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Die Bassreflexbox

Regeln sind dafür da, um gebrochen zu werden. Wie wäre es denn, wenn wir den in der Box eingesperrten Schall mittels eines Rohres an die frische Luft lassen. Das hätte schon den Vorteil, dass die so schwierig erzeugte Schallenergie nicht zum Teil wieder in Verlustwärme umgewandelt werden muss. Gelingt nun noch eine Phasenverschiebung des Gehäuseschalls, dann lässt sich sogar das Nutzsignal noch verstärken. Um es vornweg zu nehmen, der Trick funktioniert.

Aber im Vorfeld müssen wir unsere Gedanken sortieren. Den gesamten Schall im Gehäuse zu nutzen gibt wenig Sinn, eine Verstärkung ist nur im Tieftonbereich notwendig. Immerhin nennt sich die Box Bassreflexbox. Da unterhalb der Resonanzfrequenz ein Abfall im Frequenzgang zu verzeichnen ist, wäre hier der geeignete Punkt, den Gehäuseschall nutzbringend einzusetzen.

Für die Funktion einer Bassreflexbox können wir zwei Modelle einer Erklärung nutzen.
Erstens, der Schall wird durch einen Helmholtzresonator verstärkt. Ein Bündel von Formeln und Tabellen unterstützt diese These. Die Meisten sind danach nicht schlauer als vorher.
Zweitens, das Masse-Feder-Modell muss erneut herhalten.

BassreflexboxBleiben wir beim Masse-Feder-Modell. Der aufmerksame Beobachter wird nun fragen, wo ist denn die Feder und wo ist die Masse? Die Erkenntnis wird erst auf den zweiten Blick sichtbar. Die Feder ist eine Luftfeder und damit ist die im Gehäuse eingeschlossene Luft gemeint. Die Masse ist die sehr kleine Luftmasse im Bassreflexrohr. Das ganze System hat eine Eigenfrequenz.

Bedingt durch die Elastizität der Feder sind die Hubbewegungen von Membran und Masse nicht zeitgleich, sondern die Bewegung der Masse eilt der Bewegung der Membran nach (Phasenverschiebung). Im Bereich der Resonanzfrequenz sind die Schalldrücke von Membran und Tunnel gleichphasig, in diesem Bereich kommt es zu einer Verstärkung.
Aber was passiert eigentlich, wenn unser System außerhalb der Resonanzfrequenz angeregt wird? Ein simpler Vergleich ist das Fahren eines Pkw über Kopfsteinpflaster. Ist die Geschwindigkeit zu hoch, dann "fliegen" wir über das Pflaster ist die Geschwindigkeit zu niedrig wird rübergeschaukelt, in beiden Fällen liegt keine Resonanz vor. Bei zu hoher Frequenz gibt es aufgrund der Trägheit der Luft im Rohr keine Reaktion, eine zu niedrige Frequenz dagegen wirkt wie eine Öffnung im Gehäuse und erzeugt so einen akustischen Kurzschluss.

Abstimmung

Wichtig ist also das richtige Einsetzen des phasengleichen Schallanteils aus dem Bassreflexrohr. Optimal liegt dieser Punkt dort, wo eine geschlossene Box einen Abfall des Frequenzganges zu verzeichnen hat, also unter der Resonanzfrequenz des eingebauten Lautsprecherchassis. Entsprechend der möglichen Erhöhung sollte die Bassreflexabstimmung bei -6 dB bis -10 dB im fallenden Teil der Frequenzgangkurve liegen.

Durch Variaton des Rohrdurchmessers und der Länge lässt sich die Abstimmung einstellen. Ohne jetzt auf weitere Formeln zu verweisen, ist dem Rohrdurchmesser ein besonderes Augenmerk zu widmen. Dieser sollte ca. 1/3 des Chassisdurchmessers betragen. Größere Durchmesser erfordern extreme Rohrlängen und kleinere Durchmesser verursachen Strömungsgeräusche.
Die Berechnung selbst wird heutzutage nicht mehr von Hand durchgeführt, sondern man benutzt Rechenprogramme, wie z.B. Boxsim oder das Programm von HiFi-Selbstbau.

Zur Positionierung des Rohres selbst, gibt es einen interessanten Artikel von Visaton (http://www.visaton.de/de/techn_grundlagen/pc_bassreflex.html).

Parameter für die Konstruktion einer Bassreflexbox
Ähnlich wie bei einer geschlossenen Box bilden die Größen Resonanzfrequenz, Güte und Äquivalentvolumen die Grundlagen zur Bestimmung der Box. Es handelt sich um 3 wichtige Thiele-Small-Parameter, benannt nach ihren Erfindern Albert Neville Thiele und Richard H. Small. Die Herren entwickelten Daten, die den Zusammenhang zwischen Chassis und Gehäuse in eine mathematisch einfache Beziehung stellten.

Wichtig bei einer ersten Auswahl ist die Gesamtgüte Qts. Liegt dieser Wert zwischen 0,3 und 0,4, dann ist das Chassis für eine Bassreflexkonstruktion gut geeignet. Anhand dieser Aussage stellt sich sofort die Frage, was passiert bei Verwendung höherer Gütwerte? Dazu muss man sich im Vorfeld über die Qualitätsmerkmale eines guten Tieftonlautsprechers Gedanken machen. Grundsatz bei allen Tieftonchassis ist eine niedrige Resonanzfrequenz. Eine weitere Voraussetzung ist ein linearer Frequenzgang und die Ausgewogenheit im gesamten Wiedergabebereich. Unter Ausgewogenheit sollte man so etwas wie eine ruhige Gewässeroberfläche verstehen. Es können schon kleine Wellen vorhanden sein, ein Tsunamie wäre jedoch nicht mehr ausgewogen. Tiefbass und Grundtonbereich sollten die gleiche Lautstärke aufweisen.
Für ein Qts von 0,6 ist der Frequenzgang beispielhaft simuliert:

Frequenzgang Der Buckel um 40 Hz ist deutlich zu erkennen.


In diesem Fall wäre ein geschlossenes Gehäuse oder eine Transmissionline wohl die bessere Wahl.

Nähere Ausführungen können Sie einem Artikel in der Hobby HiFi, Heft 6/2013, entnehmen.

 

 

 

Ähnlich verhält es sich bei einer Fehlabstimmung des Reflexkanals. Entsprechend persönlicher Vorlieben stimmen einige Konstrukteure den Bassreflexkanal etwas tiefer als gewöhnlich ab. Dies geschieht durch Verlängerung der Rohrlänge. Der Bassabfall ist damit etwas schlanker bei geringerer Lautstärke. Währenddessen eine höhere Abstimmung etwas mehr Lautstärke, dafür jedoch weniger Tiefe erzeugt. Damit die Konstruktion nicht aus dem Ruder läuft, sollte man bei Änderungen der Rohrlänge die 30% Marke nicht überschreiten.

Abschließend noch einige Hinweise zu den Vor- und Nachteilen der Konstruktionen.

Geschlossene Box

Bassreflexbox