Grundlagen:

Eine der häufigsten Fragen im Car-HiFi-Bereich ist das klassische „Ich habe mir Einzelwoofer XY gekauft, welches Bassgehäuse muss ich nehmen?“ Die Standardantwort „Kommt drauf an ...“ geben wir hier etwas ausführlicher.

Es gibt zwei entscheidende Faktoren für die Gehäusewahl, nämlich der Woofer und der Anwender. Jedes Subwooferchassis hat aufgrund seiner technischen Daten gewisse Vorlieben, ob es lieber in ventilierten Gehäusen, in geschlossenen Gehäusen oder gar Free-air benutzt werden will. Genauso entscheiden Musikgeschmack, Pegelanforderungen und der dem Bass zugestandene Platz zugunsten des einen oder anderen Funktionsprinzips. Geschlossene Gehäuse empfehlen sich für Klangliebhaber, die vielleicht auf den letzten Rest Pegel verzichten können, sie zeichnen sich durch eine besonders saubere Wiedergabe aus. Für Platzsparer sind sie erste Wahl, da sie in der Regel deutlich kleiner als ventilierte Gehäuse ausfallen. Ventilierte Gehäuse, also Bassreflex oder Bandpass (welches von beiden ist dem Subwoofer egal), sind pegelstark, aber groß. Bassreflex hat gerade im Tiefbass (bzw. am unteren Übertragungsende) Vorteile, da dort das Reflexrohr optimal arbeitet. Schließlich gibt es (heutzutage wenige) Woofer, die gerne Free-air, also ohne Gehäuse durch die Skisacköffnung spielen. Die Vorteile liegen auf der Hand: Es wird kein Gehäuse benötigt und der Klang ist mit geschlossenen Gehäusen vergleichbar. Der Nachteil ist, dass eine schalldichte Abtrennung zwischen Kofferraum (der ist das Gehäuse) und Fahrgastraum bestehen muss, was nur im Stufenheck sinnvoll geht. Es eignen sich am besten große Woofer ab 15“. Wird der Woofer gefragt, in welchem Gehäuse er spielen möchte, antwortet er immer mit seinen TSP. An diesen Thiele-Small-Parametern führt kein Weg vorbei! Unbedingt benötigt werden Qts, fs und Vas, ausführlichere Daten können je nach Berechnungsmethode nicht schaden. Heutzutage arbeitet man mit Berechnungsprogrammen wie dem kostenlosen WinISD (www.linearteam.dk), das sich auch für Anfänger empfiehlt. Doch bevor es losgeht, sollte man sich noch mit den TSP vertraut machen (siehe Kasten Seite 106), da wie gesagt ohne sie nix geht.

Gehäuseprinzip

Um zu entscheiden, in welchem Gehäuseprinzip sich ein Woofer am Besten oder überhaupt nicht eignet, gibt es ein paar Faustregeln. Zu nennen ist hier das Efficiency Bandwidth-Product (EBP), das sich aus fs/Qes (näherungsweise fc/Qts) berechnet. Liegt der Wert bei 100 oder darüber, eignet sich der Treiber für ventilierte Konstruktionen; liegt er eher bei 50, spricht dies für geschlossen. Das EBP ist jedoch nur ein grober Anhaltspunkt. Besser, man simuliert das Verhalten direkt mit einem Programm und beurteilt die Simulation. Hier gibt es folgende Richtschnur: Bei Bassreflexboxen orientiert man sich am Frequenzgang. Dieser sollte linear sein; Überhöhungen deuten unsaubere Wiedergabe an, bei Dellen nach unten wird Pegel verschenkt. Je nach Musikgeschmack versucht man dann, eine passende untere Grenzfrequenz einzustellen: Für Rock und Charts reichen 40 Hz vollkommen, mit 35 Hz ist man eigentlich immer auf der sicheren Seite und nur für die absoluten Dunkelbassfanatiker empfehlen sich tiefere Abstimmungen. Wenn überhaupt – sowas muss erst einmal der Woofer mitmachen – klanglich reichen die 35 Hz auch für echten Tiefbass. So, jetzt geht’s ans Eingemachte: Mit einem repräsentativen Markenwoofer (GZHW 30X) und dem bei linearteam.dk heruntergeladenen WinISD geht es los.

Schritt 1: Vor dem Wooferkauf!

Es wurde bereits erwähnt: Ohne TSP geht nichts! Man muss sich also informieren, ob ein Datenblatt dabei ist, was bei Markengeräten der Fall sein sollte. Wer beim Fachhändler kauft, ist ebenfalls auf der sicheren Seite und darf auf dessen Service zählen. Auf der anderen Seite wird so manches Internetschnäppchen als Fehlkauf enttarnt: Entweder es gibt keine Daten oder die Simulation vor dem Kauf ergibt unbauchbares Verhalten im Wunschgehäuse. Datenblätter gibt es vom Verkäufer oder im Internet beim Hersteller. In unserem Fall nach kurzer Recherche bei Ground Zero: Unter www.ground-zero-audio.com gibt es für alle Subwoofer vollständige Daten. Das Ergebnis für den GZHW 30X: Qts 0,33/fs 23,5 Hz/ Vas 62 l.

Schritt 2: Dateneingabe

Nach kurzer Lektüre der Hilfefunktion gelingt in WinISD das Anlegen eines neuen Projekts samt Eingabe der GZHW-Daten als eigener Treiber in der Datenbank. Wir konfigurieren unser Projekt als Box mit einem Treiber in normaler Anordnung. Da wir noch nicht wissen, in welchem Prinzip wir den Woofer verwenden wollen, wählen wir einfach mal die geschlossene Variante.

Schritt 3: geschlossen

Sofort macht WinISD einen Vorschlag mit der lehrbuchmäßigen Einbaugüte von Qtc = 0,71; das Ergebnis sind 17,3 Liter bei naturgemäß schnurgeradem Frequenzgang. Das Volumen würde bereits gefallen, die –3-dB-Frequenz von 52 Hz ist noch gerade im grünen Bereich. Durch Vergrößern auf 27 l bei qtc = 0,6 ließe sich durch den flacheren Kurvenverlauf etwas mehr Schalldruck untenrum herausholen – bei 40 Hz lesen wir aber nur 1 dB mehr ab als beim 17,3-l-Gehäuse. Als Ergebnis halten wir fest: Der GZHW lässt sich geschlossen verwenden; mit einer schön handlichen Box und einer sauberen Klang verheißenden Einbaugüte sieht das schon ganz gut aus. Die hohe Grenzfrequenz lässt aber nicht auf berauschend viel Tiefbass hoffen.

Schritt 4: bassreflex

Im nächsten Versuch wählen wir wieder die normale Treiberbestückung, dann aber das Bassreflexgehäuse. Wieder ist bereits beim Klick auf „Box“ ein sinnvoller Vorschlag auf dem Schirm. 32 Liter und eine Tuningfrequenz fb = 28,86 Hz ergeben einen glatten Verlauf mit einem –3-dB-Punkt von 32 Hz. Viel besser geht’s nicht! Diesen Vorschlag können wir sofort übernehmen. Spaßeshalber vergrößern wir die Box auf 41 Liter und korrigieren die Tuningfrequenz etwas nach unten auf 27,49 Hz und erhalten die Tiefbassvariante, die bis 28 Hz hinunter läuft. Ergebnis: Der GZHW eignet sich perfekt für bassreflex!

Schritt 5: Reflexrohr

Im Datenfenster gehen wir wieder auf 34,3l/34,94 Hz und wählen dann „Vents“. Jetzt lassen sich die Einstellungen für das/die BR-Rohr(e) ändern. Neben Rohr- oder Tunnelform können wir im Wesentlichen den Rohrdurchmesser eingeben, WinISD nennt uns dann die passende Länge. In unserem Fall erscheint bereits automatisch ein 10-cm-Rohr mit 82,8 cm Länge. Der Durchmesser ist in Ordnung für einen 12“-Woofer, die Länge wird kritisch. Eine Beschwerde von WinISD nehmen wir zur Kenntnis: Im Fenster „Vent mach“ erscheint eine rote Fehlermeldung, weil wir bei den Wooferdaten keine Angabe zur Leistungsaufnahme/Belastbarkeit gemacht haben und so die Berechnung der Luftgeschwindigkeit im Rohr (als Hinweis auf Strömungsgeräusche) unmöglich ist. Das stört uns hier aber nicht, wir arbeiten mit einem 10er-Rohr (siehe Tipps) und gut ist.

Schritt 6: Gehäuseabmessungen

Zurück unter „Box“ klicken wir jetzt „Box shape“ an, um einen Schritt weiter in Richtung Bauplan zu kommen. Ein Klick auf „Optimum“ erzeugt den ersten Vorschlag: 32,2 x 51,5 x 19,3 cm Innenmaß. Das hat zwei Haken: Unser BR-Rohr von 80 cm passt nie und nimmer. Zweitens ist die kürzeste Kante nur 19,3 cm. Unser GZHW würde zwar passen mit seiner Einbautiefe von 16,2 cm, aber dennoch ist die Wand zu nah an seinem Rücken, was einen unangenehmen Strahlungswiderstand zur Folge hätte (siehe Tipps). Damit der Woofer nach innen gut blasen kann, sollten es 25 cm sein. Einzig das dritte Maß ist mit 32,2 cm ok, aber auch nicht üppig, denn der Woofer hat ein Einbaumaß von 27,9 cm, was auch nur 2 cm Luft zu den Wänden bedeutet. Unsere Box ist irgendwie zu klein, oder?

Schritt 7: Korrekturen

Doch halt! Wir haben ja die Verdrängung von Woofer und Rohr vergessen: mit 3 Litern für den 12“ und 6 fürs Rohr landen wir bei 41 statt 32 l – jetzt INNENvolumen statt NETTOvolumen. Also korrigieren wir diesen Wert im Eingabefenster. Achtung: WinISD rechnet selbstverständlich einen neuen Frequenzgang und ein neues Reflexrohr aus, weil das Programm immer mit NETTOvolumen rechnet. Wir müssen für die ursprüngliche Abstimmung jedoch das alte Rohr verwenden! Zurück im Gehäuseeditor sieht unsere Kiste bereits ein wenig freundlicher aus. WinISD sagt 35 x 55,9 x 21 cm. Nach Vorgeben von 24 cm und 33 cm Minimalmaß ergibt sich die lange Kante zu 51,8 cm – immer noch viel zu kurz für unser 80 cm langes Rohr ... >b>Schritt 7: Mehr Korrekturen

Wir haben jetzt die Möglichkeit, entweder die Box länger oder das Rohr kürzer zu machen. Beim Verkleinern des Rohrdurchmessers errechnet sich automatisch eine kürzere Rohrlänge; wegen der Strömungsgeräusche ist aber ein kleineres Rohr ungünstig. Die Box muss definitiv größer werden, was zudem einen angenehmen Nebeneffekt hat: Für größere Boxen ergeben sich ohnehin kürzere Rohre! Eine Vergrößerung des NETTOvolumens auf 50 l mit einer Tuningfrequenz von 30 Hz ergibt einen Frequenzverlauf ohne nennenswerte Dellen und mit einem Extra-dB untendrauf, was zwar nicht hundertprozentig ideal, aber völlig im grünen Bereich liegt. Und das BR-Rohr für 50 l ist zudem viel freundlicher als das für 32 l, nämlich „nur“ 45 cm lang. Mit dem neuen Rohr kommen wir jetzt auf 57,5 l INNENvolumen, damit finden wir im Kistenfenster unter „Optimum“ jetzt Abmessungen von 39,1 x 62,6 x 23,5 cm. Damit passen Woofer und BR-Rohr nun locker in die Kiste. Wer will, kann sich die Proportionen nach Bedarf zurechtschieben, z.B. um dem Woofer die Wand im Rücken etwas wegzuschieben. Wir entscheiden uns für die endgültigen Innenmaße von 38 x 54 x 28 cm. So sind es bei 22 mm Wandstärke 11 cm vom Rohr bis zur Wand. Schon wegen der Trompetenöffnungen muss die Rohrlänge nicht auf den Zehntelmillimeter eingehalten werden, die Praxis zeigt, dass zwei Zentimeter weniger nicht zu bemerken sind. Genauso ist beim Volumen ein klein wenig Schummeln erlaubt. Wenn man sich klarmacht, dass es so etwas wie Serienstreuung gibt und vor allem, dass die Realität sich von einer Simulation nicht unbedingt beeindruckt zeigen muss, sieht man das Ergebnis etwas lockerer.

Fehlen noch die Außenabmessungen. WinISD bietet zwar an, die Wandstärke einzugeben, aber so schlau, danach alle Maße anzupassen, ist es dann aber nicht. Wer will, kann von Anfang an mit Außenmaßen arbeiten (z.B. wenn die Box exakt in eine Lücke passen muss). Für uns ist es aber am einfachsten, die doppelte Wandstärke aufs Innenmaß zu schlagen, das ergibt für 22er MDF 42,4 x 58,4 x 32,4 cm. Anhand einer Zeichnung kann man sich klarmachen, wie jetzt die sechs Bretter geschnitten werden müssen. Nämlich je zwei gegenüberliegende mit den Maßen außen/außen, außen/innen und innen/innen. Die schönste, nämlich die durchgehende Seite ohne Schnittkanten, nehmen wir als Schallwand, so hat der Druckgusskorb des Woofers eine ebene Aufl agefläche. Es ergibt sich eine Einkaufsliste mit je zwei Stück: 58,4 x 42,4 cm, 58,4 x 28 cm und 38 x 28 cm. Noch ein Tipp aus der Praxis: Die Stücklisten gleich mit verschiedenen Wandstärken mit zum Einkaufen zu nehmen, kann Nerven sparen. Manche Baumärkte haben 18er-MDF, andere 19er. Und wenn der Vordermann das letzte Stück weggekauft hat, nimmt man lieber 22er-Material mit, als samstags nachmittags einen anderen Baumarkt zu suchen.

Thiele-Small-Parameter

• Qts: Gesamtgüte (Freiluft)

Die Güte ist ein Maß für die Dämpfung des Schwingsystems, welche die Membran nach Anregung wieder zur Ruhe bringt. Hohe Gütewerte bedeuten schwache Dämpfung, niedrige Q-Werte starke Dämpfung. Wäre eine Lautsprechermembran ungedämpft, würde sie unkontrolliert bis zur Zerstörung schwingen bzw. unendlich lange nachschwingen. Qts setzt sich aus einem mechanischen (Qms) und einem elektrischen Anteil (Qes) zusammen. In die geschlossene Box eingebaut, wird aus der Freiluftgüte Qts die Einbaugüte Qtc.

• fs: Resonanzfrequenz (Freiluft)

Als Resonanz bezeichnet man das Phänomen, dass ein schwingfähiges System bereits auf geringe Anregung mit maximaler Amplitude reagiert. Dazu muss die anregende Frequenz mit der Eigenfrequenz des Systems übereinstimmen. Diese Eigenfrequenz ist eine bauartbedingte Eigenschaft eines Systems, also auch eines Lautsprechers. Viel Masse und eine weiche Aufhängung erzeugen beim Lautsprecher tiefe Resonanzfrequenzen und umgekehrt.

• Mms: bewegte Masse

Zur bewegten Masse zählen die Membran und die Bauteile, die mit ihr verbunden sind. Das wären Dustcap, Schwingspule mit Träger und die beiden Aufhängungsteile Zentrierspinne und Sicke (deren mitbewegte Anteile, außen sitzen die Teile ja am Korb fest).

• Cms: Nachgiebigkeit der Membranaufhängung

Die beiden Aufhängungsteile Zentrierspinne und Sicke bilden eine elastische Aufhängung der Membran, so dass diese sich wieder in die Nulllage zurückbewegt. Die Federkraft wird durch Cms ausgedrückt. Dabei gibt Cms aber die Nachgiebigkeit an, ein hohes Cms bedeutet eine weiche Feder und umgekehrt.

• Vas: Äquivalentvolumen

Vas ist als eine handliche Hilfsgröße zur Lautsprecherentwicklung definiert. anschaulich kann man sich die Luft in einem geschlossenen Gehäuse als Feder vorstellen, die umso härter wird, je kleiner das Volumen ist. Vas entspricht genau dem Luftvolumen, das so viel Federstärke hat wie die Membranaufhängung.

• Rms: mechanischer Verlustwiderstand

Rms entspricht den Reibungsverlusten in der Aufhängung zuzüglich der Reibung durch Luftverwirbelung und -kompression sowie Verlusten durch elektrische Wirbelströme in Alu- Schwingspulenträgern.

• Sd: Membranfläche

Zum Membrandurchmesser zählt auch ca. die Hälfte der Sicke, weil diese mitbewegt wird.

• Re (oder Rdc): Gleichstromwiderstand

Elektrischer (Ohm‘scher) Widerstand der Schwingspule. Der Widerstand ist frequenzabhängig und heißt Impedanz. Die Nennimpedanz Z ist grob gesagt ein aufgerundetes Rdc und charakterisiert als „Ohmzahl“ den Lautsprecher. Gängige Werte sind 2 und 4 Ohm, bei Doppelschwingspulen 2 x 2 und 2 x 4 Ohm. Der Wert ist wichtig für den Verstärker. Liegt die Impedanz zu niedrig, kann man sich das sich wie einen Kurzschluss vorstellen – es fließt zu viel Strom durch den Verstärker und die Endtransistoren rauchen ab.

• B x l: „B-L-Produkt“

Produkt aus magnetischer Flussdichte B und (im Magnetspalt befindliche) Länge des Schwingspulendrahts. Hängt von der Stärke des Magnets ab, aber auch von der geometrischen Konstruktion

• fc: Einbauresonanz

Baut man den Lautsprecher in ein geschlossenes Gehäuse ein, kommt zur Federkraft der Membranaufhängung die Luftfederwirkung des Gehäuses hinzu. Das Resultat ist ein Ansteigen der Resonanzfrequenz von fs nach fc. Je kleiner das Gehäuse, umso höher fc. Die untere Grenzfrequenz (auch f3, -3-dB-Freuenz) hängt direkt von fc ab, daher darf fc in der Praxis nicht zu hoch sein.

• Qtc: Einbaugüte

Wie bei der Einbauresonanzfrequenz erhöht sich auch die Schwingungsgüte im geschlossenen Gehäuse von Qts auf Qtc. Qtc ist ein Maß für das Ausschwingverhalten und damit für eine saubere, präzise Musikwiedergabe. Als ideal wird ein Wert von 0,7 angesehen.

Tipps

• BR-Rohr –

Für eine gegebene Reflexabstimmfrequenz wird das Rohr umso länger, je kleiner das Gehäusevolumen ist und je größer der Rohrdurchmesser ist. Außen und auch innen mit „Trompete“, es gibt universelle Rohre, die passend abgelängt werden können. Als Rohrdurchmesser nimmt man so viel wie möglich (und reinpasst – Länge beachten!). Faustregel: für einen 12“-Sub Minimum 7 cm Durchmesser, besser 10 oder 2 x 7 cm. Für einen 15“ Minimum 10, besser 15 oder 2 x 10 cm. Eine gute Alternative zum Plastikrohr ist ein Holztunnel von gleicher Querschnittfläche, dessen Öffnungen genauso strömungsgünstig abgerundet werden.

• Proportionen –

Einem Subwoofer ist seine Form erst einmal egal. (Und er hat überhaupt keine Angst vor stehenden Wellen – bei einem Wandabstand von 50 cm ergibt sich die tiefstfrequente Wellenlänge zu 1 m, das sind 340 Hz und damit keine relevante Frequenz für Subwoofer.) Dennoch sollte man auf einen minimalen Wandabstand von mehr als 20 cm (für einen 12“-Woofer) achten. Auch wenn Flachgehäuse gerade gefragt sind, keine Membran mag es gerne, unmittelbar gegen eine Wand zu trommeln. Ähnlich sieht es das Reflexrohr: Um frei blasen zu können, sollten zur Wand 8–10 cm Platz bleiben. Schließlich sollte man auch Außen- und Einbaudurchmesser des Woofers im Hinterkopf behalten. Der Treiber soll möglichst nicht eingezwängt werden. Zu guter Letzt kann es bei einer ungünstigen Kombination von großer Einbautiefe des Woofers und großem Reflexrohrdurchmesser eng werden.

• Netto-/Innenvolumen –

Subwoofer und Boxenberechnungsprogramme kümmern sich nur um das Nettovolumen, also das Luftvolumen in der Box, das tatsächlich zur Funktion als Luftfeder zur Verfügung steht. Beim Subwooferbau muss zusätzlich die Luftverdrängung von Woofer (Membrankonus und Magnet), Bassreflexrohr und die eventueller Versteifungsbretter berücksichtigt werden. Es gilt: INNENvolumen = NETTOvolumen + Woofer + Rohr + Versteifungen. Das Rohrvolumen kann man mit der Formel Kreisfläche x Länge berechnen, ein 10er Rohr hat z.B. 78,5 cm2, was bei 30 cm Länge 2355 cm3 (also knapp 2,5 Liter) ergibt. Für den Woofer rechnet man überschlagsweise 2 l (10“), 3,5 l (12“) und 7 l (15“).

• Boxentuning –

Versteifungen in Form von Kantenleisten oder Stabilisierungsbrettern für großflächige Wände sind immer erlaubt und erwünscht. Auch lange Bassreflexrohre freuen sich über ein Brettchen als Unterbau. Obwohl für einen Subwoofer kein Dämpfungsmaterial erforderlich ist, empfiehlt sich bei geschlossenen Boxen ein wenig Polyestervlies oder Muhwolle locker im Inneren verteilt, bei Reflexkisten kann man die Wände mit Noppenschaum oder Weichfaserplatte bekleben. Achtung: Bei ventilierten Konstruktionen darf kein Material im Inneren herumfliegen und das Rohr muss frei atmen können. Dies gilt auch für den Woofer: Er freut sich über eine strömungsgünstige Abrundung bzw. Erweiterung seines Ausschnitts nach innen – gerade bei dicken Wänden und bei Woofern mit kleinen Korbfenstern ist dies anzuraten.

• Material –

Ein Subgehäuse sollte so stabil wie möglich ausfallen, hier gilt entweder „viel hilft viel“ oder das Versteifungsprinzip. Als Baumaterial kommt in erster Linier MDF infrage, Sparfüchse können zur Not Spanplatte nehmen. Als Wandstärke sollte man sich für einen ausgewachsenen 12“-Sub 19 Millimeter gönnen, ein kleiner 8“ in beengten Verhältnissen geht auch mit 16er oder gar 12er (wenn man Versteifungsmaßnahmen mit einplant). Nach oben sind klanglich keine Grenzen gesetzt – hier bestimmen Gewicht und Preis die Entscheidung.

Fazit

Auch beim Umgang mit TSP und Simulationen gilt: Übung macht den Meister. Fleißiges Ausprobieren und Spielen mit verschiedenen Wooferdaten hilft, die Zusammenhänge zu verstehen. Auch wird es vorkommen, dass das Simulationsprogramm völligen „Mist“ ausgibt, zum Beispiel geschlossene Gehäuse von 1,7 Litern (bei sehr kleinem Qts) oder Bassreflexkisten, die 1700 Liter groß sein sollen (bei sehr großem Qts). Dies ist entweder ein Zeichen dafür, dass sich der Treiber nicht für die Gehäusebauart eignet oder dass die Daten falsch sind. Manchmal jedoch kann man auch aus einer auf den ersten Blick unmöglichen Reflexkiste noch eine funktionierende Box machen, wenn man etwas am Frequenzgang biegt. Lehrreich ist es ebenfalls, „bekannte“ Beispiele nachzurechnen, wie etwa die in CAR&HIFI getesteten und gemessenen Woofer. Natürlich gibt es außer WinISD noch einige andere Möglichkeiten im Netz und auch WinISD bietet viel mehr als die hier beschriebenen Funktionen, z.B. Bandpässe, Maximalpegel, keilförmige Boxen usw. Klar ist jedenfalls: Ohne verlässliche Daten braucht man nicht über ein Subwooferprojekt nachzudenken. Andersherum steht mit einem Satzn Thiele-Small-Parameter einem erfolgreichen Wooferbau nichts mehr im Wege. Viel Spaß dabei!