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Frequenzweiche bei Lautsprechern: Was ist das und wie funktioniert sie?

In fast jedem Lautsprecher steckt eine Frequenzweiche. Was das ist und warum kaum eine Box ohne Weiche auskommt, erklären wir dir hier.
Was ist eine Frequenzweiche Ratgeber T+A Bild: T+A

Die Frequenzweiche gehört zu den Begriffen, die du im Zusammenhang mit HiFi-Boxen immer wieder hören wirst. Doch was ist das eigentlich, und warum brauchen Lautsprecher diese Frequenzweichen? Das ist im Grunde überhaupt nicht kompliziert: Eine Frequenzweiche sortiert das eingehende Musiksignal und teilt es (meist) in hohe, tiefe und mittelhohe Töne auf. Das ist nötig, weil in vielen Lautsprechern mehrere Schallwandler verbaut sind.

Frequenzweiche bei Lautsprecher: Viele Wege zum guten Klang

Wenn du dir einen typischen Lautsprecher vorstellst, hast du vermutlich eine große, rechteckige Kiste im Kopf, auf deren Front mehrere runde Treiber sitzen. Dass klassische Lautsprecher mehrere unterschiedliche Treiber haben, hat einen triftigen Grund: Während unser menschliches Gehör Frequenzen im Bereich zwischen ca. 20 und 20.000 Hertz wahrnehmen kann, gibt ein Treiber meistens nur einen kleinen Teil dieses Frequenzbereiches sauber wieder.

Wharfedale Linton 85 Lautsprecherpaar eingedreht ohne Abdeckung
Bei der Wharfedale Linton 85 sind die drei unterschiedlich großen Treiber gut erkennbar – Sobald du die Stoffabdeckung entfernt hast.

Das hat unter anderem mit der Fläche des Treibers und dem Gewicht zu tun: Ein kleiner Hochtöner ist leicht genug, um sich sehr schnell zu bewegen und kann deshalb sehr hohen Frequenzen wiedergeben. Ein großer Basstreiber wäre dafür viel zu schwer, bewegt aber viel Luft und kann so für den nötigen Druck im Tiefton sorgen. Und weil unterschiedliche Treiber für verschiedene Frequenzbereiche geeignet sind, braucht ein Lautsprecher eine Frequenzweiche, um das Signal entsprechend aufzuteilen.

Schema passive Frequenzweiche Wikipedia Iainf
Eine Frequenzweiche sitzt im Lautsprecher und verteil dein Musiksignal auf die passenden Treiber. Bild: Iainf @ wikimedia.org

Daher haben Lautsprecher meistens dedizierte Treiber für den Hoch-, Mittel- und Tieftonbereich. Die Frequenzweiche sorgt dafür, dass die passenden Frequenzen bei jedem Treiber ankommen. Falls nötig, können Frequenzweichen aber auch noch Phasenkorrekturen vornehmen – oder das Signal sogar verstärken.

Wie funktioniert eine Frequenzweiche?

Die Frequenzweiche sitzt meistens direkt hinter den Polklemmen deines Lautsprechers und sieht ein wenig wie das Motherboard eines Computers aus. Auf einer Platine sind eine Reihe von Bauteilen aufgelötet, die als Filter wirken. Kommen diese Bauteile ohne eine eigene Stromversorgung aus, redet man von einer passiven Frequenzweiche. Brauchen sie hingegen Energie, werden sie aktive Frequenzweichen genannt. In passiven Lautsprechern, die du nicht in die Steckdose stecken musst, sitzen – du hast es dir bereits gedacht – passive Frequenzweichen.

Bei passiven Frequenzweichen kommt eine Mischung aus Spulen, Widerständen und Kondensatoren zum Einsatz. Sie wirken als Filter, durch die dein Musiksignal geleitet wird. Dabei lassen Spulen besonders leicht hohe Frequenzen passieren, während Kondensatoren tiefe Frequenzen durchlassen. Man redet entsprechend auch von einem Hochpass- oder Tiefpassfilter.

Frequenzweichen Fink Team
Bei unserem Ausflug zum Fink Team konnten wir uns ein Bild davon machen, wie Frequenzweichen entwickelt werden. Hier sind die Spulen und Kondensatoren gut erkennbar.

Die Abschnitte, in welche die Frequenzweiche deine Musik aufteilt, nennt man auch Wege. Bei einem 3-Wege-Lautsprecher wird das Signal also in drei Bereiche aufgespalten. Meistens in Hoch-, Mittel- und Tieftonbereich. 3-Wege-Systeme haben entsprechend mindestens drei Treiber.

Wege ≠ Treiber

Achtung: Die Anzahl der Wege muss nicht zwingend der Anzahl an Treibern entsprechen. Schließlich kann ein Lautsprecher auch mehrere Basstreiber haben, die alle den gleichen Frequenzbereich abdecken. Oder zwei Treiber fangen bei derselben Frequenz an, der eine Treiber spielt aber weiter hinauf als der andere. So entsteht ein zusätzlicher halber Weg. Während 3-Wege-Systeme besonders häufig bei Standlautsprechern zu finden sind, teilen sich Regallautsprecher ihr Frequenzband meistens auf zwei Wege auf. Es gibt aber auch Exoten wie die Dali Epikore 11 mit ihren 4,5 Wegen.

Filterordnungen – Wie steil soll es sein?

Vielleicht hast du auf Herstellerseiten schon mal gelesen, dass die Frequenzweiche eines Lautsprechers mit „Filtern vierter Ordnung“ arbeitet. Die Filterordnung drückt aus, wie schnell und effektiv die Frequenzweiche eine Frequenz herausfiltert. Man redet hier auch von der Flankensteilheit. Gemessen wird in Dezibel pro Oktave. Ein Beispiel gefällig?

Frequenzweiche Butterworth-Filter 1.–5. Ordnung Wikipedia
Je höher die Zahl der Ordnung ist, desto schneller sinkt der Pegel des Signals ab. Hier am Beispiel eines Tiefpass-Butterworth-Filters. | Bild: Cburnett @ wikimedia.org

Nehmen wir an, dein HiFi-Verstärker schickt einen tiefen Basston zu deinem Lautsprecher. Dann sollte dieser Ton auch nur von dem Tieftöner wiedergegeben werden. Ein Kondensator vor dem Hochtöner schützt diesen vor den viel zu tiefen Frequenzen. Was passiert aber, wenn der Ton langsam immer höher wird?

Irgendwann ist die Übergangsfrequenz erreicht, ab der der Tieftöner die Arbeit an den Mittel- und dann an den Hochtöner abgibt. Die Flankensteilheit sagt aus, wie abrupt der Wechsel passiert. Je schneller der eine Treiber leiser und der andere lauter wird, desto höher ist die Zahl der Filterordnung. So liegt die Flankensteilheit bei einem Filter 1. Ordnung bei ca. 6 dB / Oktave. Bei einer 4. Ordnung reden wir dann bereits von 24 dB / Oktave.

Aktive Frequenzweichen – Der Sonderfall für Aktivboxen

Bei der oben beschriebenen passiven Frequenzweiche wird das Signal bereits vom Verstärker verstärkt, bevor es auf die Frequenzweiche trifft. Bei der aktiven Frequenzweiche trifft das Signal deiner Musikquelle – etwa deines Netzwerk-Players oder Plattenspielers – direkt auf die Frequenzweiche. Diese verteilt auch hier das Musiksignal auf die Wege deines Lautsprechers, übernimmt aber auch die Aufgaben eines Vorverstärkers. Durch weitere Bauteile auf der Frequenzweiche – etwa OP-Amps oder Transistoren – wird das Signal schon vorverstärkt und trifft erst dann auf separate Endstufen für jeden Treiber. Diese Bauteile sind es auch, die eine eigene Stromversorgung benötigen.

Drei-Wege-Frequenzweiche Wikipedia Wikiwald
Bei einem Paar aktiver 3-Wege-Lautsprecher teilt die Frequenzweiche eines jeden Lautsprechers dein Musiksignal in drei Bereiche auf. Die jeweils drei farbigen Kurven stellen die Lautstärke der unterschiedlichen Frequenzen an jedem Treiber dar. Am Hochtöner (rot) werden etwa die Töne erst ab recht hohen Frequenzen laut genug, um sie hören zu können. | Bild: Wikiwald @ wikimedia.org

Jeder Treiber bekommt also seinen eigenen, auf seine Bedürfnisse zugeschnittenen Verstärker, der sich nur um die Frequenzen kümmern muss, die der Treiber auch verarbeiten kann. Die Frequenzweiche kann dadurch deutlich simpler ausfallen. Dafür sind jedoch zwingend mehrere Verstärker nötig. Diesen Aufbau findest du besonders häufig bei Aktivlautsprechern.

Sonderfall Breitbänder: Ein Treiber für (fast) alle Frequenzen

Wie eingangs erwähnt, gibt es auch Lautsprecher, die das ganze Frequenzband mit nur einem Treiber abdecken können. Die entsprechenden Treiber nennt man daher auch Breitbänder, die Lautsprecher Breitbandlautsprecher. Du bist ihnen sicherlich schon in Form von Bluetooth-Boxen oder in Soundbars begegnet. Hier kommen sie häufig vor, wenn einfach kein Platz für mehrere Treiber ist. Ein Breitbänder ist jedoch immer ein Kompromiss.

Teufel Boomster Go Explosion
Besonders bei kompakten Bluetooth-Lautsprechern wie dem Teufel Boomster Go sind Breitbänder beliebt. | Bild: Teufel

Für die Wiedergabe hoher Töne sollte die Membran möglichst klein und leicht sein, um schnell genug schwingen zu können. Bassimpulse müssen hingegen viel Luft in Bewegung versetzen und daher deutlich größer sein. Der Vorteil ist, dass jeder Ton aus derselben Richtung auf dich trifft. Eine solche Punktschallquelle kann Vorteile in der Ortung bringen. Einen ähnlichen Effekt erzielen jedoch auch Koaxial-Treiber wie der Uni-Q-Treiber von KEF, der jedoch wieder aus verschiedenen Treibern besteht und somit eine Frequenzweiche benötigt.

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