Lautsprecher selber bauen | Teil 2: Frequenzweiche

Die Frequenzweiche spielt eine entscheidende Rolle im Lautsprecher und ihre Verschaltung kann den Klang grundlegend beeinflussen, umso wichtiger ihr also einen eigenen Teil der Reihe zu widmen.

Hier gehts zu Teil 1 der “Lautsprecher selber bauen” Reihe.

Funktion

Die Frequenzweiche ist in einem Lautsprecher dafür zuständig, das Signal des Verstärkers für die Treiber aufzutrennen. Grob gesagt leitet sie z. B. den Bass im Signal an den Tieftöner und die Höhen an die Hochtöner – daher der Name.

Elektronisch gesehen sind Frequenzweichen meist eine Hintereinanderschaltung von Filtern, an denen am Ende die Treiber sitzen. Das Ziel ist es, die Filter so zu wählen, dass der Frequenzgang des Lautsprechers am Ende möglichst linear ist. Beispielsweise findet man auf Wikipedia folgenden Schaltplan einer einfachen Frequenzweiche:

Die Darstellung ist für den ungeübten auf den ersten Blick vielleicht schwer zu durchschauen. Durch Umordnung der Bauteile erkennt man die Funktion der Schaltung etwas leichter:

So lassen sich beim Hochtöner ein Hochpass 2. Ordnung und beim Tieftöner ein Tiefpass 2. Ordnung erkennen (gestrichelt), bei denen die Widerstände weggelassen wurden. Allerdings ist der Komplexität bei den Weichen keine Grenzen gesetzt und so findet man häufig (wesentlich) kompliziertere Schaltungen.

Entwurf

Der Entwurf einer Frequenzweiche ist keine triviale Aufgabe, denn es müssen unter anderem die verwendeten Treiber und der Aufbau des Lautsprechers sowie die akustischen Eigenschaften miteinbezogen werden. In der Praxis wird dann eine Simulationssoftware wie z. B. Xover 2.04a verwendet, um die Weiche zu konstruieren. Eine detailliertere Vorgehensweise findet man hier.

Glücklicherweise enthalten die meisten Bauanleitungen Angaben für eine Weiche, die genau für diesen Lautsprecher abgestimmt ist. Im Fall der Cinetor-EVO sieht diese z. B. folgendermaßen aus:

Erwirbt man die Baumappe für die Cinetor-EVO erhält man dann noch zusätzlich einen Stromlaufplan sowie die Spezifikationen der Bauteile. Setzt man den Preis der Baumappe in Relation mit dem Aufwand hinter dem Design von Lautsprecher und passender Weiche, so ist dieser meiner Meinung nach mehr als gerechtfertigt.

Zusammenbau

Bestellung

Ist der Entwurf der Weiche beendet, oder hat man einen fertigen Plan vorliegen, dann können die Bauteile besorgt werden. Prinzipiell sind die Spezifikationen eindeutig, und die Bauteile können überall gekauft werden. Gewöhnliche Elektronikshops haben allerdings häufiger die Dimensionen nicht vorrätig, die für Weichen benötigt werden, daher ist man manchmal mit einem auf Audio spezialisierten Shop besser beraten. Aber Vorsicht, häufig zahlt man in solchen Shops einen Aufpreis für “HiFi-Bauteile”, die elektrisch aber genauso funktionieren, wie ein “nicht-HiFi-Bauteil”. Gute Erfahrungen habe ich mit folgenden Shops gemacht.

• https://www.lautsprechershop.de/ wegen Spezialisierung auf DIY-Audio und der Auswahl an vorrätigen Produkte.
• https://www.digikey.de/ wegen großen Sortiment (für Spezialteile) und Preis.
• https://www.reichelt.de/ wegen Lieferzeit und Sortiment

Die Angaben von Kapazität, Widerstand und Induktivität der Bauteile muss exakt eingehalten werden, da diese die Weiche beeinflussen. Die Leistungsangaben und Spannungsfestigkeit muss mindestens so groß sein wie angegeben, darf aber übertroffen werden, wenn z. B. das passende Bauteil nicht vorrätig ist. Eine Spannungsfestigkeit von beispielsweise 400V erscheint zuerst einmal recht hoch, durch die induktiven Eigenschaften der Weiche und der Treiber werden in den Bauteilen allerdings sehr hohe Spannungen und Ströme erzeugt. Bei Kondensatoren ist zusätzlich der Typ (Folie, Elektrolyt, Elektrolyt bipolar…) wichtig, denn je nach Typ haben die Kondensatoren unterschiedliche Eigenschaften, wie Polarität und Widerstandswert.

Bauteile anordnen

Häufig sieht man DIY-Weichen auf Holzbrettern aufgebaut: Die Bauteile werden mit Heißkleber angeklebt und dann die Anschlussdrähte verlötet. Meiner Meinung nach ist das in Ordnung für Prototypen und Tests, aber keinesfalls für das Endprodukt. Ich habe daher Leiterplatten bestellt und die Bauteile darauf verlötet.

Am einfachsten ist es, die Bauteile erst einmal lose aufzustecken und zu überlegen, wo anschließend leitende Verbindungen gemacht werden müssen. Oft ändert sich das Layout dann noch mal.

Die Spulen müssen geschickt angeordnet werden, ansonsten beeinflussen diese sich gegenseitig und der Klang leidet. Das Bild aus dem Hifi-Forum stellt die möglichen Anordnungen grafisch dar.

Quelle: http://bilder.hifi-forum.de/max/293610/spulenanordnung_46600.gif

Anschließend habe ich die Spulen mit Kabelbinder fixiert und die restlichen Bauteile mit einem Tropfen Heißkleber angeklebt, um das Löten zu vereinfachen und die Lötstellen zu entlasten.

Frequenzweiche Löten

Um zu Löten braucht man zuallererst ein Lötkolben und Lötzinn. Beim Löten ist es wichtig, dass alle zu verlötenden Drähte heiß genug werden, damit sich das Lötzinn richtig mit dem Leiter verbindet, ansonsten kann es zu einer kalten Lötstelle kommen. Jedoch darf man auch nicht zu lange erhitzen, weil sonst das Bauteil beschädigt werden kann.

Wer noch ungeübt ist, kann zuerst einmal ein paar Drähte miteinander verlöteten, um sicher im Umgang zu werden. Anschließend geht es an die Weiche. Die Leiterplatte hat in meinem Fall extrem breite Leiterbahnen, daher wird viel Lötzinn benötigt und es dauert etwas länger, bis das Material heiß genug ist um verlötet zu werden.

Meine Weiche sieht nun am Ende folgendermaßen aus:

Als kleinen Bonus habe ich noch Abstandshalter und Klemmen für die Lautsprecherkabel angebracht.

Im Teil 3 geht es dann um den Bau der Lautsprecher selbst.