Zusammenhang Dämpfungsfaktor, Innenwiderstand, Kabel und Frequenzweiche

Frage:

Hallo, ich habe auf Ihrer Webseite das Tutorial Audio Hifi Verstärker und Elektronik durchgelesen und ich habe speziell zum Dämpfungsfaktor eine Frage. In wieweit hat der Leitungswiderstand des Kabels zwischen Verstärker und Lautsprecher Einfluss auf den "effektiven" Dämpfungsfaktor?

Gerade im Car Hifi Bereich werden Endstufen mit Dämpfungsfaktoren von mehreren Hunderter oder gar Tausender Werten beworben und meist kommen nur Lautsprecherkabel mit 2,5 mm² (ca. 7 mOhm/m) zum Einsatz. Nach meinem Verständnis zählt der Leitungswiderstand noch zum Innenwiderstand des Verstärkers, da es ja eigentlich nur darauf ankommt welche Spannung an der Lautsprecherspule ankommt und nicht darauf was an den Ausgangsklemmen des Verstärkers anliegt. Allerdings bin ich mir da nicht sicher. Eine diesbezügliche Ergänzung auf Ihrer Webseite hierzu wäre sehr erfreulich.

Antwort:

Hallo Andreas, vollkommen korrekt, der Dämpfungsfaktor "DF" bezieht sich nur auf den Verstärker selbst, gemessen direkt an den Ausgangsklemmen. Jedes Kabel danach verschlechtert den wirksamen Dämpfungsfaktor. Aber stärkeren Einfluß als das Kabel hat die passive Frequenzweiche, insbesondere die Serienelemente wie die Spule, die auch noch einen ohmschen Anteil hat.

Die Last an der Weiche ist der Lautsprecher, der mehrere Ohm bei DC hat. So niederohmig kann dann die Weiche in ihrem Serienglied gar nicht sein, daß sie deutlichst niederohmiger ist als die Verstärkerimpedanz selbst, da liegt ein Weichenproblem.

Passive Frequenzweiche eines Hornlautsprechers

Schaltplan einer Frequenzweiche eines Hornlautsprechers

Bild 1 Schaltplan einer Frequenzweiche Bild 1 zeigt im Fall Antrieb ein Ersatzschaltbild aus Weiche und Lautsprecher.

Das ergibt einen Amplitudengang und Phasengang, ist nachzulesen hier. Nichts besonderes. Eine Frequenzweiche beim Bass ist ein Tiefpaß, den Weicheneingang speist ein idealer Verstärker in Serie mit seinem dynamischem Innenwiderstand und der Reihenschaltung mit dem Kabel. Als Last an der Weiche ist ein ohmscher Verbraucher angeschlossen, das exakte elektrische Ersatzschaltbild des Lautsprechers im Betrieb kenne ich nicht, von Lautsprechern habe ich wenig Ahnung - brauch ich auch nicht um Verstärker zu bauen. Eine passive Bass Weiche zum Beispiel ist daher ein irgendwie belasteter Tiefpaß.

Der dynamische Innenwiderstand (Dämpfungsfaktor) eines Verstärkers ist von Bedeutung, da die Schwingspule auch als elektrischer Generator arbeitet, dann ist die Rückwärtsbetrachtung wichtig. Rückwärts betrachtet arbeit die Schwingspule gegen eine Serieninduktivität, der Verstärker kann dadurch überhaupt nicht generierte Störgrößen, die an der Schwingspule entstehen sehr schnell ausregeln, da auch er gegen die Induktivität arbeiten muß, die ein schnelles ausregeln mindert und auch zeitlich verschiebt. In Antriebsrichtung jedoch ist diese Wirkung der Serieninduktivität erwünscht, es sollen ja höhere Freqenzen vom Bass ferngehalten werden, für das Ausregelverhalten von Störungen , die ihren Ursprung an der Schwingspule haben (z.B. Generatorspannungen der Schwingspule) ist die Serieninduktivität ein Hindernis, deswegen reduzieren Serienelemente den Dämpfungsfaktor.

Zunächst sollten einmal kurz die Ideale geklärt werden: direkt an der Schwingspule sollte die gleiche Spannung anliegen wie sie ein idealer Verstärker ausgibt. Eine passive Weiche dämpft unerwünschte Frequenzanteile ab und sollte die gewünschten unvermindert oder definiert gedämpft durchlassen. Hätte die Schwingspule und Weiche eine konstante Impedanz über alle Parameter spielt ein rein ohmsches Kabel im Fall des "Antriebs" keine Rolle, lediglich entstünde eine Verlustleistung. An einem guten Verstärker muß man in vernüftigem Rahmen fast anschließen können "was man will" die Ausgangsspannung darf sich dadurch nicht beeindrucken lassen, so ist ein guter Verstärker definiert - alles andere ist Bullshit. Der Dämpfungsfaktor bringt zum Ausdruck wie stark sich die Ausgangsspannung durch eine angeschlossene Last beeinflußen läßt.
Wenn eine schlecht gemachte Weiche dazwischen ist und nur Müll an der Schwingspule ankommt und entsteht, nützt der beste Dämpfungsfaktor nicht mehr viel, das sind dann Perlen vor die Säue geworfen.

Ein Beispiel aus der Meßtechnik: viele Meßgeräte, Generatoren, Analyzer usw. arbeiten in der 50 Ohm Technik. Das bedeutet der niederohmigen Signalquelle ist ein über Frequenz konstanter 50 Ohm Widerstand in Serie geschalten, sozusagen als zusätzlicher 50 Ohm Innenwiderstand. Die Meßkabel haben einen 50 Ohm Wellenwiderstand, die angeschlossenen Lasten haben auch 50 Ohm Impedanz sogar über weite Frequenzbereiche, dadurch ist auch ein reflektionsarmer Abschluß gewährleistet. Die Folge davon ist die Meßsysteme verhalten sich in weiten Grenzen linear, gleich und vorhersehbar bei allen Amplituden und Frequenzen, die Kabellänge ist dadurch auch nicht besonders bedeutungsvoll.
Diese schönen Verhältnisse wie z.B. im 50 Ohm System existieren beim Lautsprecher leider nicht, deswegen lautet hier die Devise: mit einem Verstärker mit niedrigem dynamischen Innenwiderstand und kurzen Kabeln alles platt zu machen was die Sollspannung an der Schwingspule stören will. Schwingspulen und Weichen sind nicht nur nichtlinear, sondern die Schwingspulen generieren auch eine "ich sag mal bösartige" Gegen Elektromotorische Kraft (nach der Lenzschen Regel, bewegter Leiter im Magnetfeld) und damit eine induzierte Spannung. Eine bewegte Schwingspule in einem Magnetfeld generiert immer gleichzeitig eine elektrische Spannung, die generierte Spannung arbeitet gegen den gewünschten Spannungsverlauf. Der Verstärker ist natürlich nicht blöd und merkt, daß sich die Spannung ändern will, dank seiner Regelung korrigiert er diesen durch Induktion entstandenen Strom, durch mehr oder weniger vom eigenen - solange bis es wieder passt - die eine Regelung kann's eben besser, die andere schlechter. Alle Impedanzen zwischen Ausgang und Schwingspule behindern diesen Mechanismus.

Fragt mich jetzt nicht wieviel Spannung da induziert wird, ich hab von Lautsprechern wenig Ahnung, man kann's bestimmt rechnen wenn man die Größen hat. Ist mir auch egal, ich versuch die Störgrößen platt zu machen - basta -.

Nach dem Überlagerungssatz für Netzwerke, läßt sich dieser Generatorstrom allerdings auch alleine betrachten ohne vorhandenen Antriebsstrom. In der Realität fließt aber immer der Summenstrom: die zeitlich vorzeichenbewerte Summe beider Ströme, Antriebsstrom plus Generatorstrom, diesen Summenstrom würde z.B. eine Stromzange (Messgerät) anzeigen. Der effektive Dämpfungsfaktor bekommt daher seine besondere Bedeutung in der Generatorbetrachtung, um die von der Schwingspule generierten Ströme auszuregelen. In der Antriebsbetrachtung ist er dann von Bedeutung wenn die Last nach der Weiche nicht konstant ist.

Ersatzschaltbild für die Antriebsbetrachtung:

Bild 2 Ersatzschaltbild der Bass Frequenzweiche aus Bild 1 plus Verstärker und Lautsprecherkabel.

Bild 2 zeigt ein einfaches Ersatzschaltbild der Bassweiche mit dem Kabel und dem dynamischen Innenwiderstand des Verstärkers für den Fall des Antriebs. Der Lautsprecher sei vereinfacht ein ohmscher Verbraucher. Die parasitären Eigenschaften des Kabels, der Weiche und der Schwingspule sind nicht berücksichtigt. Gerade der Verbraucher ist ein komplexes Gebilde, das in Wechselwirkung mit der Weiche steht. Von Weichendimensionierung verstehe ich nichts, der ohmsche Verbraucher tut's zur Anschauung hier aber allemal.

Ersatzschaltbilder für die Generatorbetrachtung:

Jetzt gibt es leider ein kleines Problemchen, die Weiche und das Kabel sind in Serie zum Verstärker, mal sehen was da geschieht.

Ersatzschaltbild im Fall Generator

Bild 3 Ersatzschaltbild im Fall, daß die Schwingspule als Generator arbeitet und eine Spannung erzeugt.

Im Bild 3 arbeitet die Schwingspule nun als Generator und erzeugt eine Spannung Uemk, zur Folge einen Stromfluß, eine Störgröße, die der Verstärker auszuregeln versucht. Uemk hat hier eine willkürlich angenommene Richtung. Der vereinfachte 8 Ohm Schwingspulenwiderstand ist weiterhin vorhanden. Nun kann man eine beliebige Sollspannung am idealen Verstärker voraussetzen, der Einfachheit halber nehmen wir an der Verstärker soll plötzlich auf Null regeln. Die noch bewegte Schwingspule erzeugt aber in diesem Moment immer noch eine Spannung. Anstatt Sollspannung Null Volt, ginge auch was x-beliebiges, das würde aber nur die Betrachtung komplizierter machen. An den Schwingspulenanschlüssen entsteht eine Spannung größer Null, eine Fehlerspannung, die nicht da sein sollte. Unser idealer Amp liefert zwar gerade Null Volt und an der Schwingspule sollte es auch Null sein, ist es aber nicht. Mit der Maschenregel ist das leicht erklärbar warum an der Schwingspule nun eine andere Spannung anliegt als am idealen Verstärker.

der ideale Verstärker kann hier als Kurzschluß gezeichnet werden

Bild 4 Ersatzschaltbild wie Bild 3, nur den idealen Verstärker als Kurzschluß gezeichnet

Bild 4 ist eine korrekte Vereinfachung von Bild 3, da hatten wir ja für den idealen Verstärker angenommen er regelt gerade auf Null Volt. Wenn er eine ideale Spannungsquelle von Null Volt darstellt, kann man ihn genauso auch als Kurzschluß darstellen, für den Fall Null Volt ist das hier eine gleichwertige Überlegung, die alles etwas vereinfacht in der Vorstellung.

alle Serienglieder lassen sich zusammenfassen

Bild 5 alle Serienglieder könnte man zu einem einzelnen zusammenfassen

Bild 5 ist extra für Dich nochmal umgezeichnet, um klar zu machen, bei der Betrachtung des Dämpfungsfaktors lassen sich alle Serienelemente zu einem einzigen zusammenfassen, in diesem Fall nun die Weicheniduktivität, der Kabelwiderstand und der dynamische Innenwiderstand des Verstärkers. Der Spannungsabfall verursacht durch den eingespeisten Strom in die Serienglieder einen Spannungsabfall "uFehler". Diese Fehlerspannung bewirkt eine andere räumliche Position der Schwingspule, anders wie sie eigentlich sein sollte, diese Fehlstellung müßte als Fehlbewegung betrachtet zu hören sein. Man sieht hier auch schön, die Parallelglieder R6, C4 und C3 tun im Moment nichts negatives zur Sache, sie helfen sogar noch mit die induzierte Spannung kurzzuschließen, andererseits muß der Verstärker auch in der Lage sein die Parallelglieder treiben zu können aber auch leerzuräumen wenn es sein muß. Die Impedanz der Parallelelemte ist aber sehr hoch gegenüber der Summe der Serienelemte, daher spielen sie keine Rolle in der Betrachtung. Wie man's auch macht, die Serienglieder sind im Weg.

Bild 6 zeigt ein aktives System nur aus Kabel und dem dynamischen Innenwiderstand.

Annahme der Dämpfungsfaktor sei 100 an 8 Ohm direkt am Verstärkerausgang gemessen. Der dynamische Innenwiderstand beträgt demnach 8 Ohm/100=0,08 Ohm also 80 milli Ohm.

Ein Kupferdraht mit 1 Quadratmillimeter Querschnitt und 56 Metern Länge hat etwa 1 Ohm Widerstand. Nehmen wir an das verwendete Kabel hat 2,5 Quadratmillimeter und Hin und Rückleiter zusammen 10 Meter

setzt man die 10 Meter 2,5 Quadrat Kabel in die Formel ein erhält man etwa 71 milli Ohm, also ca 14 milliohm pro Meter zweiadriger Lautsprecherleitung

Die Rechnung ist nun einfach, wir addieren die 80 milliohm vom Verstärker zu den 71 milliohm vom Kabel, gibt 151 milliohm für die Serienelemente. Der effektive Dämpfungsfaktor in diesem aktiven System beträgt:

man erhält 52,98 als effektiven Dämpfungsfaktor. Der Dämpfungsfaktor hat sich in diesem Beispiel fast halbiert und das in einem aktiven System ohne Frequenzweiche.

Dämpfungfaktor als Funktion der Verstärkerqualität

Bild 7 der Graph zeigt ein weiteres Beispiel, der effektive Dämpfungsfaktor als Funktion des Verstärker Dämpfungsfaktor mit einem 2,5mm² Lautsprecherkabel, daß 5 Meter lang ist. Es zeigt, daß man sich selbst in einem aktiven System den Dämpfungsfaktor eines sehr guten Verstärkers durch ein miserables Kabel ruinieren kann. Insbesondere ein hoher Verstärker Dämpfungsfaktor leidet unter einem langen dünnen Kabel. Von den ursprünglichen 500 bleiben nur noch 90 übrig. Wie frustrierend für den Verstärker Konstrukteur, der sich die größte Mühe gibt und das falsche Käbelchen macht alles futsch.

Wenn der Dämpfungsfaktor des Verstärkers aber sowieso schon niedrig ist, dann juckt das Kabel auch nicht mehr besonders, es ist fast wurscht was man dann verlegt. Ob man jetzt anstatt 25 nur noch 20 hat macht den Kohl auch nicht mehr fett.

Mit diesen Gleichungen kannst Du selbst mal Länge und Querschnitt verändern um zu sehen was so abgeht in Deinem aktiven System. Die Gleichung des Kabelwiderstandes gilt für DC und wird mit zunehmender Frequenz falscher, da sich die parasitären (hauptsächlich induktiven) Komponenten verstärkt komplex hinzuaddieren.

Die Wirklichkeit ist allerdings schwieriger, die Schwingspule wurde bisher immer als rein ohmscher Verbraucher angenommen, das ist sie natürlich nicht, es vereinfacht aber die Berechnung. Auch der Generator hat mit hoher Wahrscheinlichkeit Strom und Spannung nicht in Phase. Ich kenne das genaue Ersatzschaltbild des Lautsprechers nicht. Aber selbst wenn mit realen Verhältnissen gerechnet würde, es käme ein Ergebnis in ähnlicher Größenordnung heraus.

Bild 8 zeigt nun das kabellose System, mit dem Verstärker direkt neben der Box. Der induzierte Strom kann nur noch im kleinen Innenwiderstand eine Fehlerspannung aufbauen.
Trotz der Vorteile aktiver Systeme sollte man jetzt nicht in maßlose Begeisterung verfallen, noch lange nicht jedes aktive System muß auch gut sein. Was nützt es wenn die Verstärker zwar aktiv ansteuern können, direkt neben der Box stehen oder gar darin eingebaut sind, angenommen die Amps aber ein Müll sind - nichts - da ist mir dann was gutes passives aber tausendmal lieber. Nur der Name "aktiv" macht alleine noch keinen guten Sound, das wäre zu einfach. Der aktive Verstärker muß auch wirklich gut sein, dann macht es Sinn. Und kleine leistungsstarke gute aktive Bassverstärker zu bauen im kleinen süßen Kästchen direkt neben der Schwingspule, so einfach ist das nicht, andere brauchen bald ein viertel Kubikmeter Volumen und 50 Kilo um zu zaubern, warum denn?, es hat seine Gründe. Denk mal nach, jede Lösung hat immer ihre Vor- und Nachteile.

Bild 9 zeigt den Idealfall, der ideale Verstärker ohne dynamischen Innenwiderstand ohne Kabel direkt an der Box. Der induzierte Strom wird in diesem Fall kurzgeschlossen. Die Spannung an den Schwingspulenklemmen entspricht hier ganz exakt dem eingestellten Sollwert von Null Volt. Gibt's nur leider nicht den idealen Verstärker.

Nun aber die Frage, wie verhält das passive System?

Nehmen wir Bild 5 als Ersatzschaltbild zur Hilfe. Nun sind auch die frequenzabhängigen Bauteile zu betrachten. Die Weichenspule Lw, die eine frequenzabhängige komplexe Impedanz aufweist, wie auch die parallelen RC Glieder C3, C4 und R6, die eher unbedeutend sind. Als Frequenz im Bassbereich dient beliebig gewählt z.B. 70 Hertz. Die Annahme basiert auf einem Generator mit konstantem sinusförmigem Spannungsverlauf im eingeschwungenen Zustand der Schaltung, das vereinfacht vieles. Für andere Signalformen müßte man Differentialgleichungen lösen, das ist hier zu kompliziert (Laplace Transformation für einfachere DGL's würde ich noch hinkriegen, aber bei dem komplizierten echten Nerkwerk, nein da muß ich passen). Eine Rechnung für andere Signalformen macht auch erst Sinn bei korrektem Ersatzschaltbild des bewegten Lautsprechers, dann wird's aber heftig - das sollte man an einen Mathematiker abgeben, der rechnet das noch aus. Nur was kriegt er dabei raus - irgendein wüstes Ergebnis mit der Erkenntnis insbesondere die Weichenspuleninduktivität und auch ihr bisher nicht berücksichtigter parasitärer Serienwiderstand plus das Kabel verhindern die Wirksamkeit eines hohen Dämpfungsfaktors. All diese Glimmzüge kann man sich sparen, das Ergebnis bekommt man im Kopf alleine schon durch Überlegung. Trotzdem mal eine kurze Überschlagsrechnung:

Alleine schon die induktive Impedanz der Serieninduktivität der Weiche beträgt bei 70 Hertz 1,451 Ohm. Für den Antrieb ist es Teil der gewünschten Tiefpaßfunktion, in Rückwärtsrichtung für die Ausregelung der Generatorstörgröße ist sie unerwünscht und für einen hohen effektiven Dämpfungsfaktor hinderlich.
Versuchen wir nun den effektiven Dämpfungsfaktor zu berechnen:

Parallel (f) ist die Parallelschaltung aus der Impedanz C3(f), Impedanz C4(f)+R6 und den Serienelementen R Kabel, dynamischer Innenwiderstand Verstärker und der Impedanz von Lw(f). Aus dem Netzwerk Parallel(f) kann nun der effektive Dämpfungsfaktor berechnet werden, indem er in Relation zu den 8 Ohm gesetzt wird. Dabei kommt in Rückwärtsrichtung ein komplexer induktiver effektiver Dämpfungsfaktor heraus. Als Betrag nur noch 5,335 von den ursprünglichen 1000.

Der niedrige komplexe induktive Dämpfungsfaktor würde bedeuten die Generatorstörgrößen können nur schwach vom Verstärker bedämpft werden, sie werden zusätzlich auch noch zeitlich verschoben bedämpft.

Schlußfolgerung auf den Dämpfungsfaktor beim Betrieb mit passiver Weiche:

Der Dämpfungsfaktor eines Verstärkers an einer passiven Weiche wird fast unbedeutend, er wird ruiniert durch die Serienelemente der Weiche, egal ob es nun die Serieninduktivität der Weiche, bei den Mitten und Höhen sind es R3, R5, C1, C2 und L1, die den effektiven Dämpfungsfaktor stark verringern.

Die wahren Qualitäten eines Verstärkers in Bezug auf Dämpfungsfaktor kommen bei einer passiven Lösung nicht zur Geltung.

der Widerstand, damit die Länge und der Querschnitt eines Lautsprecherkabels ist unbedeutend, was spielt es für eine Rolle ob das Kabel nun 71 milliohm (10 Meter 2,5 Quadrat) oder 7.1 milliohm (10 Meter 25 Quadrat) hat, es ist wenig im Vergleich zu den 1,451 Ohm der Weicheninduktivität im unserem Beispiel. Lediglich die Verlustleistungsanteile steigen an.

Die parasitäre Induktivität der Lautsprecherleitung ist für den Bassbereich betrachtet auch unbedeutend, was spielen die (grob geschätzten) 1 mikro Henry pro Meter für eine Rolle im Vergleich zu den 3,3 milli Henry der Serieninduktivität? Selbst für den Mitteltonbereich mit 306 mikro Henry in Serie ist es fast gleichgültig.

Im Hochtonbereich hat die parasitäre Leitungsinduktivität durch die steigenden Frequenzen sicherlich einen zunehmenden Einfluß, daher haben hier Spezialkabel mit voneinander isolierten Einzellitzen noch etwas an Berechtigung, aber auch in dieser Hochtonweiche findet ein fast aussichtsloser Kampf gegen R3 mit 3,9 Ohm statt.

Schlußfolgerung auf den Dämpfungsfaktor beim Betrieb an einer aktiven Lösung:

der effektive Dämpfungsfaktor kann hier durch ein dünnes, langes Kabel mit hohem ohmschen Widerstand stark minimiert werden, Kabel mit hohem Querschnitt sind sinnvoll (siehe Berechnung), das bringt den größten Effekt.
der effektive Dämpfungsfaktor kann durch ein Kabel mit hoher parasitärer Induktivität verschlechtert werden, Kabel mit voneinander isolierten Einzellitzen mit geringerer Induktivität sind sinnvoll, zeigen ihre zunemende Wirkung mit ansteigender Frequenz.
die Kabellänge so kurz als möglich halten.
besonders bei hochwertigen Verstärkern, die einen hohen Dämpfungsfaktor haben und mit hochwertigen Aktivlautsprechern betrieben werden ist die Anschaffung von guten niederohmigen, induktivitätsarmen Kabeln sehr sinnvoll, Unterschiede müßten hörbar sein, meßbar auf jeden Fall.
Nur in einer aktiven Lösung hat ein Top Verstärker eine Chance seine wahren Muskeln in Bezug auf Dämpfungsfaktor voll zur Geltung kommen zu lassen.
eine aktive Lösung, besonders mit externen Verstärkern stellt wie bei passiven Lösungen die gleichen Anforderungen an die Schutzschaltungen des Verstärkers gegen Kurzschluß, DC Schutz und Clipping.
bei einer passiven Lösung ist der Basslautsprecher an einer fehlerhaften DC ausgekoppelten Verstärkerstufe gefährdet, falls der Verstärker in einem Fehlerfall auf eine höhere DC Spannung laufen würde. Meist wäre es ein Kurzschluß in einem Endstufentransitor von einer Betriebsspannung direkt zum Ausgang. Viele Verstärker sind dagegen geschützt, sollte er es nicht sein, dann raucht bei aktiv alles ab an Lautsprechern dahinter, sei es Bass, Mitte oder Höhe. Schützende Weichen Serienkondensatoren gibt es für die Mitteltöner und die kleinen Hochtöner Schwingspülchen dann nicht mehr.
bei der Verstärkerauswahl sollte man auch einmal an solche Dinge wie Schutzfunktionen denken. Der Lautsprecher kann da absolut nichts dafür, wenn er so rauh behandelt wird und seine Schwingspule unter hohem Strom verglühen muß.
die richtige Gewichtung der Einstellung der Lautstärken Bass Mitte Höhe muß gefunden werden.
ein Verstärker in einer aktiven Box ist nicht automatisch gut nur weil aktiv draufsteht, um die Bässe vernüftig zu treiben reichen ihm 10 auf 10 Zentimeter nicht aus. Er muß gut sein, sonst macht aktiv überhaupt keinen Sinn. Eine vernüftige aktive Lösung ist zwangsläufig teuer, da mehr hochwertige Verstärker benötigt werden, wobei Mitte und Höhe natürlich nicht den selben Bedarf an Ausgangsleistung fordern als der Bass, diese Verstärker können kleiner ausfallen, aber bitte nicht deswegen schlechtere verwenden.

Allgemeine Schlußfolgerungen:

eine Tatsache, es existieren sehr viele passiv betriebene Lautsprecher, die phantastisch klingen. Ich nehme an die meisten von diesen passiven nutzen auch Serienglieder in ihrer Frequenzweiche. Auf Basis dieser Berechnungen wird auch bei diesen der effektive Dämpfungsfaktor stark reduziert sein. Daher reicht scheinbar selbst für einen guten Klang ein niedriger effektiver Dämpfungsfaktor aus. Daraus läßt sich folgern, die induzierten Generatorstörgrößen durch die bewegte Schwingspule sind entweder gering, deren akustische Wirkungen werden vom Ohr nicht als besonders störend empfunden oder die Unterschiede von passiv zu aktiv bei gleichem Material wären doch sehr deutlich. Ich weiß es nicht wo die Wahrheit liegt. Ich kann mir gut vorstellen, daß der gleiche passiv betriebene Spitzenlautsprecher mit einer Umstellung in den aktiven Betrieb betrieben an tollen Verstärkern und guten Kabeln noch einmal deutlichst an Qualität zulegen würde. Sehr wichtige Voraussetzung natürlich, die neu konstruierte aktive Weiche entspricht im Frequenzgang auch den Vorstellungen, die der Lautsprecherhersteller für seine Gehäuse usw. für richtig hält. Bei solch einer Umstellung können sich sicherlich leicht Fehler einschleichen, da bei der Konstruktion einer passiven orginalen Weiche sicherlich bekannte Wechselwirkungen Schwingspule zu Weiche im Frequenzgang mitberücksichtigt worden sind und diese nun in die aktive Filtersschaltung zu übertragen sind, erfordert Kenntnis der Lautsprecher den aktiven analogen Filter dann auch richtig zu dimensionieren.

Bitte nicht denken, gute Verstärker sind an passiver Lösung gar nicht notwendig, nein, der Dämpfungsfaktor ist nur ein einzelner Verstärkerparameter, viele andere Verstärkerparameter sind weiterhin von gleicher Bedeutung ob es nun eine aktive oder passive Lösung ist.

Ein aktive analoge Weiche vor einem Verstärker hat Vorteile gegenüber einer passiven Lautsprecherweiche:

Dämpfungsfaktor wirksamer
die Weichenbauteile sind günstiger und kleiner
kleinere Bauteile mit besseren parasitären Eigenschaften verfügbar

Die aktiven analogen Filter sind nur schwach belastet mit einem hochohmigen Verstärkereingang, der ist in seiner Impedanz auch konstanter im Vergleich zu einer Schwingspule, darin liegt ein Hauptvorteil aus Sicht der Filtertechnik. Und natürlich noch, daß der Verstärkereingang keine bewegte Schwingspule in einem homogenen Magnetfeld hat und damit keine Generatorspannungen erzeugt. Aus filtertechnischer Sicht ist er eine nahezu rückwirkungsfreie Belastung der Filter, was natürlich eine weit bessere Voraussetzung zum Aufbau eines Filters ist als mit einer Schwingspule als Last.

Nachteile:
die Quelle muß in der Lage sein die Filter klirrarm zu treiben, eventuell ist ein Bufferverstärker notwendig, der den Klirrfaktor nur minimalst erhöhen würde.
die Lautstärke Anpassung von Bass Mitte und Höhen könnte bei den drei Verstärkern mit den drei Volume Potis geschehen. Das komfortable Verändern der Gesamtlautstärke daran ist das fast unmöglich, daher wäre eine zusätzliche Gesamt Volume Regelung irgendwo in der Weiche nötig, z.B. an einem Bufferverstärker oder in einer digitalen Weiche oder z.B. am CD-Player direkt über dessen variablen Ausgang. Oder die analoge Weiche ist zwischen einem Vorverstärkerausgang und den drei Endstufen geschaltet, wenn der Vorverstärker in der Lage ist alles anzutreiben ist diese Lösung auch geeignet. In Summe gesagt, man muß wissen was man tut, sonst kann es ordentlich daneben gehen.

Interessant ist auch eine digitale Weiche mit anschließender getrennter DA Wandlung für Bass, Mitte und Höhen. Die Weichenfunktion wird darin digital berechnet, da das Rohsignal beispielsweise aus einer SPDIF Schnittstelle eines CD-Players zur Verfügung gestellt wird. Ein bereits analoges Rohsignal würde ich jedoch nicht unbedingt digitalisieren, die Weichenfunktion digital berechnen und dann wieder DA wandeln, da bietet sich gleich ein analoges Filter an, um die AD und DA Wandlung einzusparen. Vorteilhaft an der digitalen Weiche vom Prinzip her, die exakte Berechenbarkeit von Filterfunktionen, die Konstantheit und die einfache Testbarkeit verschiedener Filterordnungen, -typen und -parameter, aber dafür muß die Bedienbarkeit dementsprechend ausgelegt sein. Auch hier gilt: die Weiche sollte was taugen mit Rechenleistung, einer guten Clock und DA Wandlung, nicht daß die DA Wandlung viele CD-Player spürbar besser erledigen würden, wo wäre der Gewinn?

Klarstellung:

all diese Berechnungen basieren auf der Überlegung, daß dies alles so sein könnte. Ich kann nicht garantieren, daß alle Annahmen, Überlegungen und Berechnungen richtig und allgemeingültig sind, alle Aussagen sind daher mit entsprechender Vorsicht zu genießen. Sollte das Dargestellte falsch sein, bitte ich um sachliche Berichtigung.

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