Kleine Bauteilkunde


Die Qualität der Weichenbauteile sollte immer in einem vernünftigen Verhältnis zur Qualität und zum Preis der verwendeten Chassis stehen. Die klanglichen Vorzüge sehr teurer Bauteile liegen meist im Voodoo und die zum Teil extremen Mehrkosten lassen sich oft nur aus Sicht der Bauteilverkäufer rechtfertigen.

Spulen:
In meinen Schaltplänen wird durch das entsprechende Bauteilzeichen oder in meinen Weichenbeschreibungen explizip angegeben, welche Bauform für die jeweilige Spule empfohlen wird.


Neben der Induktion ist der Verlustwiderstand der Spulen zu beachten. Auch der Verlustwiderstand ist in meinen Schaltplänen angeben (meist als Spanne). Die Spulen der Frequenzweichen sollten keinen wesentlich höheren Verlustwiderstand als im Schaltbild angegeben aufweisen. Spulen mit geringeren Verlustwiderstand bringen jedoch auch kaum einen klanglichen Vorteil, im Gegenteil wird bei erheblicher Unterschreitung der angegebenen Verlustwiderstände der Spulen im Basszweig - ohne eine Anpassungen der übrigen Filterbauteile und ggf. auch des Gehäuses - ein leichter Verlust der Tiefbasswiedergabe und eine leichte Anhebung des Oberbassspegels und damit eine Änderung der tonalen Balance eintreten. Abweichungen von bis zu ca. +/-50% vom angegebenen Verlustwiderstandswert sind jedoch in der Regel vernachlässigbar, da kaum oder gar nicht hörbar.

In Saugkreisen - eine Reihenschaltung aus einem Widerstand, einer Spule und einem Kondensator, parallel zum Chassis - können wegen des hier meist erforderlichen großen Serienwiderstandes des Kreises auch sog. Entzerrerspulen mit hohen Verlustwiderständen verwendet werden. Der Verlustwiderstand dieser Spule muss dann natürlich vom Wert des Widerstandes im Saugkreis abgezogen weren. In meinen Schaltplänen wird i.d.R. auch der Gesamtwiderstand des Saugkreises angegeben.

Für den Tiefpassfilter im Bassbereich sind meist Spulen mit recht hohen Induktionen erforderlich, aber gelichzeitig sollen die Gleichstrom-Verlustwiderstände dieser Spulen nicht allzu groß werden (max. 10-15% der Abschlussimpedanz). Je größer der Verlustwiderstand der Spule um so mehr Leistung wird in der Weiche förmlich verbrannt, sprich in Wärme umgewandelt und ist dem Antrieb des Chassis entzogen, der Pegel sinkt und damit der Wirkungsgrad des gesamten Laustprechersystems.

Aber nicht nur der Pegel sinkt durch den Verlustwiderstand, sondern es ändert sich durch den Widerstand auch die Qüte des Systems.

Als Überschlagsformel für die Änderung der Güte gilt:
d = (Re + Rle) / Re
Qe' = Qe * d
Qt' = Qm * Qe' / (Qm + Qe')

Bei Spulen von Hochpässen und sog. Sperr- und Saugkreisen kann es jedoch durch aus vorkommen, dass Spulen mit höheren Verlustwiderständen genutzt werden können, weil ansonsten ein extra Dämpfungswiderstand in der Schaltung erforderlich wäre.

Bei hohen Induktionswerten - wie in Tiefpässen des Basszweiges - sind niederohmige Spulen i.d.R. nur als Kernspulen wirtschaftlich sinnvoll bzw. bezahlbar. Luftspulen mit den gleichen Werte sind nicht nur extrem teuer, sondern auch sehr groß und schwer. Daher werden für solche Werte fast immer Kernspulen verwendet. Kernspulen sind in diversen Ausführungen (z.B. Trafokern-, iKern-, Ferrit-Rollkern-, Ferrit-Glockenkern-, Rohrkernspule u.a.) erhältlich. Der wesentliche Unterschied der verschiedenen Bauarten liegt in der elektrischen Belastbarkeit der Bauteile. Kernsspulen sind nur bis zur ausgelegten Belastbarkeit betriebsfähig. Bei Überschreitung der Belastungsgrenze geht das Kernmaterial mehr oder minder abrupt in die sog. magnetische Sättigung. Dies führt neben einen erheblichen Anstieg des Klirrs auch dazu, dass die Induktion der Kernspule nicht mehr ihren Nennwert aufweist und somit ein deutlich höherer Strom durch die Weiche fließt und die Filterung nicht mehr korrekt funktioniert. Für Home-HiFi sind Ferritkernspulen meist niederohmig genug und auch hinsichtlich ihrer Sättigungsgrenzen i.d.R. völlig ausreichen. Bei sehr großen Leistungen (z.B. Partybeschallung oder PA) sollten Trafokernspulen verwendet werden.


Werden in Weichen Spulen mit anderen Induktionswerten als den Normwerten der E-12 oder E-24 Reihen erforderlich, können die erforderlichen Induktionwerte durch Abwicklung einiger Wicklungen von einer Spule mit dem nächsten größeren Normwert hergestellt werden. Ein sog. LCR-Messgerät ist zur Prüfung der abgewicklelten Spule jedoch sehr hilfreich. Auch viele Multitester stellen die Messung der Induktion zur Verfügung.


Kondensatoren:
Für den Bau von passiven Frequenzweichen können nur ungepolte Kondensatoren wie bipolare Elektrolytkondensatoren (kurz Elko) und (ungepolte) Folienkondensatoren verwendet werden. Gepolte Elkos - wie in vielen elektrischen Geräten zu finden - sind für den Lautsprecherbau nicht geeignet. In meinen Schaltplänen wird durch das entsprechende Bauteilzeichen oder in meinen Weichenbeschreibungen explizip angegeben, welche Bauart für den jeweilige Kondensator empfohlen wird.


Die klanglichen Auswirkungen von Kondensatoren unterschiedlicher Bauarten in passiven Frequenzweichen werden oft erheblich überschätzt.

    

Für den Bass- und Mitteltonzweig können ohne klangliche Einbußen durchaus preiswerte glatte bipolare oder moderne raue bipolare Elektrolytkondensatoren für alle Kondensatoren verwendet werden. MKT-, MKS- und MKP-Folienkondensatoren bieten jedoch gegenüber Elkos eine erheblich bessere Langzeitstabilität. Elkos haben die unschöne Eigenschaft, dass meist nach 5-10 Jahren die Kapazitätswerte zu driften beginnen. Je nach Ausführung und Hersteller kann die Kapazität langsam steigen oder auch fallen. Hinkommt, dass der Verlustwinkel und der ESR steigen. Die Filterfunktion der Weiche wird durch die Änderung der Bauteilwerte mehr oder weniger stark vom ursprünglichen Verlauf abweichen.

Die übrigen grundsätzlich besseren Eigenschaften von Folienkondensatoren sind aber in den für Lautsprecher relevanten Frequenz- und Spannungsbereiche so gut wie nicht relevant. Für alle Folienkondensatortypen gilt jedoch, dass sie bei gleicher Kapazität und gleicher Spannungsfestigkeit nicht nur erheblich größer, sondern auch erheblich teurer sind als bipolare Elektrolytkondensator. Die klanglichen Vorteile von Folienkondensatoren in passiven Frequenzweichen sind sehr gering, auch wenn die Werbung gern etwas anderes suggeriert. Im Baas- und Mitteltnbereich sind m.E. gar keine klanglichen Unterschiede zu guten bipolare Elko zu vernehmen. Allerdings können die Toleranzen von Elektrolytkondensator - je nach Spezifikation - nicht unerheblich größer ausfallen als bei Folienkondensatoren. Die größeren Toleranzen der Elkos sind es auch, die als Ursache für die häufig behaupteten klanglichen Unterschiede in Hörtests von Folienkondensatoren und Elkos verantwortlich zu machen sind. Für eine sehr gute Paargleichheit von Lautsprechern sollten daher die individuellen Kapazitätswerte bei Elkos stärker als bei Folienkondensatoren einer Selektion unterzogen werden.

Im Hochtonzweig kann es sowohl klanglich gerechtfertig als auch preislich vernünftig sein MKT Kondensatoren einzusetzen. MKP Kondensatoren bringen nach meiner Meinung allenfalls nur noch geringste hörbare klangliche Vorteile. Da die Mehrkosten für MKP- anstatt MKT-Kondensatoren im Hochtonzweig aufgrund der recht kleinen Kapazitätswerte jedoch relative gering sind, kann man um auch das hifidele Gewissen zu beruhigen durchaus MKPs verwenden.

Aus Gründen der Betriebssicherheit sollten alle Kondensatoren eine Spannungsfestigkeit von mind. ca. 35VAC*1 bzw. 100VDC*2 oder höher aufweisen. Je höher die Spannungsfestigkeit desto größer und teurer werden jedoch die Kondensatoren gleicher Kapazität. Im PA-Bereich sollten alle Kondensatoren eine Spannungsfertigkeit von mind. 50 VAC aufweisen. Da bipolare Elkos selten mit so hoher Wechselspannungsverträglichkeit angeboten werden, müssen bipolaren Elkos entweder in Serie geschaltet oder durch entsprechend spannungsfeste Folienkondensatoren ersetzt werden. Ist für Kondensatoren nur eine Spannung und diese nicht aussdrücklich als VAC angegeben, ist davon auszugehen, dass es sich bei der Angabe um die Gleichspannungsverträglichkeit handelt, die Wechselspannungsverträglichkeit beträgt dann etwas VAC ~ VDC / 2,8.

Werden in Weichen Kapazitätswerte mit anderen als den Normwerte der E-12 oder E-24 Reihen erforderlich, müssen die erforderlichen Werte durch Parallelschaltungen zusammengesetzt werden ( z.B. 147µF = 100µF || 47µF).


Widerstände:
Es sind neben dem Widerstandswert die Belastbarkeitswerte zu beachten. Soweit nicht angegeben sind i.d.R. für Widerstände im Bassbereich Belastbarkeitwerte von ca. 20 W oder mehr, Mitteltonbereich von ca. 10 W und bei starker Pegelabsenkung auch mal bis zu 20W ausreichend, bei Dauerbetrieb mit höheren Pegeln sollten die Belastbarkeitwerte von Widerständen um 50-100% höher gewählt werden. Tool zur Berechnung von Spannungsteilerwiderständen siehe hier


Im Bass- und Mitteltonzweigen können uneingeschränkt sog. Drahtzement- bzw. Drahtkeramikwiderstrände verwendet werden.

Auch im Hochtonzweig sind grundsätzlich auch zementierte Drahtwiderstände bzw. Keramikwiderstände geeignet. Zu beachten sind jedoch die Induktionswerte der Widerstände. Bei in Reihe zum Hochtonhassis liegende Widerstände kann sich grundsätzlich aufgrund der bauartbedingten kleinen Induktion der Widerstände ein leichter Pegelabfall zu höheren Frequenzen einstellen. I.d.R. liegen jedoch selbst bei zementierten Drahtwiderständen die Induktionswerte meist deutlich unter 0,01 mH. Ein Tiefpasseffekt ergibt sich damit bei einer Abschlussimpedanz von 4 Ohm erst oberhalb von 25 kHz.
Alternativ zu Drahtwiderständen kann man auch sog. Metalloxidwiderständen verwenden. Diese auch als MOX-Widerstände bezeichneten Bauteile weisen noch geringere Induktionswerte als Drahtwiderstände auf und werden mit Belastbarkeitswerten bis zu 20 Watt angeboten.

Werden andere Widerstandswerte als Werte der Normreihe der E-12 erforderlich, müssen die erforderlichen Werte durch Reihenschaltungen (z.B. 11 Ohm = 10 Ohm + 1 Ohm) oder Parallelschaltungen (z.B. 3.4 Ohm = 6,8 Ohm || 6,8 Ohm) ersetzt werden.


Sonderfall Widerstände in Saugkreiseen
Der Serienwiderstand im Saugkreis setzt sich aus dem Gleichstrom-Verlustwiderstand der Spule (Rle) + dem Widerstand (Re) zusammen. Der Gesamtwiderstand soll bei impedanzkorrigierenden Saugkreisen i.d.R. ca. der Nennimpedanz des Chassis (also i.d.R. 4 oder 8 Ohm) entsprechen, also ~Re = Nennimpedanz - Rle.


Anmerkungen: *1 VAC = Wechselspannung, *2 VDC = Gleichspannung

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