Vorwort 9

1. Die Arbeitsweise von Lautsprecherchassis 11
1.1 Elektrodynamische Lautsprecher 11
1.2 Das Antriebssystem 11
1.2.1 Luftspaltgeometrien und Wandlerkonstante BL 13
1.2.2 Kurzschlusswicklungen und „Faraday Loops" 14
1.2.3 Materialien für Schwingspulenträger und Anordnung der Spulenwicklungen 16
1.3 Die Lautsprechermembran 19
1.3.1 Die Resonanzmoden der Membran 19
1.3.2 Schallbündelung der Membran 20
1.3.3 Die Membranform 20
1.3.4 Die Staubschutzkappe 21
1.3.5 Kalottenmembranen 24
1.4 Die Membranaufhängung 24
1.4.1 Die äußere Sicke 24
1.4.2 Die Zentrierspinne 25
1.4.3 Lineare und progressive Aufhängungen der Membran26
1.5 Das Modell der Lautsprecherimpedanz 26
1.6 Leistung, Wirkungsgrad und Raumgröße 27
1.7 Techniken der Chassiskonstruktion 28
1.71 Konstruktion des Tieftonchassis für geschlossene Gehäuse 29
1.72 Konstruktion von Tieftonchassis für ventilierte Gehäuse 34
1.73 Konstruktion des Tieftonchassis für Bandpass-Gehäuse35
1.74 Konstruktion des Tieftonchassis für ein kompaktes geschlossenes Gehäuse 37
1.75 Dynamikverhalten bei verlängertem Polkern 38

2. Geschlossene Lautsprecher 43
2.1 Definition 43
2.1.1 Definition der Begriffe 43
2.2 Geschichtliches 44
2.3 Chassisgütefaktor „Q" und Wiedergabekurve des Gehäuses 44
2.3.1 Alternative Methoden zur Analyse des Gütefaktors „Q" einer Box 46
2.4 Auswahl von Tieftonchassis und Konstruktion des Gehäuses 48
2.5 Bestimmung der Gehäusegröße und relevanter Parameter49
2.5.1 Abweichungen von Qts ,fs und Vas 55
2.6 Zusätzliche Parameter 55
2.6.1 Referenz-Wirkungsgrad 55
2.6.2 Akustische Leistung für maximale Membranauslenkung 56
2.6.3 Maximale elektrische Eingangsleistung 56
2.7 Diagramme für Konstruktionsbeispiele 57
2.7.1 Minimale Grenzfrequenz 57
2.7.2 Dynamische Änderungen der Wiedergabekurve 57
2.8 Füllung des Gehäuses mit Dämmmaterial 60
2.8.1 Routinen zur Berechnung der Gehäusefüllung 61
2.8.2 Empirischer Vergleich verschiedener Materialien zur Füllung des Gehäuses 62
2.9 Mehrere Tieftonchassis im Gehäuse 71
2.9.1 Standard-Konfiguration 71
2.9.2 Push/Pull Anordnungen 73
2.9.3 Das Compound Tieftonsystem 74
2.10 Elektronisch unterstützte geschlossene Systeme 75
2.11 Techniken mit vergrößerter Masse (Mass Load) 77
2.11.1 Einfache Modifikation mit Zusatzmasse 77
2.12 Passiv unterstützte Lautsprecher mit Zusatzmasse 78
2.13 Bandpassgehäuse mit geschlossener rückwärtiger Kammer 81
2.13.1 Definition 81
2.13.2 Zusätzliche Parameter 81
2.14 Geschichtliches 81
2.15 Auswahl des Tieftonchassis 82
2.16 Bestimmung der Gehäusegröße 82
2.17 Beispieldiagramme zur Konstruktion und Computersimulation 83
2.18 Variationen des Bandpassgehäuses 86
2.19 Aperiodisch bedämpfte geschlossene Lautsprecher 87

3. Ventilierte Gehäuse und Wiedergabe tiefer Frequenzen 91
3.1 Definition 91
3.2 Historisches 91
3.3 Chassisgütefaktor Q und Wiedergabeeigenschaften der Gehäuse 92
3.4 Auswahl des geeigneten Tieftonchassis 92
3.5 Abstimmungen der Chassis/Gehäuse-Kombination 93
3.6 Bestimmung der Gehäusegröße und relevanter Parameter97
3.6.1 Gehäuseverluste 102
3.6.2 Berechnung von Reflexöffnung und Tunnellänge 103
3.7 Berechnung der Tunnelabmessungen 103
3.7.1 Resonanzen des Reflextunnels und akustische Kopplung mit der Membran 112
3.7.2 Feinabstimmung der Reflexgehäuse 114
3.8 Zusätzliche Parameter 115
3.8.1 Referenz-Wirkungsgrad 115
3.8.2 Akustische Leistung bei maximaler Membranauslenkung (Par) 115
3.8.3 Maximale elektrische Eingangsleistung 115
3.9 Diagramme für Designbeispiele 116
3.10 Messung des totalen Verlustfaktors Ql 117
3.11 Veränderung der (Schalldruck)Wiedergabe bei Fehlabstimmungen 118
3.11.1 Dynamische Wiedergabeveränderungen bei verschiedenen Abstimmungen 118
3.12 Schutzfilter gegen tieffrequente Störsignale (Subsonic-Filter) 121
3.13 Bedämpfung des Lautsprechergehäuses 121
3.14 Konstruktionen mit mehreren Tieftonchassis 122
3.15 Verlustbehaftete und verteilte Reflexöffnungen und Tunnel 122
3.16 Elektronisch unterstützte ventilierte Abstimmungen. 123
3.17 Bandpassgehäuse mit ventilierter rückwärtiger Kammer 124

4. Ventilierte Tieftongehäuse mit Passiv-Membran 129
4.1 Definition 129
4.2 Historisches 129
4.3 Chassisgütefaktor „Q" und Wiedergabeeigenschaften der Gehäuse 129
4.3.1 Auswahl des geeigneten Tieftonchassis 130
4.4 Abstimmungen der Chassis/Gehäuse-Kombination 130
4.4.1 Bestimmung der Gehäusegröße und relevanter Parameter 132
4.5 Bestimmung des Wertes „Delta" für Passivmembranen 133
4.5.1 Benutzung der Tabelle 4.1 134
4.5.2 Anordnung der Passivmembran und akustische Kopplung 134
4.5.3 Abstimmung des Lautsprechergehäuses 135
4.5.4 Zusätzliche Parameter 135
4.5.5 Diagramme für Designbeispiele 135
4.5.6 Messung des totalen Verlustfaktors 136
4.5.7 Variationen der (Schalldruck)Wiedergabekurven 136
4.5.8 Schutzfilter gegen tieffrequente Störsignale 136
4.5.9 Bedämpfung des Lautsprechergehäuses 136
4.6 Bandpass-Lautsprecher mit Passivmembran 136
4.7 APR „Augmented Passive Radiator" 138
4.7.1 Definition 138
4.7.2 Historisches 138
4.7.3 Anordnung der Doppel-Passivmembranen 138
4.7.4 Auswahl geeigneter Tieftonchassis 139
4.7.5 Abstimmungen der Chassis/Gehäuse-Kombination 139
4.7.6 Bestimmung der Gehäusegröße 139
4.7.7 Benutzung der Tabelle 4.4 140
4.7.8 Akustische Koppelung zwischen Chassis und APR-Passivmembran 140
4.7.9 Verfahren zur Abstimmung des APR-Systems 140
4.8 Zusätzliche Parameter 140
4.8.1 V pr für APR-Systeme 140
4.8.2 Diagramme für Designbeispiele 141
4.8.3 Veränderung der (Schalldruck) Wiedergabe bei Fehlabstimmungen. 141
4.8.4 Schutzfilter gegen tieffrequente Störsignale 141
4.8.5 Bedämpfung des Lautsprechergehäuses 141
4.8.6 Konstruktionen mit mehreren Tieftonchassis 141
4.9 „Acoustic Levers" 141

5. Transmission-Line-Tieftonsysteme 147
5.1 Definition 147
5.2 Historisches 149
5.21 Wiedergabe und Modellierung der Transmission-Line Lautsprecher 150
5.3 Bedämpfung der Transmission-Line 154
5.31 Bauformen der Transmission-Line 157
5.4 Tabellen zur Abstimmung einer Transmission-Line 159
5.5 Fachartikel zur Konstruktion von TL-Systemen 160

6. Gehäusekonstruktion und Schwingungsdämpfung 163
6.1 Gehäuseform und Schalldruckwiedergabekurve 163
6.2 Gehäuseform und stehende Wellen (Eigenmoden) im Gehäuse 165
6.3 Schwingungsdämpfung des Gehäuses 166

7. Chassis zur Wiedergabe mittlerer und hoher Frequenzen: Einsatz und Gehäuse 171
7.1 Anwendungen 171
7.1.1 Wiedergabebandbreite des Chassis und Trennfrequenzen 171
7.1.2 Zweiweg- oder Dreiweg-Kombinationen 172
7.2 Raumreflexionen und Trennfrequenzen 172
7.3 Chassisabstand und horizontales Abstrahlverhalten 174
7.4 Mittelton-Gehäuse 174
7.4.1 Schallwandgestaltung für mittlere und hohe Frequenzen 176

8. Passive und aktive Frequenzweichen 179
8.1 Passive Frequenzweichen 179
8.1.1 Historisches 179
8.2 Grundlagen der passiven Frequenzweichen 180
8.2.1 Tiefpass/Hochpass-Summation und Wiedergabekurve des Summensignals 182
8.2.2 Allpass- (APC) und Linear-Phase-Frequenzweichen 184
8.2.3 Akustisches Summensignal: Akustisches Zentrum des Chassis (ZPD 184
8.2.4 Einfluss der Frequenzweiche auf die abgestrahlte akustische Leistung 189
8.3 Eigenschaften der Zweiwege-Weichen 190
8.3.1 Formeln zur Berechnung von Zweiweg-Frequenzweichen 208
8.4 Dreiwege-Frequenzweichen 208
8.4.1 Eigenschaften der Dreiweg-Frequenzweichen 211
8.4.2 Formeln zur Berechnung von Dreiweg-APC-Frequenzweichen 212
8.4.3 Anwendung der Formeln zur Berechnung der Frequenzweichen 214
8.4.4 Beispiele für den Einsatz der Frequenzweichen 216
8.4.5 Messung der Chassispegelkurve für das Design der Frequenzweiche 222
8.5 Kompensation der Filterbelastung durch das Chassis 223
8.5.1 Serienfilter als Saugkreis 224
8.5.2 Linearisierung der Chassisimpedanzkurve (Impedanzequalizing) 224
8.6 Schaltungen zur Pegelabsenkung 225
8.6.1 Die Berechnung von L-Schaltungen 237
8.7 Schaltungen zur Beeinflussung der Wiedergabekurve 239
8.8 Spulen für Lautsprecher-Frequenzweichen 242
8.8.1 Kondensatoren für Lautsprecher-Frequenzweichen 245
8.8.2 Fortschrittliche Konstruktionstechniken für passive Frequenzweichen 245
8.9 Aktive Frequenzweichen für Lautsprecher 245

9. Messungen an Lautsprechern 249
9.1 Einleitung 249
9.1.1 Definition der Begriffe 249
9.2 „Einfahrhinweise" (Break-in) für Lautsprecherchassis 250
9.3 Messung der Chassisresonanzfrequenz (fs) 251
9.3.1 Impedanzmessungen an Chassis 252
9.3.2 Messung der komplexen Chassisimpedanz 255
9.4 Berechnung der mitschwingenden Mediumsmasse (Air-Mass-Load) 257
9.4.1 Messung der bewegten Masse eines Lautsprecherchassis 258
9.4.2 Berechnung der Nachgiebigkeit des Chassis. 259
9.4.3 Messung der Wandlerkonstante BL 259
9.5 Berechnung der Spuleninduktivität 261
9.6 Berechnung des Verstärkerinnenwiderstandes R G 261
9.6.1 Berechnung des totalen Serienwiderstandes Rx 262
9.7 Berechnung des Äquivalenzvolumens 262
9.8 Messung des Chassisgütefaktors „Q" über Qts ,Qes und Qms 263
9.8.1 Techniken zur Messung der Schalldruckkurve 266
9.8.2 Erforderliche Messgeräte zur Erfassung der Schalldruckkurve 269
9.8.3 Phasenmessungen 272
9.8.4 Messmikrofone 273
9.8.5 Schwingungsmessungen an Lautsprechergehäusen 273
9.8.6 Messung der Schwingspulentemperatur über längere Zeitspannen 274
9.9 Nützliche Umrechnungsfaktoren 277

10. CAD-Software für die Konstruktion von Lautsprechern, für die Analyse der Raumakustik und Optimierung der Lautsprecher/Raum-Kombination 279
10.1 PC-Software zur Unterstützung der Konstruktion von Lautsprechern 280
10.2 Raumakustik 292
10.3 Raumanalyse mit Soundkarten 294

11. Lautsprecher für Heim-Kino-Anlagen und Surround-Wiedergabe 299
11.1 Vergleich von Heim-Kino-Wiedergabe und HiFi-Anlagen 299
11.2 Übersicht über Lautsprechersysteme für Heim-Kino-Wiedergabe 301
11.3 Die Stereo-Frontlautsprecher 302
11.4 Anforderungen an die magnetische Abschirmung der Lautsprecher 303
11.5 Das Lautsprechersystem für den Mitten-Kanal 305
11.6 Kontrollierte vertikale Richtcharakteristik 308
11.7 Rückwärtige Lautsprecher für Surround-Wiedergabe 310
11.8 Surround EX - 7.1 Kanal Dolby Digital 315
11.9 Subwoofer 316

12. Lautsprecheranlagen für Fahrzeuge (Car-Audio) 319
12.1 Car-Audio Lautsprecher kontra Heim-HiFi Lautsprecher 319
12.2 Geschlossene Räume im Vergleich mit Freifeldbedingungen 319
12.3 Der Einfluss geschlossener Räume auf die Tieftonwiedergabe 320
12.4 Computersimulation der Klangwiedergabe in geschlossenen Räumen 323
12.5 Konstruktionshinweise für optimale Wiedergabe der „Stereo-Mitte" 328
12.6 Schalldämmung und „Noise-Control" in Fahrzeugen 334

13. Zwei konkrete Konstruktionen: Ein vollständiges Lautsprechersystem für das Heimkino und ein Paar Studio-Monitore 337
13.1 Die LDC6 Lautsprecher für das Heimkino 338
13.2 Die vorderen Lautsprecher 338
13.2.1 Die Mitteltieftonchassis 338
13.2.2 Die Hochtonchassis 341
13.2.3 Die Simulation der Frequenzweiche 342
13.2.4 Der fertige Prototyp 345
13.2.5 Details der Konstruktion 347
13.3 Der Lautsprecher für den Mittenkanal 348
13.3.1 Die Tieftonchassis 349
13.3.2 Das Hochtonchassis 350
13.3.3 Die Simulation der Frequenzweiche 351
13.3.4 Der fertige Prototyp 353
13.3.5 Details der Konstruktion 355
13.4 Die rückwärtigen Surround-Lautsprecher 355
13.4.1 Das Tieftonchassis 356
13.4.2 Das Hochtonchassis 357
13.4.3 Die Simulation der Frequenzweiche 359
13.4.4 Der fertige Prototyp 361
13.4.5 Details der Konstruktion 362
13.5 Der aktive Subwoofer 362
13.5.1 Die Simulation für das Tieftonchassis 363
13.5.2 Der fertige Prototyp 365
13.5.3 Details der Konstruktion 366
13.6 Die Wiedergabeeigenschaften der Heimkino-Lautsprecher 366
13.7 Die LDC6 Studio-Monitore 367
13.7.1 Das Tieftonchassis 367
13.7.2 Das Hochtonchassis 370
13.7.3 Die Simulation der Frequenzweiche 371
13.7.4 Der fertige Prototyp 374
13.7.5 Details der Konstruktion 374
13.8 Die subjektiv bewerteten Wiedergabeeigenschaften der Monitore 377

14. CAD-Software 379
14.1 CAD-Programme zur Lautsprecherentwicklung 379
14.2 Übersicht weiterer CAD-Programme 387

Stichwortverzeichnis 397