PA Basics Teil 5: Lautsprecher & Aktivsysteme

10. Februar 2018

Lautsprecher & Aktivsysteme

Im vorigen Teil unserer Serie wurde das abgemischte Tonsignal durch allerhand Elektronik veredelt, um schließlich von der Endstufe die nötige Power zu erhalten, um einen Lautsprecher anzutreiben. Wie lässt sich nun der Gesamtsound durch die Auswahl geeigneter Lautsprecherboxen optimieren?

Lautsprecherchassis

Bevor wir uns mit Lautsprecherbauarten beschäftigen, sehen wir uns zunächst mal ein Lautsprecher-Chassis genauer an. Es gibt unterschiedliche Bauformen von Lautsprechern, im PA-Bereich hat der elektrodynamische Lautsprecher die größte Bedeutung. Bei einem konventionellen Speaker, wie er im Bild zu sehen ist, erkennt man die wesentlichen Bauteile bereits von außen. Eine Membran aus dünner, beschichteter Pappe, Aluminium oder Kunststoff ist eingspannt in einen meist stählernen Korb, an dem unten ein Dauermagnet angebracht ist. Wird die Membran in Schwingung versetzt, erzeugt sie Druckschwankungen, die das menschliche Ohr als Schall wahrnimmt. Je schneller die Membran schwingt (Frequenz), desto höher ist der erzeugte Ton, und je größer ihre Auslenkung (Amplitude), desto lauter wird der Ton.

Elektrodynamischer Lautsprecher

Einzelteile des Chassis: Membran, Zentrierspinne, Schwingspule und Dustcap

Um die Membran in Bewegung zu setzen, wird das Prinzip des stromdurchflossenen Leiters im Magnetfeld genutzt. Im Inneren des Lautsprechers befindet sich eine runde Schwingspule aus Draht. Der Spulenträger ist am unteren Ende der Membran befestigt und schwebt innerhalb des magnetischen Feldes in einem Schlitz im Dauermagneten. Die Drahtenden der Spule sind als Anschlüsse nach außen an den Korb geführt. Liegt dort eine Wechselspannung an, wird aufgrund des Magnetfeldes eine Kraft auf die nun stromdurchflossene Spule und damit auf die Membran ausgeübt – sie schwingt. Am oberen Ende des Chassis sorgt eine Gummisicke dafür, dass die Membran nach jedem Impuls wieder in ihre Ausgangsposition zurückkehrt. Die sogenannte Zentrierspinne fixiert auf die selbe Art den Spulenträger.

Lautsprecherkonzepte

Je nach Größe der Membran kann ein Lautsprecher unterschiedliche Frequenzbereiche verschieden gut wiedergeben. Daher lässt sich eine vernünftige Lautsprecherbox am einfachsten über ein geschlossenes Mehrwegsystem realisieren (nein, das hat in diesem Fall nichts mit Pfandflaschen zu tun). Wie im vorigen Teil der Serie bereits erwähnt, nutzt man passive Frequenzweichen, um das bereits verstärkte Tonsignal innerhalb der Box in einzelne Frequenzbereiche aufzusplitten. Meist arbeitet eine solche Lautsprecherbox mit einer Zwei- oder Drei-Weg-Weiche. Es werden also entweder ein Hoch- und ein Tiefmitteltöner verbaut oder je ein Hoch-, Mittel- und Tieftonlautsprecher. Der Mitteltöner muss in einer Drei-Wege-Box abgedeckt werden, damit er nicht vom Tieftöner zum Mitschwingen angeregt wird. Alle Lautsprecher strahlen den Schall direkt nach vorn ab. Um bei diesem System den rückwärtig abgestrahlten Schall effektiv zu nutzen, behilft man sich mit einem Trick, der erst in den Siebzigern perfektioniert wurde: Bassreflexboxen enthalten eine Öffnung mit einem Rohrfortsatz ins Innere der Box. In diesem Rohr schwingt die Luft und wirkt wie eine eigene Schallquelle. Durch korrekte Berechnung und Abstimmung von Lautsprecher, Gehäusegröße und Bassreflexrohr strahlt das Rohr im Tiefbassbereich erst dann intensiv Schall ab, wenn die direkte Schallabstrahlung der vorderen Membranseite bereits abnimmt. Diese Bauart findet Anwendung als Fullrange-Lautsprecher für kleine PAs, sowie als Gesangs- und Monitorbox.

Für die Baßwiedergabe und bei höheren Anforderungen an den Lautstärkepegel werden wesentlich effektivere Hornboxen eingesetzt. Die meisten Hornboxen sind für 15″ Lautsprecher konzipiert. Grundprinzip der Hornbox ist, dass der nach vorne abgestrahlte Schall des Lautsprechers über einen Trichter (Horn) geleitet wird. Der Lautsprecher selbst ist in einem geschlossenen Gehäuse untergebracht. Der nach hinten abgestrahlte Schall bleibt hier ungenutzt, außer bei Gehäusen, die über eine zusätzliche Baßreflex-Öffnung verfügen. Die einfachste Form dieser Bauart sind ist das front-loaded-Horn. Bei diesem Modell strahlt der Lautsprecher den Schall über ein relativ kurzes Horn direkt nach vorn ab (geeignet für Frequenzen bis 2 kHz). Sollen Baßwiedergabe und Wirkungsgrad weiter gesteigert werden, sind größere Trichter nötig, die nach Exponentialformeln berechnet werden müssen. Hornboxen werden daher häufig als Exponentialboxen bezeichnet. Länge des Trichters und Größe der Austrittsöffnung nehmen exponentiell zu, je tiefer die Frequenz liegt, die das Horn noch wiedergeben soll. Für eine Frequenz von 50 Hz ergibt sich beispielsweise eine Trichterlänge von etwa zwei Metern. Derartige Horngrößen können nur dadurch realisiert werden, dass das Horn im Gehäuse gefaltet wird (folded-horn-Box). Gefaltete Hörner sind hauptsächlich für Frequenzen bis 300 Hz geeignet. Eine weitere Variante der Hornbox stellt das rear-loaded-Gehäuse dar. Hier strahlt der Lautsprecher direkt nach vorne ab, der vom Lautsprecher nach hinten abgestrahlte Schall wird über ein Horn geleitet. Dank dieser Konstruktion erhöht sich der Wirkungsgrad im Baßbereich, der Schalldruck läßt jedoch bei größeren Distanzen stark nach, daher ist diese Box hauptsächlich für den Nahbereich bis 20 m geeignet.

Kleine PA-Systeme bestehen heutzutage häufig aus Subwoofern in Hornbauweise und 2-Weg-Bassreflexboxen als Satelliten. Das Hornprinzip findet bei den Hoch- und Mitteltönern von Fullrange-Bassreflexsystemen aber ebenfalls Anwendung, da hier die frequenzabhängige Austrittsöffnung sowie die Trichterlänge wesentlich kleiner gewählt werden kann. Gut zu sehen ist dieses Konzept bei der abgebildeten Mackie-Box.

3-Wege Fullrange Aktivsystem Mackie SR 1530z

Monitore

Eine wichtige Rolle spielen im PA-Bereich auch die Bühnenmonitore. Wie bereits im Mixer-Teil erwähnt, ist ein guter Bühnensound das A und O eines jeden Live-Gigs. Monitorboxen sind in der Regel Fullrange-Lautsprecher, deren schräge Bauart unterschiedliche Positionen auf dem Bühnenboden zulässt. Diese „Wedges“ können oft auch als Gesangs-PA verwendet werden. Wer bereits bei der Anschaffung der ersten kleinen Anlage auf diese Multifunktionalität achtet, kann die Gesangsboxen bei einer Erweiterung der Ausrüstung einfach zu Bühnenmonitoren umfunktionieren.

Aktive Systeme

Nun zu einem Punkt, der gerade für Einsteiger besonders interessant ist. Wir haben heute und im vorigen Teil nacheinander alle Einzelteile vom Mischerausgang bis zum Zuhörerohr durchgekaut und zumindest mental ein riesiges Rack für einen Haufen Geld zusammengestellt. Das Ganze gibt es natürlich auch fix und fertig. Aber es wäre schließlich langweilig gewesen, euch den komplizierteren Weg vorzuenthalten. Für bestimmte Bereiche (v.a. Großveranstaltungen) ist der modulare Aufbau einer PA auch durchaus sinnvoll. Aktive Systeme mit eingebauter Signalverarbeitung, je einer Endstufe für jeden Frequenzbereich (Stichworte: Bi- und Tri-Amping) und den entsprechenden Lautsprechern haben jedoch den großen Vorteil, dass alle Komponenten vom Hersteller perfekt aufeinander abgestimmt werden können. Die Elektronik sitzt direkt im Boxengehäuse und ermöglicht so auch die „Kommunikation“ zwischen Endstufe und Speaker. Bedienfehler und Defekte werden dadurch weitgehend ausgeschlossen. Inzwischen haben viele Firmen diese Technik optimiert und erschwinglich gemacht. Was früher dem High-End-Bereich vorbehalten war, steht jetzt auch für den Proberaum zur Verfügung. Für viele Anwendungen ist ein günstiges Aktivsystem plus eventuell ein Subwoofer perfekt geeignet und kinderleicht zu bedienen. Lange, schwere Lautsprecherkabel sind nicht mehr nötig, das symmetrische Line-Signal wird per XLR-Kabel direkt zur Lautsprecherbox geführt. Nebenbei wird dadurch auch noch die Gefahr von Einstreuungen und Brummgeräuschen gemindert.

Beliebte Aktivbox: JBL EON

Ausblick: Line Arrays

Wo konventionelle PA-Konzepte nicht mehr ausreichen, kommt der Begriff Line Array ins Spiel. Line Arrays sind aus kleinen, relativ kompakten und leichten Einzellautsprechern modular aufgebaut. Jedes Modul hat in der horizontalen Ebene einen definierten Abstrahlwinkel von 70 bis 110 Grad. Gruppiert man mehrere dieser Module übereinander, erhält man in der Vertikalen eine kohärente Wellenfront (im Gegensatz zu sphärischen Wellen, die von Einzellautsprechern erzeugt werden). Durch die vertikale Bündelung des Schalls wird auch über größere Distanzen genügend Schalldruckpegel erreicht, um Großveranstaltungen mit mehreren Zehntausend Zuschauern zu bedienen. Da Line Arrays jeden Punkt im Raum mit nur einem zusammengesetzten Lautsprecher pro Seite beschallen können, entstehen nahezu keine Interferenzen. Die korrekte Konzeption und Aufhängung (Fliegen) der charakteristischen bananenförmigen Arrays muss per Software für die jeweilige Anwendung berechnet werden.

Kleines Line Array von DB Technologies

Fazit

Alles in allem gibt es also eine Fülle von Möglichkeiten. Von praktischen All-In-One Lösungen bis zum komplett modularen und damit hochflexiblen Aufbau ist für jeden Nutzer und jede Anwendung etwas dabei. Auch für den Bereich der Endstufen und Lautsprecherboxen sei hier nocheinmal gesagt, dass bei jeder Kaufentscheidung immer der Grundsatz „Qualität vor Quantität“ gelten sollte. Sei es bei der Anzahl der Lautsprecher, der Wattzahl der Endstufe oder bei den Einstellungsmöglichkeiten des Speaker-Management-Systems.

Damit ist auch die letzte „Lektion“ der PA Basics abgeschlossen, mir bleibt nur noch zu sagen: Vielen Dank für die Aufmerksamkeit. Insgesamt hoffe ich, einen möglichst umfassenden Einblick in die PA-Welt gegeben zu haben, ohne die Einsteiger zu überfordern und die Profis zu langweilen. Ich freue mich über Fragen und Anregungen – einfach einen Kommentar abgeben, ich antworte so schnell wie möglich.

Forum
  1. Avatar
    AMAZONA Archiv

    Stichwort „Qualität vor Quantität“:
    Woran kann ich denn als Einsteiger, wenn man den Preis einmal außen vor läßt, das erkennen?

    Ist es vielleicht so, je weniger Regelmöglichkeiten ich habe desto bessere Qualität bei in etwa gleichem Preis?

Kommentar erstellen

Die AMAZONA.de-Kommentarfunktion ist Ihr Forum um sich persönlich zu den Inhalten der Artikel auszutauschen. Sich daraus ergebende Diskussionen sollten höflich und sachlich geführt werden. Haben Sie eigene Erfahrungen mit einem Produkt gemacht, stellen Sie diese bitte über die Funktion Leser-Story erstellen ein. Für persönliche Nachrichten verwenden Sie bitte die Nachrichtenfunktion im Profil.