Aktiv gefilterte Basssysteme

Wenn aktiv gefilterte Basssysteme schon mit einer Fehlabstimmung eine „sagenhafte Basswiedergabe“ erreichen,…

http://www.ilmag.de/SingleA6/html/highendsub.html

…fehlen bei einer richtigen Abstimmung die Worte, um das „Basserlebnis“ noch beschreiben zu können. Also begeben wir uns zunächst auf die theoretische Ebene:

Bei dem obigen - guten, aber schlecht ausgeführten - Beispiel handelt es sich um ein geschlossenes, aktiv gefiltertes Basssystem 4. Ordnung. Dazu wird ein geeigneter Basslautsprecher in ein geschlossenes Gehäuse eingebaut, was im Modell einem Hochpass 2. Ordnung entspricht. Vor den Leistungsverstärker wird ein aktiver Tschebyscheff-Hochpassfilter 2. Ordnung geschaltet, sodass sich insgesamt ein Hochpass 4. Ordnung ergibt:

http://www.swupload.com//data/Mivoc_HCM12T_4HT067_15.pdf

Wie ersichtlich, ist die nachsimulierte Schalldruckkurve (rot) im schlecht ausgeführten Beispiel „verbogen“ (ca. 0,6 dB Überschwingen um ca. 60 Hz), weil der Entwickler nicht weiß, wie ein „richtiger“ Hochpass 4. Ordnung konstruiert werden muss. Der Fehler besteht darin, den Lautsprecher in ein „zu kleines“ Gehäuse eingebaut und damit den Q-Faktor des ersten Teilfilters (grün) zu hoch (Q=0,688) gewählt zu haben, sodass es gar keinen dazu passenden Tschebyscheff-Hochpassfilter (blau) gibt, um insgesamt einen Hochpass 4. Ordnung mit einem im Durchlassbereich geraden Verlauf realisieren zu können.

Wenn man es richtig macht, erhält man weitaus bessere Ergebnisse. Im ersten richtig ausgeführten Beispiel wird das Gesamtsystem auf eine Butterworth-Funktion 4. Ordnung (Q=0,707) abgestimmt. Dazu muss der erste Teilfilter einen Q-Faktor von 0,541 (= Qtc des eingebauten Lautsprechers) und der zweite Teilfilter einen Q-Faktor von 1,307 aufweisen:

http://www.swupload.com//data/Mivoc_HCM12T_4Bu.pdf

Der Überschwinger ist weg und wir erhalten als untere Grenzfrequenz (-3dB) des Gesamtsystems statt „nur“ 30 Hz sagenhafte 23,3 Hz! Dabei muss der Pegel nicht einmal um 4dB angehoben werden, sondern nur um 3dB. Der einzige Nachteil ist ein relativ großes Gehäusevolumen, das mit 72,7 Liter etwas mehr als doppelt so groß ist, wie in dem schlecht ausgeführten Beispiel mit viel zu kleinem Gehäuse.

Um eine möglichst tiefe untere Grenzfrequenz bei gleichzeitig möglichst kleinem Gehäusevolumen zu erreichen, ist nicht die Butterworth-Funktion optimal, sondern eine Tschebyscheff-Funktion mit sehr geringer Restwelligkeit. Im zweiten richtig ausgeführten Beispiel wird das Gesamtsystem auf einen Tschebyscheff-Hochpass 4. Ordnung mit 0,015dB Restwelligkeit abgestimmt. Dazu muss der erste Teilfilter einen Q-Faktor von 0,579 und der zweite Teilfilter einen Q-Faktor von 1,778 aufweisen:

http://www.swupload.com//data/Mivoc_HCM12T_4T0015.pdf

Das Gehäusevolumen verringert sich von 72,7 Liter auf 58,2 Liter und gleichzeitig wird die untere Grenzfrequenz (-3dB) auf – es fehlen die Worte – 20,7 Hz verringert. Dazu muss der Leistungsverstärker lediglich 1,3dB mehr leisten als in dem schlecht ausgeführten Beispiel. Mit anderen Worten: Wir haben hier den „idealen Basslautsprecher“, dessen Basswiedergabe sowohl im Tiefgang als auch in der Präzision kaum noch zu überbieten ist!

Im dritten richtig ausgeführten Beispiel wird das Gesamtsystem auf einen Tschebyscheff-Hochpass 4. Ordnung mit 0,106dB Restwelligkeit abgestimmt. Dazu muss der erste Teilfilter einen Q-Faktor von 0,621 und der zweite Teilfilter einen Q-Faktor von 2,201 aufweisen:

http://www.swupload.com//data/Mivoc_HCM12T_4T0106.pdf

Die sehr niedrige untere Grenzfrequenz bleibt erhalten; dafür wird das Gehäusevolumen weiter reduziert, von 58,2 Liter auf nur noch 49 Liter, und der Leistungsverstärker muss maximal 3,1dB mehr leisten als im schlecht ausgeführten (fehlabgestimmten) Beispiel.

Wie der aktive Tschebyscheff-Hochpassfilter praktisch zu realisieren ist, wird im zweiten Teil erklärt. Wichtig ist außerdem, dass der Filter vor das Gesamtsystem (also Subwoofer plus Satelliten) geschaltet wird und nicht nur vor den Subwoofer-Verstärker. Anderenfalls ergeben sich Phasenverschiebungen, die ein korrektes Ankoppeln der Satelliten an die Subwoofer fast unmöglich machen.