Was bedeutet gegenseitige Kopplung von Subwoofern?


Vielleicht ist Euch auch schon einmal aufgefallen, dass Subwoofer bei Live-Veranstaltungen oft recht dicht nebeneinander platziert werden – entweder auf dem Boden, seitlich der Bühne oder am oberen Ende eines Line Arrays. Doch welche Vorteile bietet dieses Verfahren, und was passiert dabei genau? Bevor wir diese Frage beantworten, sollten wir uns einige akustische Grundlagen ins Gedächtnis rufen.

Schallwellenlänge

Erinnern wir uns zunächst an die Definition der Schallgeschwindigkeit C (auf Meereshöhe, bei 21° C / 70° F, unter normalen atmosphärischen Bedingungen). Sie ist definiert als C = f λ, wobei f die Frequenz und λ die Wellenlänge bezeichnet, und beträgt 344 m/s (1128 ft/s).

Was ist nun die Wellenlänge? In der Physik bezeichnet die Wellenlänge die räumliche Ausdehnung einer periodischen Schwingung, also die Distanz, innerhalb derer sich die Wellenform wiederholt. Sie ist die Distanz zwischen aufeinanderfolgenden, übereinstimmenden Punkten der gleichen Phase der Welle, wie zum Beispiel zwei aufeinanderfolgende Wellenkämme, Wellentäler oder Nulldurchgänge.

When a sound propagates through air, the air is compressed or rarefied in waves that travel out from the audio source. When those compressed or rarified areas of air hit your eardrum, it vibrates in sympathy with those compression waves in the air and allows you to hear. The wavelengths of audible frequencies to the human ear (20 Hz – 20 kHz) are thus between approximately 17 m (55.8 ft) and 17 mm (0.0558 ft), respectively.

Das Phänomen der gegenseitigen Kopplung

Als gegenseitige Kopplung bezeichnet man ein physikalisches Phänomen, das theoretisch zwischen allen Schallwandlern auftritt – unabhängig von ihrer Größe. In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf die gegenseitigen Kopplungseffekte zwischen Tieftönern.

Gegenseitige Kopplung tritt auf, wenn zwei oder mehr nahe beieinanderliegende Lautsprecher dasselbe Signal in dieselbe Richtung abstrahlen und die Wellenlänge dieses Signals kleiner als der Abstand zwischen ihren akustischen Zentren ist. In diesem Fall breitet sich der kombinierte Schalldruck wie eine einzige Schwingung nach vorn aus – quasi so, als würden sich die einzelnen Lautsprecher nun wie ein größerer verhalten.


Bei zwei Lautsprechern gilt das Prinzip, dass ihre akustischen Zentren nahe beieinander liegen müssen: zwischen einem Viertel und der Hälfte der Wellenlänge der wiedergegebenen Frequenz. Je kürzer die Wellenlänge (höhere Frequenz), desto kleiner muss der Abstand zwischen den beiden akustischen Zentren sein, damit ein gegenseitiger Kopplungseffekt auftritt.

Abb. 1 – Links: Keine gegenseitige Kopplung der Lautsprecher, da die akustischen Zentren weiter als die halbe Wellenlänge voneinander entfernt sind. Rechts: Der gegenseitige Kopplungseffekt tritt auf, da der Abstand zwischen den akustischen Zentren der Lautsprecher weniger als die halbe Wellenlänge beträgt. (Bildnachweis: www.bnoack.com)..

Betrachten wir jetzt zwei verschiedene Situationen. Wenn wir zwei Lautsprecher nebeneinander aufstellen und der Abstand größer als die halbe Wellenlänge der wiedergegebenen Frequenz ist, vergrößert sich der durchschnittliche On- und Off-axis-Schalldruck um 3 dB (Verdoppelung der Leistung). Ist der Abstand zwischen beiden Lautsprechern klein genug für die gegenseitige Kopplung, vergrößert sich der gemessene Schalldruck um 6 dB.

Die Vorteile ausnutzen

Betrachten wir das oben beschriebene Phänomen anhand der technischen Daten eines aktiven QSC KS118 Subwoofers. Sein Übertragungsbereich (-6 dB) reicht von 41 Hz bis 98 Hz. Wie bereits erwähnt, müssen wir zur Berechnung der kürzesten Wellenlänge (mittels der Formel C = f λ) die höchste Frequenz berücksichtigen, die der Subwoofer wiedergeben kann.

Halbe Wellenlänge bei 98 Hz = 1,75 m

Daraus folgt, dass ein gegenseitiger Kopplungseffekt mit einer Steigerung des Ausgangspegels um 6 dB erreicht wird, wenn zwei KS118 Subwoofer in einem Abstand von weniger als 1,75 m zwischen ihren akustischen Zentren aufgestellt werden.

Fazit

Ihr seht, dass sich der gegenseitige Kopplungseffekt bei Subwoofern relativ einfach ausnutzen lässt, da sie problemlos in Entfernungen voneinander aufgestellt werden können, die deutlich geringer als die halbe Wellenlänge der höchsten reproduzierbaren Frequenz sind. So lässt sich auch mit wenigen Subwoofern ein hoher Schalldruck bei tiefen Frequenzen erzielen. Und das ist auch der Grund, warum PA-Techniker bei Tourneen, Produktionen und anderen Veranstaltungen ihre Subwoofer gerne in einem geringen Abstand zueinander positionieren. Mehr Schalldruck ohne großen Aufwand!

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