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Bandpässe

Wenn man die Konstruktionszeichnung eines Bandpass-Gehäuses betrachtet, fällt es nicht schwer, die These von Armin Jost, Erfinder des Simulationsprogrammes “AJHorn”, zu verstehen, dass alle Bauformen von Lautsprecherboxen nur Varianten von Hörnern sind, denn ohne Zweifel scheint der Erfinder dieses Aufbaus lediglich den Trichterausgang vergessen oder ihn sehr kurz und gerade ausgelegt zu haben. Andererseits ist es auch nicht falsch, Bandpässe als geschlossene Gehäuse mit vorgesetztem akustischem Filter zu verstehen; doch wie immer man sie bezeichnet, sie gewinnen ihre Ausnahmestellung unter den Gehäuseformen durch die Einzigartigkeit, einem innen eingebauten Chassis nur in einem schmalen Frequenzband Schallabstrahlung zu erlauben. Daher werden sie ausschließlich für Subwooferkonstruktionen im Bereich bis 150 Hz verwendet.

Die Geschichte des Bandpasses beginnt entgegen landläufiger Meinung nicht erst im Jahre 1979 mit dem KEF-Entwickler Laurie Fincham und seinem AES-Artikel “A Bandpass Loudspeaker Enclosure”, das erste Patent wurde bereits 1934 vom Franzosen Andre D’Alton angemeldet, 1952 folgte Henry Lang, doch gab es damals kein wirtschaftliches Interesse an einer Nutzung des Bauprinzips. Als jedoch 1982 die Konstrukteure Augris und Santens in der französischen Zeitschrift “L’Audiophil” eine Taschenrechner-Berechnung veröffentlichten, wurde der Bandpass anwendbar. Seine wirtschaftliche Blüte erlangte er in einer 1965 von Bose patentierten Ausführung mit beidseitig ventilierten Kammern im dreiteiligen Acoustimass Lautsprechersystem. Zugänglich für den “Bastelamateur” machte ihn 1988 die Wiederveröffentlichung der Augris/Santens-Methodik durch Jean Margerand in “Speaker Builder”, dem in Deutschland kurze Zeit später die ersten Bausätze der Fidibus- und Intus-Serie von Dr. Manfred Hubert folgten. Durch den Eingang des Computers in die Konstruktionsarbeit und der damit verbundenen Rechengeschwindigkeit gibt es mittlerweile eine nahezu unüberschaubare Anzahl von Aufbau-Varianten mit teilweise kaskadierend ineinander verschachtelten Reflexkammern, die kein Mensch mehr verstehen könnte. So berechnet das von Adam Hall vertriebene Sim.-Prog. “Bassyst 2” einen Aufbau, bei dem ein beidseitig ventilierter Bandpass auf eine davor sitzende Reflexkammer arbeitet.

Verschiedene Bandpassgehäuse:

Bei unserer Betrachtung beschränken wir uns auf die klassische Form des Geschlossen/Reflex-Bandpasses.

In einem Bandpass-System befindet sich der Lautsprecher immer im Inneren der Box. Die Rückseite spielt auf ein geschlossenes Volumen Vr, die Front auf eine Reflexkammer Vf. Dieses mittels Reflexkanal abgestimmte System verhält sich wie ein Filter zweiter Ordnung an beiden Seiten des Übertragungsbandes (daher der Name), dessen Grenzen von der unteren (F1) und oberen (F2) -3dB-Frequenz, die auf der logarithmischen Frequenzskala symmetrisch zur Mittenfrequenz F0 liegen, gegeben sind. Die Bandbreite wird bestimmt durch den Dämpfungsfaktor S (ein dimensionsloser Wert zwischen 0 und 1), hierbei gilt: je kleiner S, desto breiter das Band, welliger der Frequenzgang und geringer der Wirkungsgrad. Mit Welligkeit wird der Lautstärkeunterschied zwischen F1 und F2 zu F0 bezeichnet, für S = 0,7 beträgt er 0 dB, für S = 0,5 ergibt sich eine Erhöhung bei F1 und F2 von (theoretischen) 1,25 dB, das bedeutet zugleich das beste Impulsverhalten bei S = 0,7.

Für einen gegebenen Treiber bestimmen die drei Konstruktionsvariablen Frontvolumen (Vf), Rückvolumen (Vr) und Mittenfrequenz des Bandpasses (F0) das Übertragungsverhalten des Gehäuses.

Das Frontvolumen hängt von den Chassis-Parametern und dem Dämpfungsfaktor S ab. Es errechnet sich aus:

Vf = (2 x S x Qts)² x Vas [1]

mit Qts = Freiluftgüte und Vas = Äquivalentvolumen des Chassis.

Das rückwärtige Volumen bestimmt das Frequenzverhalten und den Wirkungsgrad des Systems. Die Berechnung ist wie bei geschlossenen Boxen:

Vr = Vas / ((Qtc / Qts)² – 1) [2]

mit Qtc = Einbaugüte des Chassis und größer Qts.

Die Mittenfrequenz des Bandpasses entspricht der Einbauresonanz des Chassis in der geschlossenen Kammer und ist gegeben durch

F0 = Qtc x (Fs/Qts) [3]

mit Fs = Freiluftresonanz des Chassis

Die letzte zu bestimmende Größe ist die Tuningfrequenz der Bassreflexkammer und damit die Länge des Reflexrohres. Das System ist abgestimmt, wenn die Helmholz-Resonanzfrequenz (im Verhältnis zu Vf) und die Mittenfrequenz gleich sind. Damit ergibt sich aus der bekannten Formel für die Reflexrohrlänge:

L = 94248 x r² / (Vf x F0²) – 1,6 x r

mit L = Länge und r = Radius des Reflexrohres.

Zur Veränderung des Übertragungsverhaltens des Bandpasses stehen uns folgende Möglichkeiten zur Verfügung:

1. Änderung des Dämpfungsfaktors S

Durch Verkleinerung des Reflexgehäuses erhalten wir mit kleinerem S ein breiteres Frequenzband mit gleicher Mittenfrequenz, geringerem Wirkungsgrad und verschlechtertem Impulsverhalten, eine Vergrößerung bewirkt das Gegenteil. Da das Frontvolumen jedoch quadratisch proportional zum S steigt, zahlt man für ein verbessertes Impulsverhalten leider mit einer großen Box.

 2. Änderung des Einbau-Q Qtc

Die Vergrößerung des geschlossenen Gehäuses ergibt eine tiefere Abstimmung bei geringerem Wirkungsgrad und unveränderter Welligkeit und Bandbreite. Auch wenn die Darstellung der Diagramme uns glauben machen will, dass die Bandbreite sich mit steigendem Qtc verkleinert, sie beträgt für alle gleich etwa 50 Hz, während sie bei den oberen Diagrammen deutlich von ungefähr 90 Hz auf 30 Hz abnimmt.

In den Anfängen der Bandpass-Technik gab es wegen der Filterwirkung 2. Ordnung zu hohen Frequenzen immer wieder die Empfehlung, zu Gunsten des geringeren Qtc auf Frequenzweichen zu verzichten. Leider zeigen sich bei der Resonanz des Reflexrohres deutliche und klangstörende Peaks im Bereich von circa 500 bis 900 Hz und deren Vielfachen. Diese Tunnelresonanzen können nur durch aktive oder passive Filter begrenzt werden, wobei letztere eine Neuberechnung der Box bedingen, es sei denn, man hat vorher den ohm’schen Widerstand der Spulen berücksichtigt und in der Weiche eingehalten. Der Radius des Reflexrohres sollte zur Vermeidung von Strömungsgeräuschen möglichst groß gewählt werden und nicht unmittelbar unter oder über dem Basschassis enden.

Heute spielen Bandpass-Subwoofer kaum noch eine Rolle, da sie ihr gutes Impulsverhalten erst in einer recht großen Behausung zeigen, verlieren sie im Zeitalter der Miniaturisierung immer mehr an Verkäuflichkeit. Zudem stehen immer größere Verstärkerleistungen zur Verfügung, so dass selbst watthungige geschlossene Boxen mit einer zusätzlichen Tiefbassentzerrung in mehr als ausreichenden Lautstärken aufspielen. Eine Überlebenschance haben Bandpässe jedoch trotzdem als integrierte Subwoofer in Kombination mit einem kleinen Zwei-Wege-System, dem sie gleichzeitig als Ständer wie auch als unsichtbare Bassunterstützung dienen. Bei geeigneter Wahl der Lautsprecher kann sich so als angenehmer Nebeneffekt eines derartigen Aufbaus der ewige Streit um meist weibliche Boxengröße gegen meist männliche Bassgewalt ein für alle Mal erledigen. In diesem Zusammenhang sollte der interessierte Leser sein Augenmerk unbedingt auf die FT 10 richten, denn mit zwei unsichtbaren 13er-Chassis im Bandpass sowie einem weiteren 13er als Bassmitteltöner bietet sie bei geringsten Abmessungen den größten Hörspaß. Als Regalbox hat sich die FT 12 etabliert, die Dreiwegebox im Schuhkarton-Format.

So werden von mir weiterhin Bandpässe verwendet, die auf Basstiefe und und -präzision, nicht jedoch auf Lautstärke getrimmt sind.

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