Frequenzweiche Test und Kaufberatung

Frequenzweiche versorgt die Töner mit den erforderlichen Frequenzbereichen

Der Frequenzweiche-Ratgeber behandelt ein wichtiges Themengebiet: Der Großteil der Lautsprecher beinhaltet eine derartige Weiche. Hierbei handelt es sich um ein entscheidendes Bauteil, das maßgeblich Einfluss auf die Klangqualität ausübt. Lediglich bei Breitbandtönern oder im Fall einer softwaregesteuerten Trennung der Frequenzen fehlt die besagte Komponente. Die Steuerung der Frequenzsplittung mit einer Software findet beispielsweise manchmal bei Raumfeld-Lautsprechern statt.

Weist ein Lautsprecher mehr als einen Töner auf und empfängt er ein ungetrenntes Signal vom Verstärker, bedarf es zwingend einer Frequenzweiche. Alternativ bezeichnen Fachleute im Frequenzweiche-Test den einzelnen Töner (ohne Gehäuse) als Chassis. Die Frequenzweiche splittet bei Mehrweg-Lautsprechersystemen das ursprüngliche Frequenzspektrum des Tonsignals auf. Frequenzen oberhalb beziehungsweise unterhalb von definierten Grenzwerten leitet die Frequenzweiche daraufhin gezielt weiter. Dadurch erhält jeder Töner im Lautsprecher die benötigten Signale. Somit gehen beispielsweise die hohen Frequenzen beinahe komplett an den Hochtöner. Dagegen bekommt der Tieftöner gezielt die tiefen Tonfrequenzen.

Folglich besteht die wesentliche Aufgabe der Frequenzweiche darin, jeden Töner mit einem ausgewählten Frequenzbereich zu versorgen. Das stellt sicher, dass jeder Töner optimal arbeitet. Letzteres führt zu zwei positiven Effekten. Einerseits verarbeitet jedes einzelne Chassis die Signale mit minimalsten Verfärbungen und Verzerrungen. Andererseits fördert das abgestimmte Frequenzspektrum die Lebensdauer des Lautsprechers.

Weitere Funktionen der Frequenzweiche im Lautsprecher

Zusätzlich zur Verteilung der gesplitteten Frequenzen an den einzelnen Chassis übernimmt die vorgestellte Komponente im Lautsprecher weitere Funktionen. Sie stimmt die verschiedenen Wirkungsgrade der eingesetzten Treiber aufeinander ab. Außerdem ermöglicht es die Frequenzweiche, unerwünschte Resonanzen zu verhindern oder bestimmte Akustikeigenschaften vom Gehäuse auszubalancieren.

Unterscheidung in Hoch- und Tiefpassfilter bei der Frequenzweiche

Die Hersteller sowie die Experten im Frequenzweiche-Test bezeichnen die erhältlichen Produkte gemäß ihrer Funktionsweise. Sogenannte Hochpassfilter dämpfen die tiefen Frequenzen. Folglich "passieren" die hohen Töne in diesem Fall die Frequenzweiche. Aus diesem Grund existiert im Fachjargon mit der "Tiefensperre" ein zweiter, alternativer Name. Den Gegenpart dazu stellt in der Frequenzweiche-Kaufberatung der Tiefpassfilter dar. Er lässt die tiefen Frequenzen passieren und arbeitet demnach in Kombination mit einem Tieftöner. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Frequenzweiche individuell zu konfigurieren und dadurch den Frequenzgang des Lautsprechers zu beeinflussen.

Aktive und passive Filter bei der Frequenzweiche

Im Hinblick auf das Funktionsprinzip kommen mehrere Alternativen infrage. Darüber klärt Sie der vorliegende Frequenzweiche-Ratgeber in diesem Abschnitt auf. Grundsätzlich differenzieren die Experten im Frequenzweiche-Test zwischen den folgenden technischen Ausführungen:

• Analog und Passiv,
• Analog und Aktiv,
• Digital und Aktiv

Unterschied zwischen analogen passiven und aktiven Bauteilen

Bei einer analogen, passiven Frequenzweiche finden Kondensatoren, Widerstände und Spulen Verwendung. Das bedeutet: Es fehlen spannungs- oder stromverstärkende Elemente wie beispielsweise Transistoren. Dagegen basiert die technische Konstruktion einer analogen, aktiven Weiche auf einer elektronischen Schaltung. Dasselbe trifft auch auf die digitale Variante zu. Passive Frequenzweichen befinden sich in der Schaltung zwischen dem Ausgang des Verstärkers und dem Lautsprecher. Hier lautet der Ratschlag der Frequenzweiche-Kaufberatung: Achten Sie auf eine möglichst geringe Anzahl an Bauteilen. Andernfalls besteht die Gefahr, dass sich das Signal aufgrund der Frequenzweiche verschlechtert.

Angesichts des direkten Kontakts mit dem Verstärker besitzen passive Frequenzweichen die Fähigkeit, große Spannungen zu verarbeiten. Das geht zwangsläufig mit größeren Abmessungen im Vergleich zur aktiven Variante einher. Dagegen schalten Sie eine analoge Aktiv-Frequenzweiche zwischen den Vor- und den Endverstärker. Demnach verarbeiten die aktiven Ausführungen das noch unverstärkte Signal. Da die auszuhaltenden Spannungen geringer ausfallen, gestalten sie sich von den Maßen her kleiner. Im Unterschied zur passiven Alternative weist die Aktivweiche einen eigenen Stromanschluss auf. Das erlaubt es, mit der Komponente Signale zu verstärken, zu dämpfen oder im Bassbereich zu entzerren.

Tipp der Frequenzweiche-Kaufberatung: Informieren Sie sich vor dem Kauf einer Frequenzweiche über den Aufbau Ihres Lautsprechers, in dem Sie das Bauteil einsetzen. Besteht der Lautsprecher lediglich aus einem Subwoofer und einem Hochtöner, bedarf es einer 2-Wege-Weiche. Weist das Gerät drei Komponenten mit Subwoofer, Hochtöner und Mitteltöner auf, benötigen Sie folgerichtig eine 3-Wege-Weiche.

Die Vorteile einer Aktivweiche

Legen Sie zudem fest, ob Sie eine aktive oder passive Frequenzweiche bevorzugen. Aufgrund der elektronischen Funktionsweise verspricht die aktive Ausführung im Frequenzweiche-Test bessere Ergebnisse. Allerdings weist Sie der Frequenzweiche-Ratgeber an dieser Stelle darauf hin, dass die Aktivweiche nicht für alle Lautsprechersysteme eignet. Das hängt mit der Anordnung des Bauteils zusammen. Die aktive Frequenzweiche arbeitet mit dem noch nicht verstärkten Signal. Dementsprechend benötigen Sie zwingend einen Endverstärker im System, der über mehrere Ausgänge verfügt.

Besitzt Ihr Lautsprecher beispielsweise drei unterschiedliche Töner, bedarf es eines Endverstärkers mit drei Ausgängen. Fehlen die Mehrfach-Ausgänge, fehlt dem Verstärker die Fähigkeit, das bereits gesplittete Signal gezielt weiterzugeben. Das Problem existiert bei Passivweichen nicht. Die passive Komponente schalten Sie hinter den Endverstärker. Dadurch benötigen Sie in diesem Fall lediglich einen Ausgang. Der Vollständigkeit halber weist sie der Frequenzweiche-Ratgeber darauf hin, dass Sie mitunter in Lautsprechern auch Kombinationen von aktiven und passiven Frequenzweichen vorfinden.

Informationen zu den digitalen Frequenzweichen

Aus der vorangegangenen Aufzählung in der Frequenzweiche-Kaufberatung wissen Sie bereits, dass mit den Digitalweichen eine weitere Kategorie existiert. Bei den digitalen Weichen handelt es sich stets um aktive Ausführungen. Ihr Betrieb setzt eine eigene Stromversorgung voraus. Zudem bedarf es für jede Ausgangsstufe eines eigenen Verstärkers, der sich in der Schaltung hinter der Frequenzweiche befindet.

Die digitale Signalverarbeitung geht im Frequenzweiche-Test mit einigen Vorteilen im Vergleich zu den analogen Varianten einher. Zunächst findet eine Digitalisierung des analogen Eingangssignals über einen sogenannten Analog-Digital-Wandler statt. Anschließend geschieht die eigentliche Filterung in einem digitalen Signalprozessor. Neben der Aufteilung der Frequenzen erfolgt zugleich eine Korrektur der Laufzeit sowie eine Entzerrung der Signale. Allerdings benötigt jeder Ausgang für einen bestimmten Frequenzbereich einen eigenen Digital-Analog-Wandler inklusive Verstärkerstufe. Dementsprechend geht die Digitalweiche mit einem höheren Aufwand im Hinblick auf die Konstruktion einher. Dafür zeichnet sich die vorgestellte Variante durch bessere Filterfunktionen aus.

Flankensteilheit einer Frequenzweiche entscheidet über die Intensität der Trennung

Ein wichtiger Begriff im Frequenzweiche-Test stellt die Flankensteilheit dar. Bei einer definierten Grenzfrequenz dämpft die Frequenzweiche die unerwünschten Anteile des Signals. Die Flankensteilheit bezieht sich auf die Intensität dieser Dämpfung. Je höher die Flankensteilheit ausfällt, desto höher gestaltet sich die Wirkung des Filters. Als Maßeinheit verwenden die Experten im Frequenzweiche-Test "Dezibel pro Oktave" (kurz db/Okt) für den Abfall des Signalpegels. Physikalisch gesehen entspricht eine Oktave einer Halbierung respektive Verdoppelung der Frequenz.

Die Reihenschaltung von mehreren Frequenzweichen mit derselben Wirkung führt zu einer addierten Wirkung. Liegt die Flankensteilheit eines Tiefpasses bei 6db/Okt, so führen drei in Reihe geschaltete identische Komponenten zu einer Flankensteilheit von insgesamt 18 dB/Okt. Alternativ verwenden manche Hersteller anstelle der Angabe in Dezibel pro Oktave einen Pol-Wert. Die auch als "Filter erster Ordnung" bezeichneten 1-Pol-Filter entsprechen einer Flankensteilheit von 6 dB/Okt.

Dementsprechend kommt ein Filter zweiter Ordnung auf eine Flankensteilheit von 12 dB/Okt, ein Filter dritter Ordnung auf 18 dB/Okt. Eine Frequenzweiche vierter Ordnung trennt mit 24 dB pro Oktave. Folgerichtig beträgt die Flankensteilheit einer Weiche fünfter Ordnung 30 dB/Okt. Bei einer geringen Flankensteilheit kommt es zu einem vergleichsweise sanften Übergang der einzelnen Frequenzbereiche. In den Übergangsbereichen arbeiten beide betroffenen Kanäle gleichzeitig. Dagegen bewirkt eine hohe Flankensteilheit eine sehr harte Trennung.

Feinjustierung der Frequenzweiche nach dem Kauf

Sofern Sie eine neue Frequenzweiche für Ihren Lautsprecher kaufen oder einen Lautsprecher selbst zusammenstellen, schließt sich die Feinjustierung an. Hierbei legen Sie beispielsweise die Trennfrequenz fest. Die richtige Einstellung hängt dabei von Ihrem individuellen Musikgeschmack ab. Informieren Sie sich in Anleitungen der Hersteller oder von Experten bezüglich des exakten Vorgehens.