Kaufleitfaden für Subwoofer-Leergehäuse

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Kaufleitfaden für Subwoofer-Leergehäuse

Subwoofer sind spezielle Lautsprecherboxen, die für die Wiedergabe tieffrequenter Schallwellen ausgelegt sind. Deshalb werden sie im Deutschen auch mit dem Begriff Bassbox übersetzt. Unterschieden wird zwischen aktiven und passiven Subwoofern. Aktive Subwoofer werden mit einer eingebauten Endstufe betrieben. Passive Subwoofer werden von einem separaten Verstärker angetrieben. Die Bassboxen können über eine Frequenzweiche mit Signalen versorgt werden. Die Weiche filtert aus den Signalen der anderen Lausprecher die niederfrequenten Anteile für den Subwoofer heraus. Bei aktiven Subwoofern ist die Weiche meist integriert, sodass die Einstellung der Trennfrequenz vorgenommen werden kann. Der Subwoofer kann aber auch ein bereits aufbereitetes, dezidiertes Signal geliefert bekommen. Mehrkanal-Tonsysteme bieten dazu einen speziellen separaten Low-Frequency-Effects-Kanal (LFE).

Verschiedene Bauformen von Subwoofern vorgestellt

Zur Erzeugung der gewünschten tiefen Töne muss eine möglichst große Menge Luft bewegt werden. Das kann erreicht werden, indem ein Lautsprecher (Chassis) mit einer großen Membranfläche, oder ein kleiner Lautsprecher mit stark auslenkbarer Membran verwendet wird. Man unterscheidet nach den Konstruktionsprinzipien Direktstrahler- (Frontfire-) und Bodenstrahler- (Downfire-) Subwoofer. Bei den Frontfire-Subwoofern befindet sich die Membran an der Vorderseite. Der Schalldruck wird primär an die Raumluft abgegeben. Um eine homogenere Anregung des Raumes zu erreichen, werden bei solchen Subwoofern oft mehrere Chassis übereinander angeordnet. Arbeitet ein Chassis allein in Bodennähe, entstehen ähnliche Verhaltensweisen wie bei Downfire-Subwoofern.

Als gängige Gehäusearten kommen geschlossene oder Bassreflex-Gehäuse infrage. Mit letzteren werden höhere Pegel im Bassbereich erreicht. Die geschlossenen Gehäuse weisen ein besseres Impulsverhalten auf.

Der Aufbau von geschlossenen Gehäusen an Subwoofern

Bei geschlossenen Gehäusen wird das Chassis nahezu luftdicht in ein abgeschlossenes Gehäuse eingebaut. So wird der sogenannte akustische Kurzschluss sicher unterbunden. Durch die Federwirkung des abgeschlossenen Hohlraumes werden die Resonanzfrequenz und die Resonanzgüte zusätzlich erhöht. Das ermöglicht den Einbau von Chassis mit niedriger Freiluftresonanz und Gesamtgüte. Allerdings ist eine Bedämpfung des Innenraums notwendig, damit stehende Wellen verringert werden. Dazu wird wärmespeicherndes Material verwendet, das die adiabatische Kompression in eine isotherme Kompression umwandelt. Das bedeutet in Luft eine effektive Erhöhung des Innenvolumens um den Faktor 1,4. Das asymptotische Verhalten liegt bei 12  dB/oct.

Vor- und Nachteile von geschlossenen Gehäusen

Die Vorteile von geschlossenen Gehäusen liegen im einfachen Aufbau und der einfachen Abstimmung. Trotz verringerter Amplitude wird die Wiedergabe von tiefsten Frequenzen möglich. Es entstehen keine Strömungsgeräusche und nur geringe Verzerrungen des Phasengangs und der Gruppenlaufzeit im unteren Einsatzbereich. Das macht kleine, entzerrte Boxen möglich.

Die Nachteile solcher Gehäuse liegen darin, dass es gegenüber Bassreflexgehäusen keine Oktave gibt, in der die Membranauslenkungen durch einen Resonator wirkungsvoll verringert werden können. Die Auslenkung steigt mit 12 dB/oct an. Daraus resultieren höhere nichtlineare Verzerrungen und auch geringere Maximalpegel in der Nähe der Resonanzfrequenz des Systems. Außerdem entsteht ein zeitiger Abfall des Freifeld-Amplitudenfrequenzgangs bei Chassis mit starkem Antrieb.

Abgestimmt werden können solche Gehäuse bei Aktivboxen in der Weise, dass die thermische und mechanische Belastbarkeit im Tieftonbereich gleichzeitig eintreten. Chassis mit kleinem Qts führen zu ziemlich kompakten Lautsprechern. Passivboxen werden auf die Linearität des Frequenzgangs abgestimmt. Man verringert also das Volumen soweit, bis man ein Qts (Güte) von etwa 0,707 erreicht. Auch hierbei führen Lautsprecher mit kleinem Qts zu sehr kompakten Lautsprechern, jedoch mit zeitlich abfallendem Bassfrequenzgang.

Der Aufbau von Bassreflex-Gehäusen an Subwoofern

Derartige Gehäuse sind eine spezielle Form für Tiefton-Lautsprecher. Bei dieser Box ist das Volumen nicht angeschlossen, sondern durch einen Kanal nach außen verbunden. In diesem Kanal bildet die Luftmasse mit dem Gehäusevolumen einen Resonator, der eine Erhöhung der Schallabstrahlung im Bereich seiner Serien-Resonanzfrequenz bewirkt. Über die Länge des Kanals wird die Resonanz abgestimmt. Das erfordert eine sehr sorgfältige Anpassung an die sogenannten Thiele-Small-Parameter des Lautsprechers und des Gehäusevolumens. Das ist keine einfache Sache und kann über mathematische Näherungsformeln oder über Computersimulation erfolgen. Bei letzterer werden sogenannte Ersatzschaltbilder verwendet. Erreicht werden soll schließlich ein linearer Frequenzgang bis zur unteren Grenzfrequenz.

Durch die Verwendung von Bassreflex-Gehäusen wird es möglich, die Chassis mit dem Bezug auf die Größe ihrer Schallwandöffnung relativ starken elektrodynamischen Antrieben zu nutzen. In geschlossenen Systemen haben solche Lautsprecher unterhalb der Eigenresonanz einen geringen Wirkungsgrad bei tiefen Frequenzen. Durch die sogenannte Tuningfrequenz wird außerdem der schwache Wirkungsgrad im Bereich tiefer Frequenzen kompensiert. Der Lautsprecher erzeugt eine höhere Schallintensität bei gleicher Auslenkung der Membran. Das ermöglicht Systeme mit höherem Wirkungsgrad bei gleichzeitig tieferer Grenzfrequenz als bei großen geschlossenen Gehäusen. Das asymptotische Verhalten liebt bei 12 dB/oct unterhalb der Resonanz- und Tunnelresonanzfrequenz. Wenn beides zutrifft bei 24 dB/oct.

Vor- und Nachteile von Bassreflex-Gehäusen

Zu den Vorteilen der Bassreflex-Gehäuse gehören ein wesentlich höherer Schallpegel bis zu 13,5 dB im Bereich der untersten Oktave sowie eine erweiterte Leistungsbandbreite um 1,1 Oktaven. Außerdem entsteht durch diese Boxen eine kräftigere Basswiedergabe bei Chassis mit starken Antrieben. Möglich ist durch diese Gehäuse auch der Einsatz verschiedener Abstimmvarianten. Und der Frequenzgang und die Gehäusegröße sind bei gegebenem Chassis und Raumverhältnissen vielfältig gestaltbar.

Die Nachteile liegen in höheren Gruppenlaufzeit-Schwankungen sowie einem steileren Verlauf der Übertragungsfunktion unterhalb der unteren Grenzfrequenz. Darüber hinaus kommt es zu Tunnelresonanzen, wenn das Chassis Frequenzen überträgt, deren Wellenlänge im Bereich des Tunnels liegt. Das ist bei allen Tiefmitteltönern der Fall. Auch kommt es zu Strömungsgeräuschen, wenn der Tunnel unzureichend dimensioniert ist. Es tritt ebenfalls bei der Abstrahlung von Schall unterhalb der Resonanzfrequenz des Gesamtsystems durch die fehlende Federsteifheit des Luftpolsters eine starke Membranauslenkung bei gleichzeitiger Auslöschung von Schall der Vorder- und Rückseite auf.

Abgestimmt werden passive Bassreflex-Gehäuse über verschiedene Abstimmvarianten aus der Filtertheorie. Diese führen zu einem weitgehend linearen Bassfrequenzgang. Bei Aktivboxen legt die Tunnelresonanzfrequenz den Leistungsfrequenzgang fest. Die Aktivlautsprecher werden meist kleiner als Passivlautsprecher gebaut, was den Frequenzgang nachträglich entzerrt. Außerdem ist die Reduktion des Gehäusevolumens durch die im Tieftonbereich erhöhte elektrische Leistung limitiert. Man muss gewährleisten, dass die mechanische vor der elektrischen Überlastung auftritt. Außerdem darf der Resonanztunnel nicht zu lang sein.

Es gibt noch weitere Gehäuseformen im Bereich Subwoofer

Neben den bereits erläuterten Gehäuseformen gibt es noch sogenannte Bandpass-Gehäuse. Beim „einfachen“ Bandpass-Gehäuse arbeitet das Chassis zwischen zwei Kammern. Die vordere der Kammern ist über einen Kanal an die Umgebung gekoppelt, die hintere hat wie bei einer geschlossenen Box keine Verbindung zur Umgebung. Die Schallabnahme übernimmt der Helmholtz-Resonator, der aus der Masse der Luft im Belüftungskanal und der Federsteife des eingeschlossenen vorderen Volumens entsteht. Der Wirkungsgrad im Bereich der Eigenresonanz (Tuningfrequenz) ist so höher als der eines frei abstrahlenden Chassis. Das Volumen der hinteren Kammer soll eine Bewegung der Membran ermöglichen und den akustischen Kurzschluss verhindern. Solche Gehäuse werden vor allem zur Übertragung schmaler Frequenzbereiche eingesetzt.

Darüber hinaus gibt es doppelt ventilierte und Mehrkammer-Bandpassgehäuse. Beim doppelt ventilierten Gehäuse wird die Energie der beiden Kammern über einen Helmholtz-Resonator ausgekoppelt und abgestrahlt. Um einen breiteren Übertragungsbereich zu erreichen, sollte man beide Kammern unterschiedlich groß dimensionieren und abstimmen. Das erweitert den Übertragungsbereich. Die doppelt ventilierten Bandpass-Gehäuse sind nur zur Übertragung schmaler Frequenzbereiche sinnvoll einsetzbar. Sie weisen einen guten Wirkungsgrad und hohen Maximalpegel auf. Ein komplizierteres System ist das Mehrkammer-Bandpassgehäuse. Hier tritt allerdings eine hohe Gruppenlaufzeit auf. Das ist bedingt durch die Zeit, die die Resonatoren benötigen, um sich gegenseitig in Schwingung zu versetzen. Höhere Wirkungsgrade sind hier mit einer schlechteren Impulswiedergabe verbunden. Die Bandbreite des Systems kann aber größer gestaltet werden.

Was man beim Kauf von Subwoofer-Leergehäusen beachten sollte

Die Erläuterung der technischen Grundlagen für Subwoofer zeigt, dass es sich dabei um eine recht komplexe fachliche Materie handelt. Wer sich dann noch zum Ziel setzt, selbst einen Subwoofer zu bauen, muss also umfangreiches Fachwissen und Material haben, das ein möglichst optimales Klangbild hergibt. Von einiger Bedeutung ist dabei auch die Beschaffenheit des Gehäuses. Will man das nicht ganz als Marke Eigenbau fertigen, bedient man sich entsprechender Leergehäuse verschiedenster Hersteller. Die diesbezügliche Auswahl ist groß. Man muss sich aber vor dem Kauf darüber im Klaren sein, welcher Art der Subwoofer und wie er dimensioniert sein soll. Es kommt vor allem darauf an, dass das Gehäuse sehr massiv und stabil ausgelegt sein muss. Es gilt der Grundsatz: Je leistungsstärker der Subwoofer sein soll, desto größer muss man das Gehäusevolumen ansetzen. Nicht verkehrt ist es außerdem, diverse Test- und Erfahrungsberichte zu lesen, die versierte Audio-Bastler veröffentlichen. Da kann man sich so manche Tricks und Tipp „ablauschen“.

Wissenswertes über die Gehäuse allgemein

Die Gehäuse sind vielfach in symmetrischer Kastenform ausgelegt. Asymmetrische Gehäuse dienen aber auch dazu, den stehenden Wellen im Gehäuseinneren entgegenzuwirken. Zu berücksichtigen ist natürlich auch welche Chassis zum Einsatz kommen, und wie diese angeordnet werden sollen. Es gibt in dieser Hinsicht Single- und Dualgehäuse. Hersteller bieten außerdem auch sehr individuelle Sonderlösungen an. Es empfehlen sich vor allem Tiefton-Chassis von mindestens 12 Zoll, also etwa 30,5 Zentimeter. Wird der Durchmesser größer, entsteht zwar ein höherer Schalldruck, bringt aber unter Umständen auch ein trägeres Hubverhalten. Berücksichtigen sollte man bei der Auswahl der Gehäuse auch, welche Anschlussterminals, ggf. Bassreflexrohre oder Bassreflexschächte zum Einsatz kommen sollen oder können. Darüber hinaus müssen sogenannte Spikes höhenverstellbar und fest im Gehäuse verankert sein. Nur so erfüllen sie ihre Aufgabe, das Gehäuse akustisch vom Boden zu entkoppeln. Der Vorteil fertiger Leergehäuse besteht natürlich auch in der soliden Verarbeitung und anspruchsvollen Optik. Zum Teil sind die Gehäuse sogar mit Filz bezogen, was eine gewisse zusätzliche Dämmwirkung erzielt. Selbst spezielle Gehäuselösungen für einen Subwoofer im Kofferraum eines Fahrzeugs fehlen nicht im Angebot. Auf diesem Weg kann man sich einen sehr individuellen, auf die eigenen Bedürfnisse zugeschnittenen Subwoofer bauen und im Heim oder mobil ein besonderes Klangerlebnis schaffen.

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