran des Lautsprechers zum Schwingen bringt. Die Membran bringt dadurch die Sie umgebende Luft ebenfalls zum Schwingen. Es entstehen Schallwellen, die in unserem Ohr als Ton, Geräusch oder Musik wahrgenommen werden.

Die Schallwellen unterscheiden sich dabei sowohl im Klang als natürlich auch in der Tonhöhe. Je schnellere, kleinere Schwingungen eine Schallwelle über einen bestimmten Zeitraum ausführt, desto höher ist der Ton. Bei besonders langen Schallwellen, die langsamer schwingen, entsteht ein tiefer Ton. Während hohe Töne eine eher kurze Wellenlänge haben, können tiefe Basswellen mehrere Meter lang sein. Gemessen wird die Tonhöhe in der Frequenz, die die Schwingung über einen bestimmten Zeitraum misst. Die physikalische Einheit für die Frequenz ist Hertz.

Den gesamten Frequenzbereich bezeichnet man als Frequenzgang. Das menschliche Gehör umfasst den Frequenzbereich von 20 Hertz bis 20.000 Hertz. Hunde beispielsweise können noch weit höhere Frequenzen wahrnehmen, ebenso wie Fledermäuse, die sich durch das Ausstoßen besonders hoher, für uns nicht wahrnehmbarer Frequenzen orientieren.

Im Alter nimmt die Hörwahrnehmung besonders in den hohen Frequenzen deutlich ab. So kann die Obergrenze der wahrnehmbaren Geräusche auf 100.000 Hertz abfallen, wodurch sich der wahrnehmbare Frequenzbereich beinahe halbiert. Der Kammerton, den wir als Freizeichen am Telefon oder von einer Stimmgabel her kennen, liegt bei 400 Hertz. Für den Bau von Lautsprechern unterteilt man das gesamte Klangspektrum, das vom Verstärker wiedergegeben wird, in verschiedene Frequenzbereiche.  

Warum gibt es eine Unterteilung in Frequenzbereiche?

Um besonders tiefe oder hohe Töne zu erzeugen, ist die Schwingung der Luft maßgeblich. Beim Bau der ersten Lautsprecher war den Konstrukteuren schnell klar, dass besonders große Membranen aufgrund der von ihnen verdrängten Luftmassen viel Schalldruck erzeugen können. Ein gutes Beispiel ist hier zum Beispiel die Kesselpauke, die ähnlich eines Lautsprechers, auch eine große Membran besitzt. Dadurch, dass die Membran sehr groß ist, kann sie jedoch nicht sehr schnell schwingen und ist daher für tiefe, kraftvolle Frequenzen prädestiniert. Kleinere Membranen können schneller schwingen, dafür aber weniger Luft verdrängen. Sie eignen sich daher besonders für hohe Frequenzen. Um bei dem Beispiel der Schlaginstrumente zu bleiben, bietet sich hier der Vergleich mit einer kleineren Tom vom Schlagzeug an. Gegenüber der tiefen Bass-Drum kann mit der kleineren Membran ein höherer Ton erzeugt werden.

Unterschiedliche Bauarten der Membrane und Gehäuse sind also für unterschiedliche Frequenzbereiche optimal. Ein Blick auf die Hi-Fi-Anlage beweist: Der Subwoofer ist deutlich massiver, als die kleineren Hochtöner.

Hochtöner, Mitteltöner und Bässe – welche  Lautsprecher sind für welchen Frequenzbereich zuständig?

Das Ziel bei der Einteilung des Klangspektrums ist es, alle Bereiche der Frequenzen in der gleichen Qualität wiederzugeben. Aus diesem Grund teilt man den Frequenzbereich auf verschiedene Lautsprecher auf. In der Regel sind diese Bereiche:

  • Bässe
  • Mitteltöner
  • Hochtöner

Basslautsprecher sind für Frequenzen von tiefen 20 Hertz bis hin zu 150 Hertz im Einsatz. Die Mitteltöner übernehmen den Bereich von 150 bis etwa 2.000 Hertz, während die Höhen im Idealfall bis zu 20.000 Hertz wiedergeben können. Natürlich kann der Frequenzbereich auch in nur zwei oder sogar fünf Bereiche eingeteilt werden. Je nachdem, wie viele verschiedene Bereiche eingeteilt werden, spricht man von einem 2-Wege-System oder 3-Wege-System.

Um den Frequenzbereich nach in etwa diesem Schema einzuteilen, werden Frequenzweichen genutzt. Im Heimbereich sind diese meist direkt mit in den Gehäusen der Lautsprecher verbaut. Sie liegen zwischen dem Verstärker und den Lautsprechern und nehmen eine Art „Gate-Keeper“-Position ein. Je nach Bauweise lassen sie nur die Frequenzen passieren, für die die jeweiligen Lautsprecher geeignet sind.

Bevor Sie sich eine Frequenzweiche zulegen, sollten Sie daher checken, welche unterschiedlichen Lautsprecher Sie in Ihrem Fahrzeug besitzen. Bei drei Komponenten, also Mitteltönern, Hochtönern und Subwoofer, benötigen Sie eine 3-Wege-Weiche, während für Hochtöner und Subwoofer nur 2-Wege-Weichen infrage kommen.

Eine gute Frequenzweiche vermeidet lästige Übergangsfrequenzen, schont die Lautsprecher und sorgt für einen linearen Frequenzgang

Bei der Kombination verschiedener Lautsprecher ist einiges zu beachten. Es ist dabei besonders wichtig, dass der Frequenzgang des einen Teils nahtlos mit dem anderen abschließt. Das bedeutet konkret: Der Frequenzbereich der Satelliten muss genau dort aufhören, wo der des Subwoofers beginnt. Überschneidungen sowie Lücken sind deutlich hörbar und stören den Hörgenuss. Während die sich überschneidenden Bereichen überbetont wirken, werden die Lücken im Frequenzgang nur leise oder gar nicht wiedergegeben. Die Frequenzweiche sorgt dafür, dass die Bereiche optimal aufeinander abgestimmt sind.

Der Frequenzgang beschreibt dabei die Lautstärke, die in den einzelnen Frequenzbereichen erreicht werden kann. Bei Messungen wird der Frequenzgang in einem Graphen dargestellt und in Dezibel gemessen. Ziel ist es, dass die Messlinie linear, ohne Ausschläge und Täler, ist. Das bedeutet, dass alle Bereiche des Frequenzganges in der gleichen Lautstärke wiedergegeben werden.

Ist eine Frequenzweiche nicht richtig eingestellt, müssen zum Beispiel die kleineren Hochtöner-Teile die tiefen Frequenzen des Basslautsprechers wiedergeben. Bei hohen Lautstärken können die empfindlichen Membranen der Hochtöner dabei durch den hohen Schalldruck, den sie erzeugen müssen, zu Schaden kommen.

Hochwertige Frequenzweichen für den Car-Hi-Fi-Bereich sind von folgenden Herstellern erhältlich:

Tipp: Achten Sie also beim Kauf darauf, dass die Einstellungen der Frequenzweiche denen Ihrer Lautsprecher entsprechen.

Passivweichen oder Aktivweichen – sie verteilen die Signale perfekt auf Ihre Lautsprecher

Passivweichen

Passivweichen sind Bauteile, die in der Hi-Fi-Kette zwischen Verstärker und Lautsprecher angeordnet werden. Da der Verstärker die Frequenzweiche direkt anspielt, muss die passive Frequenzweiche große Spannungen verarbeiten können. Aus diesem Grund sind sie rein physisch größer und platzeinnehmender als Aktivweichen.

Aktivweichen

Aktivweichen werden zwischen Vor- und Endverstärker geschaltet. Da sie so das unverstärkte Signal verarbeiten, müssen Sie deutlich weniger Spannung aushalten können und können dementsprechend kleiner gehalten werden. Eine aktive Frequenzweiche ist, anders als das Bauelement der Passivweiche, eine eigene elektronische Einheit, die über einen eigenen Stromanschluss verfügt. Dadurch ist die Aktivweiche nicht nur in der Lage, die Signale zu dämpfen und zu verteilen. Sie kann die eingehenden Signale außerdem verstärken. Aus diesem Grund eignet sich eine Aktivweiche auch dazu, Basssignale zu entzerren.

Da aktive Frequenzweichen vor dem Endverstärker eingesetzt werden, benötigt man nun pro Signal der Frequenzweiche einen Verstärkerausgang. Das heißt, bei einem 3-Wege-System muss der Endverstärker über drei Ausgänge verfügen. Tut er dies nicht, kann das von der Frequenzweiche gesplittete Signal nicht weitergegeben werden.

Insgesamt lässt sich sagen, dass aktive Frequenzweichen besonders für aktive Lautsprecher geeignet sind. Hier ist jeder Lautsprecher von Werk aus mit einer eigenen Endstufe versehen, die direkt von der Frequenzweiche angespielt werden kann. Hier bieten sich also keine der oben genannten Anschlussprobleme.

Bei Passivboxen sollten Sie darauf achten, dass Ihr Endverstärker bei Aktivweichen über die notwendigen Ausgänge verfügt. Tut er dies nicht, lohnt sich die Aufrüstung auf Aktivweichen in der Regel nicht. Passivweichen können hingegen einfach hinter den Endverstärker geschaltet werden und benötigen nur einen Verstärkerausgang, weshalb sie in dieser Konstellation vorzuziehen sind.

Tipps zum Schluss: Wo werden Frequenzweichen im Auto eingebaut?

Im Car-Hi-Fi-Bereich sind die Frequenzweichen aus Platzgründen nicht direkt an den entsprechenden Lautsprechern montiert, sondern an einer festen Stelle, meist in den Seitenteilen der Türen, verbaut. Anders als im Heim-Audio-Bereich ist hier also eine Frequenzweiche für die Verteilung des Signals zuständig. Je nach System sind also zwei bis drei Frequenzweichen in einem Gerät zusammengefasst. Je nach passiver oder aktiver Bauart wird die Frequenzweiche über die Lautsprecherkabel zwischen den Verstärker und die Lautsprecher in Reihe geschaltet oder zwischen Vorverstärker und Endverstärker angebracht.

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