So individualisieren Sie Ihren Subwoofer im Eigenbau

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So individualisieren Sie Ihren Subwoofer im Eigenbau

Auch und gerade im Audio-Bereich ist eine Menge als Marke Eigenbau angelegt. Das gilt unter anderem für Subwoofer. Das sind spezielle Lautsprecherboxen, die für die Tiefpässe ausgelegt sind. Das heißt, diese Bassboxen sind so entwickelt, dass sie von Konstruktion her für die alleinige Wiedergabe tieffrequenter Schallwellen ausgelegt sind. Subwoofer kommen vor allem bei Beschallungsanlagen, Pkw-Audioanlagen, als Komponenten von Hi-Fi-Anlagen und in Heimkinoanlagen zum Einsatz. Sie unterstützen die Hauptlautsprecher im Tieftonbereich, weil bei tiefer werdender Frequenz mehr Leistung für die zu verschiebende Luft benötigt wird. Überschlägig gilt dabei, je Oktave, die man im Frequenzgang nach unten geht, verdoppelt sich das Luftvolumen.

Vom Vorteil des Selbstbaus bei Subwoofern

Maximaler Tiefgang und Pegel bei minimaler Abmessung sind auch mit heutigen Technologien (noch) nicht realisierbar. Deshalb sind serienmäßig hergestellte Subwoofer meist ein Kompromiss aus verschiedensten Faktoren. Beim Eigenbau besteht die Möglichkeit, eben diese Kompromisse ganz individuell für seine Bedürfnisse auszulegen. Das ist aber letztlich auch eine finanzielle Frage, denn man muss bei der Auswahl der verwendeten Materialien einen für sich tragbaren Kompromiss in Sachen Klangqualität finden. Das heißt, es kommt auch auf die Prioritätensetzung bei der Auswahl eingesetzter Bauteile und Materialien an. Der Vorteil des Selbstbaus liegt auch darin, dass man die Möglichkeit großer Flexibilität hat, was die Gehäuseform betrifft. Schließlich kann man dann einen Subwoofer kreieren, der genau auf den eigenen Raum abgestimmt ist. Der Zeitaufwand, den man dafür benötigt, wird durch verringerten finanziellen Aufwand ersetzt.

Bei Eigenbau kommt es auf Fachwissen an

Wer sich vorgenommen hat, einen eigenen Subwoofer zu bauen, sollte sich erst einmal grundlegend mit der Materie beschäftigen. So ganz von allein erledigt sich ein solches Vorhaben nicht. Dazu gehört unter anderen auch die Kenntnis, dass es von der Bauform aktive und passive Subwoofer gibt. Ein aktiver Subwoofer wird mit einer eingebauten Endstufe, also der letzten Stufe eines Leistungsverstärkers vor der Last, betrieben. Passive Subwoofer dagegen werden wie allgemein gängige Lautsprecherboxen mit einem externen, separaten Verstärker vor allem im automobilen Hi-Fi-Bereich angetrieben.

Der fest stehende Teil des Subwoofers wird als Chassis bezeichnet. Dabei kann man durch verschiedenste Gehäuseprinzipien unterschiedlichste klangliche Systeme entwerfen, obwohl stets derselbe Lautsprecher verwendet wird. Um tiefe Töne (Bässe) zu erzeugen, muss über eine große Membranfläche viel Luft bewegt werden. Um das auch bei kleineren Lautsprechern zu erreichen, muss die Membran stark ausgelenkt werden. Normale Subwoofer-Lautsprecher gibt es mit einem Durchmesser bis zu 45 Zentimetern (18 Zoll). Zu den Größten ihrer Art gehören 80 Zentimeter-Durchmesser (31,5 Zoll), die vor allem im Hi-Fi-Bereich zum Einsatz kommen. Will man noch größere Dimensionen erreichen, muss man große Membranen konstruieren, die die nötige Stabilität aufweisen. Die gängige Alternative ist es, mehrere Subwoofer zum Einsatz zu bringen.

Subwoofer können verschiedene Bauformen aufweisen

Unterschieden wird nach sogenannten Direktstrahl- (Frontfire-) und Bodenstrahl- (Downfire-) Subwoofern. Die Membran der Direktstrahler befindet sich an der Vorderseite des Subwoofers. Der Schalldruck wird primär an die Raumluft des Hörraums abgegeben. Damit der Raum eine noch homogenere Abstrahlung hat, können mehrere übereinanderstehende Chassis zum Einsatz kommen. Direktstrahler mit nur einem Chassis weisen ähnliche Verhaltensweise wie die Bodenstrahler auf. Als Gehäusearten kommen geschlossene Gehäuse und sogenannte Bassreflex-Gehäuse zum Einsatz.

Das sind die Unterschiede der Gehäusearten

Im Wesentlichen haben Lautsprechergehäuse drei Funktionen: Aufstellung, Schallführung des rückwärtigen und des vorderseitigen Schalls.

  • Bei der Aufstellung werden die Chassis in Bezug auf den Abstrahlwinkel sowie auf die Abstände zum Boden in eine geeignete Lage gebracht. Wird der Lautsprecher nicht als Standlautsprecher benutzt, kommt zur optimalen Aufstellung noch der Ständer oder die Wandbefestigung hinzu.
  • Bei der Schallführung des rückwärtigen Schalls ist zu beachten, dass der Luftaustausch zwischen Vorder- und Rückseite behindert werden oder über Resonatoren geeignet gestaltet werden muss. So können Frequenzen wiedergegeben werden, deren Wellenlänge größer als der Membrandurchmesser ist.
  • Zur Schallführung des Schalls der Vorderseite gehört es, die Umgebung des Chassis zu beachten, damit der Frequenzgang und die Richtung der Schallabstrahlung optimal gewährleistet sind.

Unterscheidung zwischen offenen und geschlossenen Gehäusen

Offene Gehäuse

Bei offenen Schallwänden ist es am besten, das Chassis über eine sogenannte unendliche Schallwand einzubauen, um den Druckausgleich zwischen Vorder- und Rückseite zu unterbinden. Die Praxis aber erlaubt nur endliche Schallwände, die den akustischen Kurzschluss, also die Verminderung der Schallabstrahlung von schwingenden Flächen wie der Lautsprechermembran, nur teilweise unterbinden. Offene (endliche) Schallwände kommen unter anderem bei tragbaren Wiedergabegeräten mit Lautsprechern, Instrumentenverstärkern und Lautsprechern im Retrodesign zum Einsatz. Ihre Abmessungen lassen durch gefaltete Anordnung der Schallwand deutlich reduzieren. Dabei werden aber die Hohlraumresonanzen empfindlicher und müssen unter Umständen akustisch bedämpft werden. Ein Nachteil besteht darin, dass die Schallwände sehr groß sein müssen, wenn Frequenzen unter 100 Hz übertragen werden sollen.

Geschlossene Gehäuse

Bei geschlossenen Gehäusen wird das Chassis in ein weitgehend luftdicht abgeschlossenes Gehäuse eingebaut. Das führt zu einem zuverlässig unterbundenen akustischen Kurzschluss. Außerdem werden Resonanzfrequenz und Resonanzgüte durch die Federwirkung des abgeschlossenen Hohlraums deutlich erhöht. Zum Einsatz kommen hier Chassis, die eine niedrige Freiluftresonanz und Gesamtgüte aufweisen. Zur Verringerung von stehenden Wellen im Innenraum muss eine hohe Dämpfung mit wärmespeicherndem Material erfolgen. Die Vorteile dieser Gehäuse liegen unter anderem im einfachen Aufbau und der einfachen Abstimmung. Es entstehen keine Strömungsgeräusche und es können kleine, aktiv entzerrte Boxen gebaut werden. Ein Nachteil ist die fehlende Oktave im Bassreflexsystem,  sodass sich nichtlineare Verzerrungen und geringere Maximalpegel ergeben. Solche Systeme werden so abgestimmt, dass die thermische und mechanische Belastbarkeit im Tieftonbereich gleichzeitig eintritt.

Es gibt auch weitere Arten spezieller Gehäuse

Bassreflex-Gehäuse

Außerdem gibt es sogenannte Bassreflex-Gehäuse, bei denen das Volumen durch einen Kanal, ähnlich einer Röhre, nach außen verbunden wird. Zusammen mit der Luftmasse in diesem Kanal und dem Gehäusevolumen wird ein Resonator gebildet, der eine Erhöhung der Schallabstrahlung im Bereich der Serien-Resonanzfrequenz bewirkt. Die Länge des Kanals bestimmt dabei die Resonanzabstimmung. Sie muss sorgfältig an die sogenannte Thiele-Small-Abstimmung des Lautsprechers und des Gehäusevolumens angepasst werden. Herauskommen soll ein möglichst linearer Frequenzgang bis zur unter Grenzfrequenz. Vorteile dieses Gehäuses sind ein höherer Schallpegel im Bereich der untersten Oktave, eine Erhöhung der Leistungsbandbreite und eine kräftige Basswiedergabe bei Chassis mit stärkeren Antrieben. Als Nachteil sind Tunnelresonanzen bei Tiefmitteltönern, höhere Schwankungen der Gruppenlaufzeit und ein steilerer Verlauf der Übertragungsfunktion unterhalb der unteren Grenzfrequenz zu nennen.

Bandpass-Gehäuse

Bei einem Bandpass-Gehäuse schließlich arbeitet das Chassis zwischen zwei Kammern. Die vordere der Kammern ist wie beim Bassreflex-Gehäuse über einen Kanal an die Umgebung gekoppelt. Die hintere Kammer ist geschlossen und hat keine Verbindung zur Umgebung. Auch hierbei entsteht ein Resonator (Helmholtz-Resonator), der die Schallabstrahlung übernimmt. Solche Gehäuse eignen sich besonders zur Übertragung schmaler Frequenzbereiche. Beim doppelt ventilierten Bandpass-Gehäuse wird die Energie beider Kammern über den Resonator abgekoppelt und abgestrahlt. Damit ein breiterer Übertragungsbereich entsteht, empfiehlt es sich, die Kammern unterschiedlich zu dimensionieren und abzustimmen. Das ermöglicht eine Erweiterung des Übertragungsbereiches. Möglich sind auch Mehrkammer-Bandpassgehäuse, die aber eine hohe Gruppenlaufzeit aufweisen. Soll heißen, die Resonatoren benötigen mehr Zeit, um sich gegenseitig in Schwingungen zu versetzen. Hinzu kommt ein oft problematischer Frequenzverlauf. Man muss hierbei zwischen einem höheren Wirkungsgrad und schlechterer Impulswiedergabe abwägen.

Was man beim Bau der Gehäuse berücksichtigen sollte

Ziel des Subwoofers ist es bekanntlich, die tiefen Töne möglichst unverfälscht an den Raum abzugeben. Das heißt auch, dass das Gehäuse des Subwoofers nicht mitschwingen darf, weil sonst die Töne verfälscht werden und das Teil einfach nur dröhnt. Das ist natürlich nicht Sinn des Ganzen. Daraus ergibt sich, dass die Gehäuse auch bei höchsten Pegeln sehr stabil sein müssen.

Entscheidend sind die Stärke der eingesetzten Seitenwände und die Auswahl des Materials. Spanplatten für Flächen ab 30 cm Breite sollten mindestens 22, verleimtes Holz 16  Millimeter stark sein. Da ein Subwoofer aber oft recht groß dimensioniert ist, empfehlen sich Versteifungsstreben, die etwa alle 20 Zentimeter Gehäusefläche angebracht werden sollten. Wer ganz sicher gehen will, versucht sich an einer aufwendigeren Matrixversteifung. Dabei werden mehrere Bretter mit Lüftungskanälen versehen und wie eine weitere Gehäusewand in das Gehäuse eingebracht. Man kann sogar zwischen den Schichten nochmals eine vertikale Versteifung einbauen, sodass eine maximale Steifigkeit in alle drei Richtungen gegeben ist.

Recht wirksam ist auch der sogenannte Sandwichaufbau, bei dem die Gehäusewände doppelt angeordnet und eingebaut werden. Den Zwischenraum kann man mit bis zu 60 Prozent Sand verfüllen, der das Gehäuse beschwert und unempfindlicher gegenüber Impulsen vom Chassis macht. Will man zwei Tieftöner in einem Gehäuse verwenden, sollte man diese gegenüberliegend anbringen, sodass der Subwoofer nach links und rechts abstrahlt. Dann erübrigt sich der Sandwichaufbau. Die Forderung nach einer sehr stabilen Bauweise bleibt aber unbedingt bestehen.

Was man bei der Aufstellung der Subwoofer beachten sollte

Subwoofer können unabhängig von den Lautsprechern für höhere Frequenzen eigentlich an allen Stellen im Hörraum aufgestellt werden. Ihre tieffrequenten Schallwellen sind vom menschlichen Gehör schwer lokalisierbar. Gängig ist es, einen Subwoofer zwischen den vorderen Satellitenboxen in ungefähr gleichem Abstand wie diese zum Hörplatz aufzustellen. Das kommt einem optimalen Klangbild meist sehr nahe. Je nach Aufstellort und räumlichen Gegebenheiten können jedoch bei diskreten Frequenzen auch sogenannte stehende Wellen entstehen. Dabei heben sich Schallwellen gegenseitig auf. Das kann man durch eine veränderte Anordnung des Subwoofers beeinflussen. Die Frage der Aufstellung ist insgesamt differenziert zu handhaben. Größe und Format des Raumes sowie die Einrichtung und die Bauform des Subwoofers verlangen ein großes Maß an Individualität. Um störende Reflexionen im Raum auszuschalten, können auch mehrere Subwoofer im Verbund aufgestellt werden. Beispiele dafür sind Single- oder Double Bass Arrays.

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