Einteilung nach HiFi und PA

Eine erste grobe Trennung kann nach „Heimgebrauch“ (HiFi) und „öffentlichem“ Einsatzzweck (PA-Anlage, „Public Address“) vorgenommen werden.

Lautsprecher zur Beschallung von Konzerten und ähnlichem müssen speziellen Anforderungen genügen: Neben der möglichst hohen Schallausbeute (Maximallautstärke) stehen Robustheit und Funktionalität im Vordergrund. PA-Boxen müssen rauen Einsatzbedingungen standhalten (Witterung, Transport, häufiger Auf- und Abbau), und auch die Handhabung (Gewicht, eventuelle Stapelbarkeit) spielt eine wesentliche Rolle; Größe und Aussehen als ästhetische Fragen sind zweitrangig.

Die Trennlinie zwischen privatem und professionellem Einsatz ist schon schwerer zu ziehen. In Veranstaltungshallen, Kirchen oder Ausstellungsräumen kommen Boxen zum Einsatz, die zwar nicht PA-Bedingungen genügen müssen, dafür aber akustischen Besonderheiten; meist geht es dabei um die Vermeidung von Nachhall und sonstige Zentrierung der Wiedergabe (zum Beispiel bei „Soundduschen“). Während solche Boxen nur einen Teil des Hörspektrums abdecken, sind bei Studio-Monitorlautsprechern für Tonstudios wiederum besonders präzise Wiedergabe und HiFi-Qualitäten gefragt.

Dieser gesamte Artikel nimmt, wie die hier folgenden Einteilungen, hauptsächlich auf HiFi-Anwendungen bzw. Heimanwendungen von Lautsprecherboxen Bezug.

Einteilung nach Breitband- und Instrumentenlautsprechern

Sowohl HiFi als auch PA-Systeme zeichnen sich dadurch aus, dass nach Möglichkeit der gesamte für Musikwiedergabe relevante Frequenzbereich gleichmäßig wiedergeben wird. Insbesondere in PA-Systeme werden dafür auch häufig mehrere verschiedene, jeweils nur einen Frequenzbereich (z. B. Höhen, Mitten, Bässe) wiedergebende Lautsprecher kombiniert.

Eine Sonderstellung nehmen Instrumentenlautsprecher ein, von denen einige (z. B. für Keyboard, akustische Instrumente, teilweise auch für E-Bass) einen möglichst linearen Frequenzgang haben, andere (insbesondere für E-Gitarre, aber auch E-Bass) gerade aufgrund ihres spezifischen, nicht-linearen Frequenzgangs, mit häufig einem starken Abfall der Wiedergabe zu hohen Frequenzen, ausgewählt und genutzt werden.

Einteilung nach Größe

Die bloßen Dimensionen einer Lautsprecherbox sagen wenig über ihre Wiedergabequalitäten aus. Generell gilt, dass vor allem für tiefe Frequenzen (Bass) bei gleicher Lautstärke deutlich mehr Luftvolumen verschoben werden muss; größeren Lautsprechern in größeren Gehäusen fällt diese Aufgabe tendenziell leichter.

Einteilung nach Anzahl der Boxen

Falls man Radioapparate und Ähnliches nicht als Spezialfall einer „Aktivbox mit zusätzlicher Elektronik“ betrachtet, sind Einzelboxen im Heimgebrauch auf Kleingeräte wie Soundbars beschränkt.

Einteilung nach Anzahl der Wege

Mit einem einzigen Lautsprecher lässt sich das gesamte Hörspektrum nur eingeschränkt wiedergeben. Große Membranflächen, die das für Bässe nötige Luftvolumen verschieben können, bündeln den Schall bei höheren Frequenzen stark; Konusmembranen haben zudem mit Partialschwingungen zu kämpfen. Kleine Membranflächen können raschen Auslenkungen leichter folgen und weisen ein besseres Rundstrahlverhalten auf, schwächeln aber bei der Basswiedergabe.

Aus diesem Grund werden Einzellautsprecher („Chassis“) seitens ihrer Hersteller vorzugsweise für die Reproduktion spezifischer Frequenzbereiche optimiert. In Lautsprecherboxen finden sich daher meist mehrere Chassis unterschiedlicher Formen und Größen, die jeweils auf unterschiedliche Frequenzbereiche spezialisiert sind. Die Boxenhersteller ihrerseits entscheiden, welche Bereiche den einzelnen Chassis dort dann tatsächlich zugewiesen werden – und zwar mittels der Frequenzweiche, die das Verstärkersignal in getrennte Wege („Zweige“ genannt) aufteilt.

Dabei kann ein Frequenzweichenzweig auch mehrere Lautsprecher parallel ansteuern; andererseits benötigen Lautsprecher wie Koaxialchassis mehr als einen solchen Zweig. Daher muss die Anzahl der Chassis nicht mit der Anzahl der Wege übereinstimmen.

Einteilung nach Gehäuse-Bauart

Neben seiner schlichten Halterungsfunktion für die Chassis dient das Gehäuse dazu, die Wiedergabecharakteristik der Lautsprecher zu beeinflussen; vor allem zur Verstärkung des Tieftonbereiches:

• offenes Gehäuse / Schallwand
• Geschlossene Gehäuse beschränken sich dabei weitgehend auf die Unterbindung des akustischen Kurzschlusses
• Bassreflex-Gehäuse nutzen zudem den rückwärtig abgestrahlten Schallanteil, indem sie einen Bassreflexkanal als Resonator einsetzen; man erkennt sie an dem typischen „Loch“
• Doppel-Bassreflex-Gehäuse
• einfach ventiliertes Bandpassgehäuse (Bandpass 4. Ordnung)
• beidseitig ventiliertes Bandpassgehäuse (Bandpass 6. Ordnung)
• Transmissionline-Gehäuse sind im Inneren als ein sich hinter dem Chassis verjüngender Kanal aufgebaut; eine schmale Queröffnung gibt den zusätzlichen Bassanteil wieder
• Horn-Gehäuse erreichen das Ziel quasi umgekehrt: Die Schallführung beginnt innen eng und erweitert sich immer mehr, bis hin zum großen, sichtbaren Hornmund

Im letzten Fall ist allerdings meist ein „rearloaded horn“ gemeint. Auch die anderen Typen können in Aufbau und Erscheinungsbild stark variieren.

Der Beeinflussung des frontseitig abgestrahlten Schalls wiederum dienen nicht nur – zur Verstärkung – verschiedene Hornkonstruktionen, sondern beispielsweise auch Rundumstrahler: Hier geht es um gleichmäßiges Abstrahlverhalten, was meist über Dispersionskegel realisiert wird.

Einteilung nach spezieller Anwendung

• Subwoofer sind Spezial-Lautsprecher zur Unterstützung von kompakteren Vollbereichslautsprechern am unteren Frequenzende.
• PA-Lautsprecher (PA steht für Public Address) werden zur Beschallung von Konzerten und Veranstaltungen verwendet.
• Studiolautsprecher dienen bei der Musikproduktion zum Abhören auch unfertiger Mischungen und Einzelsignale.
• Spritzwassergeschütze bzw. Unterwasser-Lautsprecher sind Lautsprecher, die feuchtigkeitsresistent sind bzw. an die Erfordernisse der Schallabstrahlung unter Wasser optimiert sind.

Passivboxen

Typische Passivboxen bekommen das Signal von einem externen Verstärker an die Eingangsbuchsen geliefert und verteilen es über die Frequenzweiche an ihre Lautsprecher. Zwei- und Mehrwege-Passivlautsprecher trennen das von einem externen Leistungsverstärker bereitgestellte Signal mit Hilfe von Kondensatoren, Spulen und Widerständen, selten per Transformatoren auf. Selten findet man ein Entzerrnetzwerk, was vor dem Endverstärker eingeschleift wird.

Teilaktive Boxen

Teilaktive Lautsprecher sind Lautsprecher mit einer eingebauten zusätzlichen Endstufe, meist für den Bass- oder Tiefbassbereich, während Mittel- und Hochtöner extern angesteuert werden. Man kann auf diese Weise zum einen den Endverstärker entlasten und hat zum anderen die Möglichkeit, den Bassbereich zu entzerren.

Passivlautsprecher mit zusätzlichem aktivem Subwoofer funktionieren nach dem gleichen Prinzip, nur dass sich dort der Tiefbassbereich nicht im selben Gehäuse befindet.

Aktivboxen

Als Aktivboxen bezeichnet man Lautsprecherboxen, die alle notwendigen Endstufen eingebaut haben (sie benötigen also eine zusätzliche Energieversorgung).

Die Ansteuerung erfolgt mit Kleinsignalen (Cinch) oder digital per Kabel/Faser/Computerschnittstelle/drahtlos. Letzteres ist nur bei Aktivlautsprecher überhaupt möglich.

Aktivlautsprecher können ohne passive Frequenzweiche(n) auskommen, wenn jeder Frequenzbereich eine eigene Endstufe hat. Es ist allerdings auch möglich, Chassis per passiver Frequenzweiche zu trennen. Im Allgemeinen werden Aktivlautsprecher zusätzlich aktiv entzerrt. Entzerrung wie Chassisauftrennung kann elektronisch per Aktivfilter wie auch per DSP erfolgen.

Das bekannteste Beispiel für eine Aktivbox ist der (aktive) Subwoofer, wie er in üblichen Surroundanlagen zum Einsatz kommt. Auch Funkboxen – die das Signal also nicht über Kabel erhalten – haben eingebaute Leistungsverstärker.

Die technisch korrekte Differenzierung zwischen „aktiv“ und „passiv“ ist jedoch komplizierter. Als „aktiv angesteuert“ bezeichnet man einen Lautsprecher nämlich dann, wenn sich zwischen dem Ausgang des Leistungsverstärkers – egal, ob der nun in die Box eingebaut ist oder nicht – und den Anschlüssen des Chassis keine Frequenzweichenbauteile befinden. Der Vorteil eines solchen Betriebes liegt in der besseren Kontrolle des Lautsprechers durch den Verstärker (höherer Dämpfungsfaktor). Eventuelle Bearbeitungen des Frequenzbereiches finden im Signalweg vor der Endstufe statt.

Beim klassischen Subwoofer trifft das zu: Ihm genügt ein NF-Signal vom Ausgang eines Vorverstärkers oder Ähnlichem (optionale „Hi Level“-Anschlüsse transformieren Endstufen-Signale auf NF-Niveau). Dann bearbeitet eine aktive Schaltung den Frequenzgang, und der Lautsprecher wird direkt vom Ausgang des Subwooferverstärkers angesteuert. Mehrwege-Boxen mit nur einem eingebauten Verstärker für alle Chassis hingegen fallen unter Passivbetrieb, weil sich vor den Lautsprechern noch eine Weiche befindet.

Passive Frequenzweiche

Die einfachste Form einer nachgeschalteten Passivweiche in einer Zweiwege-Box besteht aus einer Spule im Signalweg des Tiefmitteltöners und einem Kondensator vor dem Hochtöner: Die zwei – jeweils in Serie zum Lautsprecher geschalteten – Bauteile sorgen dafür, dass höhere Frequenzanteile vom Tiefmitteltöner und niedrigere vom Hochtöner abgehalten werden.

In der Praxis sind sowohl Wirkungsweise als auch Aufbau der Weiche meist deutlich komplexer. Passivweichen beinhalten neben Spulen und Kondensatoren fast immer auch Widerstände – zum Beispiel, um einen höheren Wirkungsgrad des Hochtöners auszugleichen, ihn also im Pegel an die anderen Lautsprecher anzupassen. Da die Frequenztrennung auch nicht wie ein abruptes „Abschneiden“ funktioniert, überlappen einander die einzelnen Zweige stets mehr oder weniger; hier kommt die Flankensteilheit der Filter zum Tragen. Je „schärfer“ die Trennung ausfallen soll, desto mehr Bauteile werden benötigt. Je steiler die Filterflanke jedoch wird, desto ausgeprägter treten Effekte wie Phasendrehung und Überschwinger auf.

Frequenzweichen können darüber hinaus nicht nur die Grenzen der Signalbereiche festlegen, sondern auch Unregelmäßigkeiten im Frequenzgang ausgleichen, etwa über Saug- oder Sperrkreise. Selbst Breitbandlautsprecher haben meist eine Frequenzweiche – obwohl der Name in diesem Fall unsinnig erscheint, decken in solchen Boxen doch Einzelwandler näherungsweise das gesamte Spektrum ab.

Beim Aufbau einer guten Frequenzweiche ist unter anderem der Frequenzgang unter verschiedenen Abstrahlwinkeln und die Impedanz der Lautsprecher zu berücksichtigen.

Passivweichen sind bei Lautsprecherboxen die am weitesten verbreitete Form. Trotz ihres grundlegenden Einflusses auf den Klang wird seitens der Hersteller von Fertigboxen an dieser Bauteilgruppe oft gespart: geringe Kosten und einfache Montierbarkeit der Weiche stehen oft im Vordergrund, was zu weniger guten Schaltungen führt.

Aktive Frequenzweiche

Verfügt jeder Wandler der Box über einen eigenen Verstärker, kann eine Frequenzweiche auch vor den Schallwandlern positioniert werden. Es gibt zwei verschiedene Arten von aktiven Frequenzweichen analoge Aktivweichen und digitale Aktivweichen. Mit aktiven Frequenzweichen sind neben den oben beschriebenen Funktionen auch Regelungsschleifen möglich wie die Überwachung der Membranauslenkung, um Zerstörung zu vermeiden oder Filter anzupassen. Eine richtig ausgelegte Aktivweiche ist mindestens gleichwertig, in der Regel aber deutlich besser als eine entsprechende passive Weiche.

Flache Schallwand/Halbraum-Strahler/Vollraum-Strahler

Lautsprecher können auf einer flachen Schallwand montiert sein. Sie sollten dabei eingelassen sein, da Kanten zu zusätzlichen Reflexionen und damit Welligkeiten des Frequenzganges führen. Ist die Schallwand wesentlich kleiner als die Wellenlänge (was z. B. meistens im Bassbereich der Fall ist), wird die Schallenergie in einen Raumwinkel von 4${\displaystyle \pi }$ abgestrahlt, d. h. in den Vollraum. Ist die Schallwand wesentlich größer als die Wellenlänge (was z. B. überwiegend im Hochtonbereich der Fall ist), wird die Schallenergie in einen Raumwinkel von 2${\displaystyle \pi }$ abgestrahlt, d. h. in den Halbraum. Der Schallpegel erhöht sich dabei um 6 dB (kohärentes Überlagern der Schallquelle und der gespiegelten Phantomschallquelle), die Schallleistung aber nur um 3 dB.

Der Übergang zwischen diesen beiden Verhaltensweisen wird als Baffle Step bezeichnet, für einen linearen Direktschallfrequenzgang muss er entzerrt werden, indem dem Lautsprecher für tiefere Frequenzen 6 dB mehr Energie zugeführt wird. Die ins Diffusfeld abgegebene Strahlungsenergie steigt dabei um 3 dB.

• Montage auf einer kleinen Schallwand:

Bei Montage eines Lautsprechers auf einer kleinen Schallwand, die nicht wesentlich größer als die Wellenlänge ist, erhält man einen sogenannten 4${\displaystyle \pi }$-Strahler. Übliche Lautsprecher arbeiten im Tief- und Grundtonbereich in dieser Betriebsart.

• Montage auf Schallwand:

Bei Montage eines Lautsprechers auf einer großen Schallwand erhält man einen 2${\displaystyle \pi }$-Strahler. Der Schalldruck steigt um 6 dB, die abgestrahlte Schallleistung um 3 dB.

Wandeinbau

Die Schwankungen der Direktivität im Bass (2${\displaystyle \pi }$), Grundton (4${\displaystyle \pi }$) und Mittenbereich (2${\displaystyle \pi }$) kann man durch wandnahe Aufstellung, Aufbau an der Wand oder Wandeinbau eliminieren. In diesem Fall ist in jedem Frequenzbereich der Lautsprecher (maximal) ein 2${\displaystyle \pi }$-Strahler, d. h., er hat einen Richtfaktor von 3 dB. Allerdings muss dann die Box auf diese Aufstellung abgestimmt sein. Bei Aktiv-Monitoren ist dazu häufig ein Bass-Equalizer vorhanden (nicht zu verwechseln mit Bass-Roll-Off).

Wave-Guide/flaches Horn

• Wave-Guide: Auch kurzes Horn genannt. Gegenüber einem 2${\displaystyle \pi }$-Strahler wird die Schallabstrahlung in eine flache Mulde gelegt. Das erhöht den Kennschalldruck in dB/W/m. Geeignete Formgebung sorgt für eine konstante Bündelung im Arbeitsbereich und umgeht die Probleme der Kantendiffraktion an den Gehäusekanten.

Klassisches (langes) Horn

• Klassische Horn-Lautsprecher: Der Lautsprecher wird über ein langes Horn an die Umgebung angekoppelt, was neben der Schallbündelung – im Gegensatz zum Waveguide – mit einer Verbesserung der Anpassung der Strahlungswiderstände verbunden ist. Mit einem Horn-Lautsprecher können sehr hohe Kennschalldrücke von > 100 dB/W/m erreicht werden, allerdings steigt – außer bei sehr großen Systemen – die Gefahr von Resonanzen und Nichtlinearitäten. Hornlautsprecher sind bei richtiger Dimensionierung zudem in der Lage, eine über die Frequenz konstante Richtwirkung zu generieren, da sie entlang des Hornverlaufes, vom Hornhals bis zum Hornmund, der Wellenfront alle Membrandurchmesser zur Verfügung stellen.

Früher besaßen Kinos Hornlautsprecher hinter der Leinwand, deren Öffnung das Format dieser besaß. Diese Systeme kamen mit ihrem hohen Wirkungsgrad der geringen Verstärkerleistung entgegen und boten zudem eine vergleichsweise hohe Tonqualität. Für Stereofonie sind sie jedoch nicht geeignet.

Verfärbung des Direktschalls

Der auffälligste Reproduktionsfehler eines Lautsprechers ist eine Verfärbung des Direktschalls. Um die Auswirkungen auf den Klang besser abschätzen zu können, wird üblicherweise über 1/6-Oktave gemittelt. Es interessieren dabei vor allem die Abweichungen im Bereich von 100 Hz bis 10 kHz, dort sind Werte um ±1 dB hörbar. Unterhalb von 100 Hz und oberhalb von 10 kHz lässt die Empfindlichkeit auf Pegelfehler nach, der Frequenzgang oberhalb von 15 bis 17 kHz ist nur noch von geringer Relevanz.

Für die Beurteilung des Direktschalls sollten die zur Konstruktion gehörigen Bodenreflexionen im Grundton- und Bassbereich mit berücksichtigt werden. Obwohl es sich um Diffusschall handelt, ist dieser Anteil zum einen nur sehr gering verzögert (bei 3 Meter Abstand und 80 cm Höhe des Tieftöners z. B. 0,3 ms), zum anderen spätestens bei Standboxen fester Bestandteil der Konstruktion.

Laufzeitfehler

Die Wahrnehmbarkeit von Laufzeit- und Phasenfehlern ist frequenzabhängig, jedoch ist umstritten, ab welchem Betrag sie wahrnehmbar sind.

Schmalbandige Resonanzen

Schmalbandige Resonanzen (etwa des Gehäuses) verursachen nur geringe Fehler im Direktschallfrequenzgang und in der Gruppenlaufzeit, aber hörbare Veränderungen bei Einschwingen von Musikinstrumenten.

Doppelräumigkeit

Aufnahmen „sehen“ im Allgemeinen zwei Räume, bevor sie zum Ohr gelangen:

• Aufnahmeraum im Studio/Konzertsaal,
• Wiedergaberaum zu Hause.

Selbst wenn beide Räume den gleichen Klang haben, beeinflusst Doppelräumigkeit den Klang negativ (etwa bei einer Eigenaufnahme, die im Wohnzimmer aufgenommen und dann dort wieder abgespielt wird).

Bi-Wiring

Bi-Wiring („Doppelverkabelung“) bedeutet, jeden Lautsprecher über ein eigenes Kabel mit dem Verstärker zu verbinden. Als Vorteil einer solchen Verschaltung wird eine mögliche Verbesserung des Klangs angeführt, die jedoch nicht belegt werden kann.

Bi-Amping

Beim Bi-Amping wird jeder Lautsprecher von einer eigenen Verstärker-Endstufe angetrieben. Es gibt die grundsätzlich verschiedenen Betriebsarten des Bi-Amping mit passiver Frequenzweiche und des Bi-Amping mit aktiver Frequenzweiche.