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Wissenswertes über Frequenzweichen

Wenn jeder Lautsprecher das macht, was er am besten kann, ist das Ergebnis deutlich effizienter und klingt aufgeräumter, als wenn alle Lautsprecher dasselbe tun. Dafür ist in der Praxis eine Frequenzweiche zuständig. In aktiven Lautsprecherboxen ist so eine Frequenzweiche in der Regel bereits eingebaut und ordnet den einzelnen Lautsprechern (Bass-Lautsprecher und Hochtöner) einen bestimmten Frequenzbereich zu. Werden verschiedene Lautsprechertypen in einem oder mehreren Gehäusen miteinander kombiniert, ist eine Frequenzweiche für gute Ergebnisse essenziell.

Wir unterscheiden zwischen:

1. Einfache Frequenzweichen
2. Lautsprecher-Management-Systemen

Zweck

Wird ein aktives System mit Subwoofer und Topteilen angeschafft, das bereits aufeinander abgestimmt ist, so ist eine weitere Frequenzweiche nicht mehr notwendig. Werden allerdings Mehrweg-Systeme selbst erstellt, macht es Sinn, die Frequenzen des gesamten Spektrums auf verschiedene Lautsprecher zu verteilen. Das kann innerhalb eines einzelnen Lautsprechergehäuses oder zwischen mehreren Boxen erfolgen. Bei Subwoofern ist der Bereich zwischen 80 und 120 als sogenannte Trennfrequenz gängig, damit er sich unterhalb dieser Grenze auf seine Stärke (die Bässe) fokussieren kann. Die übrigen Frequenzen gehen an die Mittel- beziehungsweise Hochtöner. Handelt es sich nicht nur um ein 2-Wege-System, wird eine zusätzliche Frequenzweiche benötigt, die mittlere und hohe Frequenzen wiederum aufteilt und entsprechend zu den Lautsprechern, beziehungsweise Endstufen (bei Passiv-Systemen), führt. Dieser Vorgang lässt sich natürlich noch weiter fortsetzen. Weiterhin schützt eine richtig abgestimmte Frequenzweiche einen Lautsprecher vor Resonanzfrequenzen, bei denen eine bestimmte Tonhöhe das Gehäuse in Schwingung versetzt und damit die Amplitude verstärkt, bis eine Verzerrung entsteht.

Das Gegenteil zu einem System mit unterteilten Frequenzen sind sogenannte Breitbandlautsprecher. Hier wird nichts getrennt, und ein einzelner Lautsprecher übernimmt alle Frequenzen vollkommen ungefiltert, was auf Kosten der Effizienz und mit Klangeinbußen geschieht. In einigen modernen Lautsprechern, die im Hi-Fi-/Hausgebrauch zu finden sind, wird die Trennung der Frequenzen alternativ von einer Software erledigt.

Aktiver/passiver Lautsprecher
Ein Lautsprecher muss immer mit einer passenden Endstufe betrieben werden, die auch im Gehäuse-Inneren sein kann. In diesem Fall sprechen wir von einem aktiven System, und der Lautsprecher (genau genommen die darin befindliche Endstufe) muss mit Strom versorgt werden. Bei Systemen mit mehreren Komponenten (Beispiel Satelliten- oder Säulen-PA) ist eine Endstufe meistens in den Subwoofer integriert und mit einem Lautsprecherkabel oder individuellen Steckverbindung mit dem Topteil oder der Säule verbunden. Bei passiven Lautsprecher-Systemen ist die Endstufe außerhalb des Gehäuses und der Lautsprecher besitzt nur einen Lautsprecheranschluss (meistens Speakon oder Klinke bei Gitarrenboxen).

1. Einfache Frequenzweichen

Reine Frequenzweichen brauchen lediglich wenige Regler, um die Übernahmefrequenz zwischen Subwoofer und Satelliten zu bestimmen und um Lautstärkeverhältnisse aufeinander abzustimmen. Auch ein Schalter zur Phasenumkehrung ist in der Regel vorhanden. Auf der Rückseite sind die Eingangsbuchsen, sowie die verschiedenen Ausgangsbuchsen für die einzelnen Frequenzbereiche zu finden (meist Cinch oder XLR).

Hochpass- und Tiefpassfilter
Diese Filter-Varianten kann man sich wie ein Gatter vorstellen, welches nur bestimmte Frequenzen oberhalb oder unterhalb einer Grenze durchlässt. Ist ein Low Cut aktiviert, werden Frequenzen unterhalb dieser Grenze "abgeschnitten", was den Bass-Bereich spürbar aufräumt und nicht ohne Grund als Schalter in den Kanalzügen eines Mischpultes zu finden ist. Ein Lowcut (Tiefpassfilter) bei 80 Hz macht bei vielen Instrumenten Sinn, da der tieffrequente Bereich nicht von Bedeutung ist (Ausnahme natürlich Kickdrum, Bassinstrumente etc.). Ein Hochpass-Filter (Highpass-Filter) dagegen begrenzt hohe Frequenzen.

2. Lautsprecher-Managementsysteme

Frequenzweichen sind heute im PA-Bereich im 19"-Rackformat ausgeführt und beinhalten in einigen Fällen weitaus mehr als die Verteilung einzelner Frequenzbereiche auf die einzelnen Lautsprecher. Durch leistungsstarke DSPs können wichtige Funktionen zur Klangoptimierung oder auch zum Schutz der Lautsprecher von solchen Systemen übernommen werden.

Moderne Systeme arbeiten mit Messmikrofonen und stimmen die Frequenzverteilung mehr oder weniger automatisch optimal aufeinander ab. Diese Raumanpassung kann beispielsweise durch einen Pink-Noise-Generator und ein eingebautes Mikrofon erfolgen. Auch Tools zur Feedbackunterdrückung, ein Grafik-Equalizer, Kompressor oder ein Limiter zum Schutz der Lautsprecher vor Signalspitzen sind bei solchen Systemen oft bereits integriert, die damit weitaus mehr zu bieten haben als eine reine Frequenzweiche.

Solche hochmodernen Systeme ersetzen weitere externe Signalprozessoren und können häufig über eine App auf einem Tablet gesteuert und überwacht werden. Das ermöglicht einen besseren Workflow und spart wertvolle Zeit: Beispielsweise zur Ortung einer resonanten Frequenz oder beim Einstellen des grafischen Equalizers.