Grundlagen - Subwoofer
Geschichtliches :
Den ersten Lautsprecher, sofern man diesen nach heutigen Maßstäben als solchen bezeichnen kann, baute der Engländer Sir Oliver Lodge 1898. Das Prinzip seines Aufbaus ist heute besser bekannt als magnetischer Lautsprecher (Kennzeichen : feste Spule). 1912 wurden erste mathematische Grundlagen zum Bau  von Hörnern entwickelt. 1920 beschrieb G.W.Stewart die Funktionsweise der Frequenzweichen. 1925 dann die Revolution : Edward Kellog & Chester Rice setzen Siemens-Theorien in die Praxis um und entwickeln den dynamischen Lautsprecher (Kennzeichen : bewegte Spule). Dieses Prinzip ist heute das am meist verwendete beim Lautsprecherbau. 1951 schliesslich wurden die sogenannten TSP-Parameter durch die Herren Richard H.Small und Neville Thiele festgelegt und dienen heute noch als Grundlage zur Gehäuseberechnung. 1954 gründete Gene Czerwinski die Firma Cerwin Vega!
 
Funktionsweise :
Eine Schwingspule sitzt innerhalb eines Dauermagneten beweglich aufgehängt, und ist mit einer Schallabstrahlenden Membran verbunden. Fliesst durch die Spule nun eine Wechselspannung, baut sich ein Magnetfeld auf. Je nach Magnetfeld wird, bedingt durch den Dauermagnet, die Spule nun entweder angezogen oder abgestossen, es endsteht eine Bewegung und die Membran erzeugt Töne, wobei die Frequenz abängig von der Anzahl der Bewegungen der Membran pro Sekunde sind.
 
Aufbau :
Um Verwirrungen & Missverständnisse im Vorfeld ausschliessen zu können, hier eine Schnittzeichnung von einem  modernen Subwoofers und die Bezeichnung der wichtigsten "Bauteilgruppen".
 
Illustration aus Cerwin Vega Prospekt
 
Sicke : bewegliche Aufhängung der Membran sowie mechanische Begrenzung und Zentrierung
Membran : schallerzeugende Fläche, aus den unterschiedlichsten Materialien
Magnet : Dauermagnet wovon sich die Schwingpule abstösst oder anzieht
Schwingspule : Drahtwickel, der mittels Wechselspannung den Lautsprecher bewegt
Dustcap : Staubschutz für den Luftspalt sowie Versteifung der Membran
Korb : meist Alu-Druckguss, Trägereinheit für restliche Komponenten
Zentrierspinne : verhindert Taumelbewegung der Membran sowie mech. Begrenzung
 
Schwingspule :
Die Schwingspule ist das einzige Teil am Subwoofer, das elektrische Signale verarbeiten muss. Lautsprecher haben generell einen sehr miesen Wirkungsgrad, wenn man mal die zugeführte Leistung zum abgegebenen Schall im Vergleich sieht. Viel Leistung wird einfach nur in Wärme umgesetzt. Subwoofer werden, bedingt durch ihre Membranfläche,  zur Basswiedergabe eingesetzt. Um aber tiefe Frequenzen (z.b. 50Hz) gleichlaut wiedergeben zu können wie hohe (1kHz), muss eine gewisse Mehrleistung zugeführt werden, was auch die Schwingspule verkraften muss (thermisch sowie elektrisch). Aus diesem Grunde sind Subwooferschwingspulen meist auf hochwärmeleitfähigen Materialien gewickelt (z.B. Kapton), was eine bessere Wärmeabfuhr gewährleistet. Ferner ist der Durchmesser der Schwingspule sehr gross (bis zu 10cm und mehr). Sofern die Schwingspule nicht mittels Polkernbohrung zwangsbelüftet wird (je grösser der Memran-Hub umso mehr Frischluft gelangt an die Schwingspule) müssen sich die Konstrukteure viel einfallen lassen, um die anfallende Wärme abführen zu können (z.B. Stroker). Auch spielt die Drahtstärke eine Rolle, wenn Riesenleistungen (>1000W sin) in Bewegung umgesetzt werden müssen

Zentrierung :
Damit die Membran bei ihrem ständigen Vor/Zurück immer kolbenförmige Bewegungen ausführt, und nicht anfängt zu taumeln, wird die Membran, je nach Subwoofer unterschiedlich umfangreich zentriert. Jeder Lautsprecher hat 2 Zentrierungen, zum einen die Sicke und zum anderen die Zentrierspinne. Muss der Lautsprecher aber grosse Hübe ausführen, so ist es nötig, weitere Zentrierspinnen anzubringen, um die Bewegung kolbenförmig halten zu können. Viele Hersteller bringen einfach kurz über der 1. Zentrierung eine zweite an, was meiner Meinung nach aber wenig Sinn macht. Um eine Doppelzentrierung so effektiv wie möglich benutzen zu können, sollten diese so weit wie möglich auseinanderliegen (Raptor / Stroker)

Wirkungsgrad :
Lautsprecher zu konstruieren ist wahrlich nicht einfach und mit vielen Kompromissen behaftet. Der Wirkungsgrad eines Lautsprecher wird angegeben durch dB/1W/1m. Je höher die dB-Zahl, umso besser kann der Lautsprecher zugeführte Energie in Schall umwandeln. Der Wirkungsgrad ist abhänging von der Wicklungshöhe der Schwingspule, der Bewegten Masse und der Magnetkraft des Dauermagneten. Um echten Tiefbass erzeugen zu können, muss die Membran eine hohe Masse aufweisen, was dann zur gewünschten niedrigen Resonanzfrequenz führt. Eine grosse Masse ist aber schwerer in Bewegung zu setzen, was Wirkungsgrad raubt. Man kann durch einen grösseren Mageten mehr Kraft erzeugen. Wenn man die Wickelhöhe gering hält, bleibt die Spule während der Bewegung immer im vollen Magnetfeld, der Wirkungsgrad steigt. Die geringe Wickelhöhe begrenz aber wieder den maximalen Hub, der ja für tiefen, lauten Bass benötigt wird. Will man aber nun wieder große Membranhübe erreichen, muss man die Schwingspule recht hoch wickeln, was auch wieder am Wirkungsgrad nagt. Man sieht also, das alles voneinander Abhängig ist, und man in der Entwicklung Kompromisse eingehen muss. Oder man sagt einfach, ich akzeptiere eine hohe Resonanzfrequenz und bring damit aber den Wirkungsgrad hoch (Stroker). Andere wiederum wollen eine möglichst niedrige Resonanzfrequenz  durch eine hohe bewegte Masse und akzeptieren einen geringeren Wirkungsgrad, der ja durch Mehrleistung ausgeglichen werden kann, wobei dann die Schwingspule für die hohen Ströme ausgelegt ist (Eartquake Magma).

Impedanz :
Hier genauer auf den Widerstand im Wechselstromkreis einzugehen, würde den Rahmen sprengen. Es sei nur soviel gesagt : ein Lautsprecher ist widerstandsmässig betrachtet eine komplexe Last. Das heisst, das der "echte Widerstand", also die Impedanz abhängig ist von der Frequenz, wobei auch das Gehäuse mit reinspielt. Die Tuningfrequenz eines Bassreflexgehäuses lässt sich z.b. durch Impedanzmessung mit verschiedenen Frequenzen ermitteln, da sie von zwei sehr hohen Impedanzmaxima´s umgeben ein Tal bildet. Wenn ich z.b. einen 4Ohm Woofer in einem Gehäuse betreibe, kann ich davon ausgehen, das der echte Widerstand je nach Frequenz meist deutlich über den 4Ohm liegt (60Ohm ist keine Seltenheit)

Elektrische und mechanischer Defekt :
Lautsprecher kann man durch zwei Arten Zerstören, mechanisch sowie elektrisch
Mechanisch : "Mir hoats´n Woofer abg´rissn!" hört man auf manchen dB-Drags. Was aber ist passiert? Die Zugeführte Leistung ist sehr gross, die daraus resultierende Magnetkraft ebenfalls, die Membran wird entweder so stark abgestossen, das die Sicke/Zentrierung reisst bzw. sich löst, oder so stark angezogen, das die Schwingspule an die Polplatte anschlägt (klappern). Der Abriss der Sicke/Zentrierspinne bedeutet den sofortigen Tod des Woofers, das Anschlagen auf der Polplatte ist, wenn nicht mit brachials-Gewalt ausgeführt, eher schleichend.  Bei jedem Aufprall auf die Polplatte entsteht Bewegungsenergie, die die Schwingspule schluckt, sie fängt an sich zu verformen, was mit kratzem im Luftspalt durch die verformte Spule endet. Ist die Polplatte dermassen tiefergezogen um ein Anschlagen auszuschlissen, kann auch hier die Sicke/Zentrierung abreissen. Selten kann es auch vorkommen, das durch grosse Hübe die Litzen, die das Audiosignal von den Anschlussklemmen zur Schwingspule reissen, da sie zu kurz sind. Dieser Fehler lässt sich aber meist noch mittels Lötkolben und ein Stück Litze behebn, je nachdem, wo der Draht abreisst.
Elektrisch : Wenn ein Woofer "abraucht" versteht man darunter den elektrischen Exitus, wobei die elektrische Zerstörung nicht immer mit Rauch und Gestank als Begleitung in Erscheinung tritt. Was passiert also? Es gibt auch hier mehrere Arten des Defektes. Ganz unspektakulär ist, wenn der Schwingspulendraht einfach durch zu grosse zugeführte Leistung durchbrennt. Der Stromkreiss ist nicht mehr geschlossen. Am effektvollsten ist sicherlich, wenn die Schwingspule die endstehende Wärme nicht abführen kann. Die Spule wird sehr heiss, und meisst schmilzt dabei der Kleber, der die Spule auf dem Träger fixiert. Es fängt an zu rauchen und zu stinken. Durch immer höhere thermische Belastung des Drahtes fängt die Spule an, sich zu verformen, was zum Kratzen im Luftspalt führt, oder im Extremfall ein festbrennen der Schwingspule im Luftspalt bedeutet. In manchen Fällen wird wohl die Schwinggpule/Trägermaterial die grosse Hitze verkraften, aber nicht die Umgebung. So kann es schonmal sein, das sich die Klebestelle von Membran und Schwingspulenträger löst.
 

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