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Sorgfältiges Vorgehen bei der Auswahl von Lautsprechern und Verstärkern ist beim Kauf einer HiFi-Anlage angesagt. Viele vergessen darüber, den Kabeln, die als Verbindung beider Komponenten fungieren, die nötige Beachtung zu schenken. Verwaschene Bässe und mangelnde Impulshärte sind oftmals nicht Schuld von Lautsprechern oder Verstärker, sondern gehen aufs Konto dieser Kabel.

Insbesondere wenn der Strom lange Wege zwischen Verstärkerausgang und Lautsprechern zurücklegen muß, gewinnen sie an Einfluß. Der Dämpfungsfaktor - Quotient aus Lautsprecherwiderstand und Innenwiderstand des Verstärkers - verschlechtert sich, und ein manchmal nicht unerheblicher Leistungsverlust stellt sich ein.

Vom Lautsprecher - mit dem Widerstand RL - aus betrachtet, stellt sich die Sache so dar: Er „sieht" nicht direkt den niedrigen Verstärkerinnenwiderstand Rv, sondern außerdem den Widerstand Rk des Kabels. Erst am anderen Ende kommt der Verstärkerausgang. Der Sachverhalt gilt selbstverständlich für beide Adern der Lautsprecherleitung.

Wenn Widerstände in Reihe (hintereinander) liegen, summiert sich ihre Wirkung: Daher ist der Kabelwiderstand RK immer die Summe der Widerstände von Hin-und Rückleitung.

Zur Bedämpfung von Einschwingvorgängen des Lautsprechers - insbesondere des Tieftöners - muß der Leitungswiderstand möglichst niedrig sein. Nur dann läßt sich der für den Lautsprecher wirksame Dämpfungsfaktor nach der üblichen Methode als Verhältnis von Lautsprecherwiderstand und Verstärkerinnenwiderstand darstellen.

Steigt der Leitungswiderstand über Gebühr, muß er mit ins Kalkül gezogen werden. Für den Lautsprecher und dessen Bedämpfung tritt er wie ein entsprechend erhöhter Verstärkerinnenwiderstand in Erscheinung.

Für eine 5m lange Verbindungsleitung aus Kupferlitze mit einem Durchmesser von 0,75mm und einen Verstärkerinnenwiderstand von 10 Milliohm ergeben sich dann folgende Werte: Ohne Berücksichtigung des Kabels beträgt der Dämpfungsfaktor für einen 4Ohm Lautsprecher 400.

Bezieht man das Kabel mit ein, dann muß man zum Verstärkerinnenwiderstand noch jeweils 200 Milliohm für die „heiße" Leitung und weitere 200 Milliohm für die Rückleitung einrechnen. Der Dämpfungsfaktor unter diesen Bedingungen beträgt dann nur noch 10.

Das zu dünne Kabel verschlechtert nicht nur den Dämpfungsfaktor, sondern schluckt auch wertvolle Verstärkerleistung. Die allgemeine Formel für die Berechnung der Leistung P aus Strom I und Widerstand R lautet:

Formel
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Zur Berechnung der vom Widerstand des Kabels verbrauchten Leistung muß zunächst der Strom I berechnet werden, der durch den Kabelwiderstand fließt. Die Anordnung aus Verstärker, Kabel und Lautsprecher stellt sich dann so dar:

Der Strom Iv berechnet sich aus der Verstärkerausgangsspannung Uv, dem Widerstand RK und RL:


Die Leistung PK ist dann:


Für einen Lautsprecherwiderstand von 4Ohm und die 400 Milliohm des Kabels aus dem obigen Beispiel ergibt sich bei 20 Volt Verstärkerausgangsspannung die vom Kabel verbrauchte Leistung zu rund 8,26 Watt. Der Lautsprecher erhält das Zehnfache, etwa 82,6 Watt. Das Kabel hat also 9,1 Prozent Leistung geschluckt.

Zum Verstärkerinnenwiderstand Rv kommt klangverschlechternd der Widerstand RK des Lautsprecherkabels hinzu. Er hängt von Länge, Querschnitt und Material ab.
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Widerstände können Spannungen teilen, Ströme einstellen und elektrische Leistung in Wärme umwandeln. Im Gegensatz zu Kondensatoren oder Spulen ist jedoch ihr Widerstandswert frequenzunabhängig. Daher besitzen Schaltungen, die ausschließlich Widerstände enthalten, immer lineare Frequenzgänge. Um bestimmte Frequenzbereiche anzuheben oder abzusenken, kombinieren die Schaltungsentwickler Widerstände mit Spulen und Kondensatoren. Eine Schaltung, die tiefe Frequenzen durchläßt und hohe unterdrückt - ein Tiefpaß -
sieht aus wie Bild 1, nächste Seite.

Der Widerstand R und die Reaktanz Xc des Kondensators bilden einen Spannungsteiler mit frequenzabhängigem Teilerverhältnis. Für Gleichspannung und tiefe Frequenzen besitzt der Kondensator eine sehr hohe Reaktanz. Das Teilerverhältnis des aus R und Xc gebildeten Spannungsteilers ist daher annähernd gleich 1, das heißt, die Ausgangsspannung Ua ist gleich der Eingangsspannung Ue. Für sehr hohe Frequenzen bildet der Kondensator praktisch einen Kurzschluß. Das Teilerverhältnis nimmt sehr kleine Werte an. Daher sperrt die Schaltung hohe Frequenzanteile im Eingangssignal.

Für sehr hohe Frequenzen besitzt der Kondensator eine geringe Reaktanz Xc und läßt das Eingangssignal durch. Nach tiefen Frequenzen hin nimmt seine Reaktanz zu, die Schaltung sperrt.

Hochpässe bilden die im Phonobetrieb oft nötigen Subsonicfilter. Sie verhindern, daß tieffrequente Rumpelgeräusche des Laufwerks und der Schallplatte übertragen werden, lassen aber alle Frequenzen des Hörbereichs passieren. Tiefpässe an den Verstärkereingängen verhindern, daß sich von starken Mittelwellensendern stammende Hochfrequenzanteile in den Verstärker einschleichen und die Übertragung der Audiofrequenzen beeinträchtigen.

Die tiefste Frequenz, die ein Hochpaß ohne zu großen Pegelverlust noch übertragen kann, nennt sich seine untere Grenzfrequenz fu.

Die höchste Frequenz, die ein Tiefpaß durchläßt, heißt obere Grenzfrequenz f0. Beide errechnen sich aus den Werten der Bauteile dieser Schaltungen.

Für den Tiefpaß gilt:

Analog beim Hochpaß:

Bei der jeweiligen Grenzfrequenz beträgt die Abschwächung gegenüber dem durchgelassenen Frequenzbereich 3 Dezibel (das entspricht etwa Faktor 0,7), die Techniker sprechen daher auch oft von der 3dB Grenzfrequenz.

Lautsprecherfrequenzweichen arbeiten (meist) mit einer Kombination von Spulen und Kondensatoren. Die Reaktanz XL der Spule zeigt gegenüber der Reaktanz des Kondensators Xc entgegengesetztes Verhalten: Sie vergrößert sich mit zunehmender Frequenz. In Zusammenarbeit mit einem Kondensator verhindert die Spule, daß höhere Frequenzanteile des Audiosignals den Tieftöner erreichen.

Oberhalb der Grenzfrequenz sperrt die Spule, und der Kondensator „schließt kurz". Im Durchlaßbereich unterhalb f0 läßt die Spule die Spannung Ue zum Tieftöner gelangen, und der Kondensator wirkt mit seiner ansteigenden Reaktanz nicht hinderlich.

Genau entgegengesetzt wirkt der umgekehrt aufgebaute Hochtonkanal der Frequenzweiche. Vom Mitteltöner müssen sowohl allzu tiefe als auch extrem hohe Signalfrequenzen ferngehalten werden. Ersteres erledigt ein Tiefpaß (XL1/XC1). Letzteres bewerkstelligt der nachgeschaltete Hochpaß (XL2/XC2).

Die Grenzfrequenz f0 des Tiefpasses liegt hierbei höher als die Übertragungsgrenze fu des Hochpasses. So gelangt das zwischen fu und f0 liegende Frequenzband ungehindert zum Mitteltöner, alle anderen Anteile werden gesperrt.

Günter Mania, Heinrich Sauer in 1988 oder früher

Am Schluß der vorangegangenen Folge ging es um frequenzabhängig wirkende Schaltungen: Die Reaktanzverhältnisse von Spulen und Kondensatoren untereinander oder zu den oft mit in der Schaltung enthaltenen Widerständen bestimmen den Frequenzgang von Hoch-, Tief- und Bandpässen.

Frequenzabhängige Abschwächung von Spannungen - wie beispielsweise die starke Höhenabsenkung eines High-Filters - nimmt auch das ungeschulte Ohr leicht wahr. Eine andere Wirkung von den Frequenzgang beeinflussenden Schaltungen läßt sich mit dem Gehör nicht so leicht dingfest machen: Sie verursachen zeitliche Verschiebungen zwischen Eingangs- und Ausgangssignal. Elektrotechniker sprechen von Phasenverschiebungen.

Liegt Wechselspannung an einem Widerstand-Kondensator-Tiefpaß, dann lädt und entlädt sich der Kondensator im Rhythmus ihrer Frequenz über den vorgeschalteten Widerstand.

Ähnlich wie das Füllen eines Eimers mit Wasser aus einem Gartenschlauch seine Zeit braucht, dauert es eine Weile, bis der durch den Widerstand fließende Strom den Kondensator geladen hat.

Bei niedrigen Frequenzen geht das allerdings, ohne daß eine merkliche Phasenverschiebung zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung feststellbar ist. Zwar muß immer eine kleine Differenz zwischen Eingangsspannung und der Spannung des Kondensators vorhanden sein, damit überhaupt ein Ladestrom durch den zwischengeschalteten Widerstand fließt. Die Umladevorgänge des Kondensators erfolgen bei niedrigen Frequenzen jedoch schnell genug, so daß dessen Spannung - die ja von der aufgenommenen Ladungsmenge abhängt - der Eingangsspannung gut folgen kann.

Je höher die Frequenz der Eingangsspannung wird, desto weniger Zeit bleibt fürs Umladen. Weil der vorgeschaltete Widerstand den Ladestrom begrenzt, wird der Kondensator nicht mehr schnell genug geladen, seine Spannung kann nun der Eingangsspannung nicht mehr exakt genug folgen. Ihr zeitlicher Verlauf ist daher gegenüber dem der Eingangsspannung verzögert.

Nicht nur Tiefpässe, sondern alle frequenzgangverändernden (Anmerkung: passiven !!) Schaltungen aus Spulen und Kondensatoren verursachen Phasenverschiebungen.

Besondere Beachtung muß der Lautsprecherentwickler den von der Frequenzweiche bei den Übergangsfrequenzen verursachten Phasenverschiebungen schenken. Denn um das letzte Quäntchen an Ortungsschärfe und Räumlichkeit herzugeben, muß die Weiche nicht nur für saubere Trennung der Übertragungsbereiche der einzelnen Chassis sorgen, sondern auch möglichst wenig Phasenverschiebungen verursachen. Sonst strahlen Tief- und Mitteltöner in der Nähe der Übergangsfrequenz, bei denen beide gemeinsame Sache machen, phasenversetzt ab. Durch Interferenzen kann dies zu klangverfälschenden Auslöschungen im Schalldruckfrequenzgang auf Achse führen.

Manchmal muß die unzureichende Akustik des heimischen Wohnzimmers mit einem Equalizer korrigiert werden. Weil Equalizer aber nicht am Frequenzgang biegen können, ohne die Phase zu drehen, sind sie bei manchen HiFi-Freaks verpönt. Je schärfer - die Techniker haben den Frequenzgang vor Augen und sagen daher „steilflankiger" - ein Filter wirkt, desto höher ist die von ihm verursachte Phasenverschiebung.

Besonders steilflankige Filter sollen am Ausgang von CD-Playern Störfrequenzen des Digital-Analog-Wandlers oberhalb von 22 Kilohertz abblocken. Die Geräte mit 16-Bit-Wandlern benutzen schwierig herzustellende Filter aus sehr vielen Bauteilen, die am oberen Ende des Hörbereichs Phasenverschiebungen von über 700 Grad !!! erzeugen. Dies entspricht einer Verzögerung von fast zwei Sinusschwingungen.