Egal, ob beim Live-Konzert im Club, im Kino, oder beim Musikhören mit Kopfhörern: Reproduzierten Schall hören wir immer über Lautsprecher. Das ist allgemein bekannt. Es gibt jedoch große Unterschiede bei der Bau- und Funktionsweise von Lautsprechern; grundsätzlich unterscheidet man zwischen echten Aktivlautsprechern, aktiven Lautsprecher mit passiver Frequenzweiche und passiven Lautsprechern. Diese Begriffe werden häufig falsch verwendet. In diesem Artikel wollen wir die technischen Hintergründe etwas aufklären.
Bevor wir ins Detail gehen und die verschiedenen Lautsprecherdesigns erläutern, sollten wir einige Grundlagen für diesen Artikel definieren. Wir nehmen an, dass jeweils eine Audioquelle vorliegt, die ein Signal mit Line-Pegel liefert (der gebräuchlichste Pegel für professionelles Equipment ist +4 dBu, bei Consumer-Geräten sind es -10 dBV). Signale mit Line-Pegel sind in den Abbildungen unten grün dargestellt, während die Ausgangspegel der Lautsprecher (bis zu 100 dB oder sogar mehr) bronzefarben dargestellt sind.
Passive Lautsprecher
1915 haben die dänischen Ingenieure Peter L. Jensen und Edwin Pridham in Napa, Kalifornien, die ersten einsatzfähigen Lautsprecher mit Schwingspule hergestellt. Sie entwickelten das sogenannte passive Lautsprecherdesign, das noch heute von vielen Herstellern weltweit genutzt wird, einschließlich QSC (beispielsweise unsere E Serie).
Passive Lautsprecher bestehen aus einem Gehäuse, einem oder mehreren Schallwandlern (auch Treiber genannt) und einer passiven Frequenzweiche. Sie benötigen keine Spannungsversorgung vom Netz (230 V, 110 V, etc.), da ihre Schallwandler mit passiven elektrischen Komponenten und elektromagnetischen Kräften arbeiten. Sie erhalten ein bereits verstärktes Line-Pegel-Signal (in der Abbildung unten bronzefarben dargestellt) von einer externen Endstufe. Die Endstufe verstärkt das Line-Pegel-Signal der Audioquelle bzw. des Vorverstärkers auf das passende Signal für die Schallwandler des Lautsprechers. Dieses Signal wird dann von der passiven Frequenzweiche des Lautsprechers auf die verschiedenen Frequenzbänder aufgeteilt – üblicherweise zwei oder drei – und dann an die Schallwandler weitergeleitet.
Um bei passiven Lautsprechern eine gute Performance zu erzielen, muss man darauf achten, dass die Ausgangsleistung der Endstufe und die maximale Belastbarkeit der Lautsprecher zusammenpassen. Eine zu schwache Endstufe kann die Kapazität des Lautsprechers nicht nutzen und verzerrt das Signal schon lange bevor der maximale Ausgangspegel des Lautsprechers erreicht ist. Eine zu starke Endstufe wiederum kann die Frequenzweiche und die Schallwandler zu stark belasten, was ebenfalls Verzerrungen verursacht und zudem den Lautsprecher beschädigen kann.
Echte Aktivlautsprecher
Die ersten aktiven Lautsprecher wurden Mitte der 1960er Jahre von JBL und Klein & Hummel entwickelt, dicht gefolgt von Altec und Meyer Sound. Ein aktives Lautsprecherdesign umfasst ein oder mehrere Gehäuse, einen oder mehrere Schallwandler, eine oder mehrere aktive Frequenzweichen und jeweils ein Endstufenmodul pro Schallwandler.
Aktivlautsprecher erhalten ein Signal mit Line-Pegel von einer Audioquelle bzw. einem Vorverstärker und verstärken (und verarbeiten) dieses Signal intern. Dafür benötigen Sie Netzspannung. Zuerst teilt die Frequenzweiche das Line-Signal auf die verschiedenen Frequenzbänder auf. Dann wird jedes dieser Bänder von den verschiedenen Endstufenmodulen auf den passenden Pegel für die Schallwandler (z.B. Hochtöner, Mitteltöner und Tieftöner) verstärkt.
Da die Frequenzweichen hier mit dem wesentlich niedrigeren Line-Pegel arbeiten statt mit dem bereits verstärkten Pegel, sind sie vor Überlastung geschützt und können das Audiosignal präziser und sauberer aufteilen. Da alle Komponenten, inklusive der Endstufen, Teil des Lautsprecherdesigns sind, lässt sich das System zudem viel präziser auslegen und für maximale Klangqualität optimieren. Zum Beispiel können die Impedanzen der einzelnen Endstufenmodule perfekt auf die Impedanzen der jeweiligen Schallwandler abgestimmt werden.
Aktive Lautsprecher haben noch viele weitere Vorteile – zum Beispiel lassen sich Schutzschaltungen besser umsetzen (Wärmeableitung, Treiberauslenkung, Übersteuern usw.), oder man kann einen Treiber-Equalizer sowie digitale Signalverarbeitung mit zusätzlichen Analog-Digital- und Digital-Analog-Wandlern integrieren, wie bei den K.2, KLA, KW und CP Serien von QSC.
Aktive Lautsprecher mit passiver Frequenzweiche
Im allgemeinen Sprachgebrauch wird oft nicht zwischen echten Aktivlautsprechern (mit integrierten Endstufen und aktiver Frequenzweiche) und Lautsprechern mit integrierter Endstufe und passiver Frequenzweiche unterschieden. Im Englischen gibt es für diese Lautsprecherdesigns zwei verschiedene Bezeichnungen: „active“ für Designs mit aktiver Frequenzweiche, und „powered“ für Lautsprecher mit integrierter Endstufe und passiver Frequenzweiche.
Die Funktionsweise von aktiven Lautsprechern mit passiver Frequenzweiche ähnelt tatsächlich stark der von passiven Lautsprechern, bzw. handelt es sich um eine Kombination von passiven und aktiven Technologien. Neben der passiven Frequenzweiche ist der große Unterschied zum echten Aktivlautsprecher, dass es keine dedizierten Endstufen für die einzelnen Schallwandler gibt. Das Design leidet natürlich unter den üblichen Nachteilen passiver Frequenzweichen (dieses Thema ist nicht Teil dieses Artikels).
Abbildung 4 zeigt, dass ein Aktivlautsprecher mit passiver Frequenzweiche ähnlich funktioniert wie ein passiver Lautsprecher, abgesehen davon, dass eine Endstufe in das Lautsprechergehäuse integriert ist. Die englische Bezeichnung „powered“ stammt daher, dass diese Lautsprecher Netzspannung benötigen. Hinsichtlich der elektronischen und akustischen Leistungsmerkmale unterscheidet sich das Design nicht von einem konventionellen passiven Lautsprecher. Diese Bauweise ist üblich für kompakte Lautsprecher, z.B. zur Verstärkung tragbarer Abspielgeräte.
Abbildung 5 zeigt eine Mischform, bei der das Line-Pegel-Signal von einer aktiven Frequenzweiche auf zwei Bänder aufgeteilt und eines der Bänder nochmals mit einer passiven Frequenzweiche für den Hoch- und Mitteltöner aufgeteilt wird. Auch dieser 3-Wege-Lautsprecher benötigt Netzspannung; es handelt sich jedoch auch hierbei nur zum Teil um einen echten Aktivlautsprecher (beim Tieftöner).
Einige Studiomonitore und Hi-Fi-Lautsprecher nutzen diese Bauweise, um Kosten zu reduzieren, da nur zwei Endstufenmodule benötigt werden und die Frequenzweichenschaltung weniger komplex ist als bei einem aktiven 3-Wege-System mit drei dedizierten Endstufen.
Fazit
Wenn ein Lautsprecher keine Netzspannung benötigt, handelt es sich um einen passiven Lautsprecher. Wenn ein Lautsprecher ans Netz angeschlossen ist und es sich nicht um ein großes PA-System handelt, ist es wichtig zu wissen, ob man einen echten Aktivlautsprecher vor sich hat oder ein hybrides Modell mit Endstufenmodul und passiver Frequenzweiche.
Kurz gesagt: Alle Aktivlautsprecher benötigen Netzspannung, aber nicht alle Lautsprecher, die Netzspannung benötigen, sind echte Aktivlautsprecher. Guck also besser genau hin, um den passenden Lautsprecher für deine Anforderungen zu finden. Lass dich nicht von schönen Worten täuschen. Viel Spaß beim Hören!