Bassreflexbox

Bassreflexgehäuse mit Rohröffnung

Bassreflex-Gehäuse sind eine spezielle Form von Lautsprechergehäusen für Tiefton-Lautsprecher. Bei diesem Bassreflex-Lautsprecher ist das Volumen nicht abgeschlossen, sondern durch einen Kanal nach außen verbunden. Die Luftmasse in diesem Kanal bildet mit dem Gehäusevolumen einen Resonator (auch Helmholtz-Resonator genannt). Der Resonator bewirkt eine Erhöhung der Schallabstrahlung im Bereich seiner Serien-Resonanzfrequenz.

Resonanzabstimmung

Die Abstimmung der Resonanz erfolgt durch die Länge bzw. die Querschnittsfläche des Kanals (letztendlich die hin- und herbewegte Luftmasse, die zusammen mit der Elastizität des Luftvolumens in der Box eine Resonator bildet).
Meist durch Längenänderung des Bassreflexrohres muss eine Anpassung an die so genannten Thiele-Small-Parameter des Lautsprechers und an das Gehäusevolumen vorgenommen werden.
Die Abstimmung kann durch Experimente, mathematische Näherungsformeln (Abstimmung nach Hodge) oder mit Hilfe von Computersimulationen erfolgen. Bei der Simulation werden so genannte Ersatzschaltbilder verwendet. Das Ziel ist ein möglichst linearer Frequenzgang bis zur unteren Grenzfrequenz.

Die Verwendung von Bassreflex-Gehäusen ermöglicht es, Lautsprecher (auch Chassis oder Treiber genannt) mit im Bezug auf die Größe ihrer Schallwandöffnung relativ starken elektrodynamischen Antrieben zu nutzen. Derartige Lautsprecher haben in geschlossenen Systemen einen geringen Wirkungsgrad bei tiefen Frequenzen im Bereich der Eigenresonanz.

Die durch das Bassreflex-Gehäuse festgelegte sog. Tuningfrequenz kompensiert den schwachen Wirkungsgrad im Bereich tiefer Frequenzen - der Lautsprecher erzeugt bei gleicher Auslenkung der Membran eine höhere Schallintensität. Hierdurch werden Systeme mit höherem Wirkungsgrad bei gleichzeitig tieferer Grenzfrequenz als bei gleichgroßen geschlossenen Gehäusen ermöglicht.

Einfach ventiliertes Bassreflex-Gehäuse

Membranhub geschlossener (blau) und einfach ventilierter Gehäuse (violett) bei konstantem Freifeld-Schalldruck

Maximaler Schalldruck eines geschlossenen (blau) und eines einfach ventilierten Gehäuses bei konstanter Membranauslenkung: Deutlich ist der unterstützte Arbeitsbereich (Peak außerhalb der Grafik)) und der darunter folgende steile Abfall des ventilierten Systems zu sehen

Der Wirkungsbereich des Resonators liegt im Bereich 0,75 *fb ... 2 *fb, in diesem Bereich wird der maximale Schalldruckpegel um mindestens 2,5 dB verbessert.

Im Bereich zwischen 0,75 *fb und 0,9 *fb wird der Hub zwar verringert, er liegt dort aber trotzdem immer noch sehr hoch, so dass als optimaler Arbeitsbereich Frequenzen oberhalb 0,9 *fb angesehen werden können.

Asymptotisches Verhalten: 12 dB/oct unterhalb der Resonanzfrequenz, 12 dB/oct unterhalb der Tunnelresonanzfrequenz, 24 dB/oct, wenn beides zutrifft.

Vorteile

• Deutlich höherer Schalldruckpegel (bis zu 13,5 dB) im Bereich der untersten Oktave möglich, bzw.
• Erweiterung der Leistungsbandbreite um 1,1 Oktaven (Faktor 2,2)
• Kräftigere Basswiedergabe bei Chassis mit stärkeren Antrieben, deren Frequenzgang sonst durch Gegeninduktion aufgrund großer Auslenkung frühzeitig absinkt.
• verschiedene Abstimmvarianten (Hooge, Thiele/Small, Novak, Bullock,...); Frequenzgang und Gehäusegröße bei gegebenem Chassis und Raumverhältnissen vielfältig gestaltbar.

Nachteile

• Größere Gruppenlaufzeit bzw. schlechtere Impulstreue
• Steilerer Abfall der Übertragungsfunktion unterhalb der unteren Grenzfrequenz
• Wenn das Chassis Frequenzen überträgt, deren Wellenlänge im Bereich der Tunnels (Bassreflexrohr) liegt, kommt es zu Tunnelresonanzen. Dieses Problem tritt bei praktisch allen Bassreflexboxen auf, die mit dem gleichen Lautsprecher auch mittlere Frequenzen wiedergeben.
• Bei unzureichender Dimensionierung des Tunnels kommt es zu störenden Strömungsgeräuschen.
• Bei Abstrahlung von Schall unterhalb der Resonanzfrequenz des Gesamtsystems kommt es infolge fehlender Federsteifheit des Luftpolsters zu übergroßen Membranauslenkungen bei gleichzeitiger Auslöschung von Schall der Lautsprecher- und Tunnelseite (akustischer Kurzschluss). Die große Auslenkung führt zu nichtlinearen Verzerrungen und Intermodulation.

Sinnvolle Abstimmung

• Bei Passivlautsprechern:
  • Es gibt verschiedene Abstimmvarianten aus der Filtertheorie, die zu weitgehend linearem Bassfrequenzgang führen. Diese können als erste Näherung für den Entwurf verwendet werden.
• Bei Aktivlautsprecher:
  • Die Tunnelresonanzfrequenz legt den Leistungsfrequenzgang fest, bei festgelegter unterer Leistungsbandbreite berechnet sich diese zu $1,1 \times f_{min}$.
  • Aktivlautsprecher baut man meist kleiner als Passivlautsprecher und entzerrt dann nachträglich elektronisch den Frequenzgang.

Diese elektronische Entzerrung beinhaltet praktisch immer einen Schutzfilter 2. bis 4. Ordnung vor Frequenzen unterhalb f_min. Solche Filtersteilheiten sind mit passiven Filtern (Lautsprecherweichen in Passivboxen) kaum zu realisieren bzw. sind zu materialintensiv.

Die Reduktion des Gehäusevolumens ist limitiert durch die im Tieftonbereich erforderliche höhere elektrische Leistung - es muss weiterhin gewährleistet sein, dass die mechanische Übersteuerung vor der elektrischen Überlastung auftritt. Weiterhin darf der Resonantortunnel nicht zu lang werden (Richtwert ~1/Vs).

Literatur

• Götz Schwamkrug: Lautsprecher-Boxen Aufbau-Umbau-Nachbau. 2. Auflage, Elektor-Verlag, Aachen, 1989, ISBN 3-921608-83-X
• Berndt Stark: Lautsprecher Handbuch. 7. Auflage, Richard Pflaum Verlag GmbH & Co.KG, München, 1999, ISBN 3-7905-0807-1

Siehe auch

• Lautsprecher
• Subwoofer

Weblinks

• kostenloses Tool zur Berechnung von Reflex-Ports
• Lautsprecher: Loch in der Box, was nun? Das Bassreflexgehäuse, für Anfänger
• Lautsprecher: Zusammenhang zwischen Wirkungsgrad, unter Grenzfrequenz und Gehäusevolumen