2. Form der Schallwand

Unsere bisherigen Betrachtungen gingen von einem Lautsprecher mit dem Radius r aus, dessen Schallentstehungsort punktförmig in der Mitte der Lautsprechermembran ist. Diese Annahme der punktförmigen Schallquelle wird genauso erfüllt, wenn wir im weiteren ein kleines Lautsprecherchassis in einer größeren Schallwand betrachten.

2.1 Runde Schallwand und exzentrisch eingebauter Lautsprecher

Wir setzen das Beispiel aus Kap. 1.2 fort und untersuchen eine runde Schallwand mit dem Radius r = 25 cm. Den Frequenzgang zeigte Abb.1.5. Natürlich ist ein Verlauf mit so krassen Einbrüchen für einen HiFi-Lautsprecher nicht akzeptabel. Was passiert, wenn wir ein Lautsprecherchassis mit 3 cm Membrandurchmesser nicht in der Mitte der Schallwand anordnen, sondern zum Beispiel um 10 cm nach links versetzt?

Abb. 2.1: Lautsprecherchassis exzentrisch in runder Schallwand

Der Rand der Schallwand ist vom Lautsprecherchassis jetzt nicht mehr konstant 25 cm entfernt. Der Abstand schwankt offensichtlich zwischen 15 und 35 cm.

Abb. 2.2: Frequenzgang eines Lautsprechers mit 3 cm Durchmesser auf kreisförmiger Schallwand mit r = 25 cm. Lautsprecher 10 cm außermittig, Frequenzgang auf Achse. (E)

Der Frequenzgang ist bereits wesentlich ausgeglichener. Allerdings sind weiterhin aufeinanderfolgende Maxima und Minima zu erkennen.

2.2 Rechteckige Schallwand und mittig eingebauter Lautsprecher

Kreisförmige Schallwände sind aufwändig in der Herstellung und unpraktisch beim Aufstellen. Realitätsnäher wäre zum Beispiel eine rechteckige Schallwand von 100 cm Höhe und 30 cm Breite mit dem Lautsprecherchassis in 85 cm Höhe.

Abb. 2.3: Lautsprecher mittig in rechteckiger Schallwand

Abb. 2.4: Lautsprecher mit 3 cm Durchmesser auf rechteckiger Schallwand 100 x 30 cm, mittig eingebaut auf 85 cm Höhe, Frequenzgang auf Achse. (E)

Gegenüber Abb. 2.2 hat sich der Frequenzgang eher verschlechtert.

2.3 Rechteckige Schallwand und außermittig eingebauter Lautsprecher

Der Vergleich von Abb. 1.5 und 2.2 zeigt, dass die nicht-mittige Platzierung des Lautsprechers Vorteile haben kann. Wir verschieben deshalb den Lautsprecher so weit auf der Schallwand nach links, bis der Frequenzgang maximal ausgewogen ist. Das ist bei einem Abstand von 5 cm zur Schallwandkante der Fall.

Abb. 2.5: Lautsprecher außermittig in rechteckiger Schallwand

Abb. 2.6: Lautsprecher mit 3 cm Durchmesser auf rechteckiger Schallwand 100 x 30 cm, 5 cm vom linken Rand (rot) und mittig (grün) auf 85 cm Höhe eingebaut, Frequenzgang auf Achse. (E)

Der Frequenzgang oberhalb 350 Hz verläuft jetzt fast komplett in einem Bereich von +- 2dB. Das ist für eine praktische Anwendung ausreichend linear. Wir sehen auch, dass die rote Frequenzgangkurve unterhalb von 300 Hz nur um 1-2 dB niedriger liegt als die grüne für den mittig eingebauten Lautsprecher. Die extreme Randlage des Chassis führt also keineswegs zu einem extremen Bassverlust.

2.4 Eine breitere Schallwand - was passiert?

Ein Frequenzgang, der erst oberhalb 350 Hz nutzbar wird, ist unbefriedigend. Die Vergrößerung der Schallwand verspricht Besserung. Dazu fügen wir links an der Schallwand eine Erweiterung von 30 cm Breite an.

Abb. 2.7: Lautsprecher außermittig in 60 cm breiter Schallwand

Abb. 2.8: Lautsprecher mit 3 cm Durchmesser auf rechteckiger Schallwand 100 x 30 / 60 cm, 35 cm vom linken Rand auf 85 cm Höhe eingebaut, Frequenzgang auf Achse. (E)

Die grüne Kurve ist die gleiche wie die rote Kurve in Abb. 2.6, die rote Kurve gilt für die Schallwand gemäß Abb. 2.7. Deutlich zu sehen ist der Schalldruckgewinn unterhalb 700 Hz von bis zu 4 dB. Allerdings hat sich mit der Verbreiterung der Schallwand die relative Platzierung des Chassis auf der Schallwand geändert. Konsequenz: Die Linearität wurde schlechter.

Macht es Sinn, auch an der rechten Seite der ursprünglichen Schallwand eine Verbreiterung von 30 cm anzubringen?

Abb. 2.9: Lautsprecher außermittig in 90 cm breiter Schallwand

Abb. 2.10: Lautsprecher mit 3 cm Durchmesser auf rechteckiger Schallwand 100 x 30 / 60 / 90 cm, 35 cm vom linken Rand auf 85 cm Höhe eingebaut, Frequenzgang auf Achse. (E)

Grün und lila sind die Frequenzgänge aus Abb. 2.8 dargestellt. die rote Kurve gilt für die Schallwand gemäß Abb. 2.9. Unterhalb von 300 Hz wird nochmals Schalldruck gewonnen - wenn auch nicht mehr in gleichem Maß wie bei der ersten Verbreiterung. Dafür ist der Frequenzgang wieder etwas ausgewogener - von einem schmalen Einbruch um 1700 Hz einmal abgesehen.

Der Preis für diesen Gewinn ist eine Schallwand von 100 x 90 cm, die in dieser Form kaum in einem Wohnraum akzeptiert wird. Zum Glück gibt es Abhilfe - durch Zurückklappen der angesetzten Erweiterungen. Welche Möglichkeiten sich dabei bieten und welche Auswirkungen sie haben, untersucht Kap. 3.

2.5 Außermittiger Einbau und Rundstrahlverhalten

Welche Auswirkungen hat eigentlich die nicht-mittige Platzierung des Chassis auf die gesamte Abstrahlung bzw. auf den Frequenzgang außerhalb der Achse? Wir untersuchen das Verhalten in 15° und 30° seitlich der Lautsprecherachse:

Abb. 2.11: Lautsprecher mit 3 cm Durchmesser auf rechteckiger Schallwand 100 x 30 cm, 5 cm vom linken Rand auf 85 cm Höhe eingebaut, Frequenzgang auf Achse (rot), 15° links (grün) und 15° rechts (lila). (E)

Abb. 2.12: Lautsprecher mit 3 cm Durchmesser auf rechteckiger Schallwand 100 x 30 cm, 5 cm vom linken Rand auf 85 cm Höhe eingebaut, Frequenzgang auf Achse (rot), 30° links (grün) und 30° rechts (lila). (E)

Wie zu erwarten wird der Frequenzgang außerhalb der Achse zunehmend unregelmäßiger. Drei interessante Tendenzen deuten sich an:

Über die "kurze Seite" (grün) hinaus scheint der Frequenzgang insgesamt harmonischer zu bleiben als über die "lange Seite" (lila). Es empfiehlt sich daher, die Schallwände mit den "kurzen Seiten" nach innen aufzustellen.
Global gesehen gleichen sich die Unterschiede im Frequenzgang zwischen links und rechts eher aus, als dass sie sich in einer Richtung verstärken. Das Mittel ähnelt wieder mehr dem Frequenzgang auf Achse. Die außermittige Platzierung hat damit wahrscheinlich keinen wesentlichen Einfluss auf die gesamte in den Raum abgestrahlte Energie.
Unterhalb von 400 Hz geht der Schalldruck auf der "langen Seite" (lila) deutlich mehr zurück als auf der "kurzen Seite" (grün) - nämlich um ~ 2,5 dB. Für diesen Unterschied habe ich noch keine sichere Erklärung.

2.6 Wie wirkt sich eine höhere Schallwand aus?

Eine schlanke hohe Schallwand wird häufig als ästhetisch angenehmer empfunden als eine breite und niedrige. Was passiert also, wenn Schallwandfläche nicht in der Breite, sondern in der Höhe angefügt wird? Dafür verlängern wir die Schallwand aus Abb. 2.5 auf 1,7 m Länge nach oben. Das Chassis ist dann exakt auf halber Höhe. Die Simulation (rot) zeigt im Vergleich zur 1 m hohen Schallwand (grün) unterhalb 200 Hz einen Gewinn von 2 dB. Deutlich wird aber auch, dass eine neue Ausrichtung des Chassis auf der Schallwand erforderlich ist.

Abb. 2.13: Lautsprecher mit 3 cm Durchmesser auf rechteckiger Schallwand 100 / 170 x 30 cm, 5 cm vom linken Rand auf 85 cm Höhe eingebaut, Frequenzgang auf Achse. (E)

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