Ein Lautsprechergehäuse dient zur Montage von Lautsprechern. Je nach Bauform beeinflusst es maßgeblich die Wiedergabecharakteristik und/oder die Belastbarkeit der eingesetzten Schallwandler. Vor allem im Tieftonbereich wird es zur Vermeidung eines akustischen Kurzschlusses eingesetzt, wobei der von der Rückseite abgestrahlte Schall unterschiedlich genutzt wird.
Die Einheit von Lautsprecher(n), Gehäuse und üblicherweise nötiger Lautsprecherweiche (nebst eventuell eingebauter Verstärker, siehe Aktivbox) wird als Lautsprecherbox bezeichnet.
Das Lautsprechergehäuse hat dabei im Wesentlichen drei Funktionen: Aufstellung. Die Chassis werden durch das Aufstellen der Lautsprecherbox in eine geeignete Lage gebracht. Das betrifft Abstrahlwinkel wie auch Abstände zum Boden. Bei Nicht-Standlautsprechern (das können auch große Regallautsprecher sein) gehört zu einer optimalen Aufstellung noch der Lautsprecherständer oder die Wandbefestigung. Schallführung des rückwärtigen Schalls. Um Frequenzen wiederzugeben, deren Wellenlänge größer als der Membrandurchmesser ist, ist es notwendig, den Luftaustausch zwischen Vorder- und Rückseite (sog. akustischer Kurzschluss) zu behindern oder über Resonatoren geeignet zu gestalten. Dieser Punkt wird unter Lautsprechergehäuse (1) behandelt. Schallführung des Schalls der Vorderseite. Die unmittelbare Umgebung eines Chassis ist entscheidend für den Frequenzgang und die Richtung der Schallabstrahlung. Dieser Punkt wird unter Lautsprechergehäuse (2) behandelt.
mini|Schematische Darstellung eines Lautsprechers in einem geschlossenen Gehäuse
Gehäuseformen (Offene) Schallwand mini|75px|Offene Schallwand Um den Druckausgleich zwischen Vorderseite und Rückseite zu unterbinden, wäre es am besten, das Chassis in eine unendliche Schallwand einzubauen. Dieses Konstrukt wird wie der Einbau in eine unendlich große Box für theoretische Betrachtungen verwendet (z. B. Resonanzfrequenz auf unendlicher Schallwand). In der Praxis muss man sich mit endlichen Schallwänden begnügen.
Endliche Schallwände unterbinden den akustischen Kurzschluss nur teilweise. Unter einer gewissen Grenzfrequenz kommt es vermehrt zum Druckausgleich zwischen Vorder- und Rückseite, der zu einem Abfall von 6 dB/oct führt. Zusammen mit dem Verhalten unterhalb der Resonanzfrequenz von 12 dB/oct führt dieses zu einem asymptotischen Verhalten von 18 dB/oct am unteren Ende des Übertragungsbereichs.
Endliche Schallwände sind üblich in Wiedergabegeräten mit eingebauten Lautsprechern, z. B. Röhrenempfänger („Dampfradio“) Mono-Transistorradios tragbare Wiedergabegeräte mit Lautsprecher Fernsehgeräte mit Bildröhre Gitarren/Instrumentenverstärkern
Offene Schallwände kommen auch zum Einsatz bei modernen Dipollautsprechern oder Lautsprechern im Retrodesign.
mini|150px|Offene Schallwand (gefaltet) Gefaltet lassen sich die Abmessungen deutlich reduzieren, allerdings werden diese Konstruktionen für Hohlraumresonanzen empfindlicher und müssen ggf. akustisch bedämpft werden.
Asymptotisches Verhalten: 6 dB/oct ab Eintreten des Akustischen Kurzschlusses, 12 dB/oct unterhalb der Resonanzfrequenz, 18 dB/oct, wenn beide Kriterien erfüllt sind.
Vorteil: Kein Einfluss Gehäuse → Lautsprecher
Nachteil: Um Frequenzen unterhalb von 100 Hz zu übertragen, müssen Schallwände sehr groß sein.
Sinnvolle Abstimmung bei Aktivboxen: Bass-Bereich mit Equalizer um den 6 dB-Abfall aufzufangen.
Geschlossenes Gehäuse mini|150px|Geschlossenes Gehäuse Das Chassis wird in ein (möglichst) luftdicht abgeschlossenes Gehäuse eingebaut. Gegenüber Schallwänden moderater Größe wird dadurch der akustische Kurzschluss zuverlässig unterbunden. Allerdings bekommt das Chassis durch die Federwirkung des abgeschlossenen Hohlraums eine weitere Komponente hinzu, die die Resonanzfrequenz erhöht. Zum Einbau in geschlossene Gehäuse verwendet man daher Chassis, die eine niedrige Freiluftresonanz aufweisen. Der Innenraum kann zur Verringerung von stehenden Wellen bedämpft werden. Ideal ist eine reichliche Bedämpfung mit wärmespeicherndem Material, das die weitgehend adiabatische Kompression in eine weitgehend isotherme Kompression umwandelt. In Luft bedeutet das eine effektive Erhöhung des Innenvolumens um den Faktor 1,4.
Asymptotisches Verhalten: 12 dB/oct unterhalb der Resonanzfrequenz
Vorteile: Einfacher Aufbau Einfach abzustimmen Wiedergabe von tiefen Frequenzen mit weniger Verzerrungen, wenn auch mit verringerter Amplitude möglich Keine Strömungsgeräusche Linearerer Verlauf des Phasenganges und der Gruppenlaufzeit im unteren Einsatzbereich Sauberer Klang durch aktive Entzerrung (Frequenzgangkorrektur) der Boxen möglich
Nachteile: Die Box bringt insgesamt weniger Pegel, weil der rückwärtig vom Chassis abgestrahlte Schall in Wärme umgewandelt wird. Geringerer Maximalpegel in der Nähe der Resonanzfrequenz des Systems Zeitiger Abfall des Freifeld-Amplitudenfrequenzgangs.
Sinnvolle Abstimmung: Bei Aktivboxen: Über den Verstärker (ggfs. sogar mit Berücksichtigung der Bassparameter bei der Gegenkopplung des Verstärkers) kann man einen vergleichsweise linearen Frequenzgang erreichen. Üblicherweise stimmt man das System so ab, dass die thermische und mechanische Belastbarkeit im Tieftonbereich gleichzeitig eintreten. Chassis mit kleiner Gesamtgüte (Qts) (also mehr Auslenkung bei der Resonanzfrequenz) ermöglichen kompakte Lautsprecherboxen. Bei Passivboxen: Üblicherweise stimmt man auf einen guten Kompromiss zwischen Impulsverhalten und möglichst tiefem Frequenzgang ab. Dies ist in etwa bei einer Qts des gesamten Systems von 0,707 (0,6…1,0) erreicht. Lautsprecher mit kleiner Qts führen auch hier zu kompakten Lautsprechern, allerdings mit weniger Präzision in der Basswiedergabe.
Bassreflex-Gehäuse mini|Bassreflex-Röhre Bassreflex-Gehäuse sind eine spezielle Form von Lautsprechergehäusen für Tiefton-Lautsprecher. Bei dieser sogenannten Bassreflex-Box ist das Volumen nicht abgeschlossen, sondern durch einen Kanal nach außen verbunden. Die Luftmasse in diesem Kanal bildet mit dem Gehäusevolumen einen Resonator (auch Helmholtz-Resonator genannt).
Der Resonator bewirkt eine Erhöhung der Schallabstrahlung im Bereich seiner Serien-Resonanzfrequenz. Praktisch wird einerseits der Schall der Membranrückseite genutzt statt wie beim geschlossenen Gehäuse verworfen. Auf der Reflexresonanz bewegt sich die Membran aber auch kaum, sodass die Leistung zehrenden Gegenkräfte der Einspannung und Masseträgheit nur noch eine untergeordnete Rolle spielen.
Die Abstimmung der Resonanz erfolgt durch das eingesetzte Volumen, die Länge und Öffnungsfläche des Kanals. Diese kann über Experimente, mathematische Näherungsformeln (Abstimmung nach Hoge) oder mit Hilfe von Computersimulation erfolgen. Bei der Simulation werden so genannte Ersatzschaltbilder nach Thiele/Small verwendet. Das Ziel ist ein möglichst linearer Frequenzgang bis zur unteren Grenzfrequenz. Die Verwendung von Bassreflex-Gehäusen ermöglicht es, Lautsprecher (auch Chassis oder Treiber genannt) mit relativ starken elektrodynamischen Antrieben zu nutzen. Der dadurch im Mittelton angestiegene Wirkungsgrad wird durch das Reflexsystem aufgeholt.
Der Wirkungsbereich des Resonators liegt im Bereich 0,75·fb … 2·fb, in diesem Bereich wird der Maximalpegel um mindestens 2,5 dB verbessert. Im Bereich zwischen 0,75·fb und 0,9·fb wird der Hub zwar verringert, er liegt dort aber trotzdem immer noch sehr hoch, so dass als optimaler Arbeitsbereich Frequenzen oberhalb 0,9·fb angesehen werden können.
Asymptotisches Verhalten: 12 dB/oct unterhalb der Resonanzfrequenz, 12 dB/oct unterhalb der Tunnelresonanzfrequenz, 24 dB/oct, wenn beides zutrifft.
Vorteile Deutlich höherer Schallpegel (bis zu 13,5 dB) im Bereich der untersten Oktave möglich, bzw. Erweiterung der Leistungsbandbreite um 1,1 Oktaven (Faktor 2,2) Kräftigere Basswiedergabe bei Chassis mit stärkeren Antrieben, deren Frequenzgang sonst durch Gegeninduktion frühzeitig absinkt. verschiedene Abstimmvarianten (Hooge, Thiele/Small, Novak, Bullock, …); Frequenzgang und Gehäusegröße bei gegebenem Chassis und Raumverhältnissen vielfältig gestaltbar.
Nachteile Steilerer Verlauf der Übertragungsfunktion unterhalb der unteren Grenzfrequenz Höhere Gruppenlaufzeiten Wenn das Chassis Frequenzen überträgt, deren Wellenlänge im Bereich der Tunnels liegt, kommt es zu Tunnelresonanzen, typisch um 500Hz bis 2kHz. Dieses Problem tritt also bei praktisch allen Tiefmitteltönern auf. Bei unzureichender Dimensionierung des Tunnels kommt es zu störenden Strömungsgeräuschen. Bei Abstrahlung von Schall unterhalb der Resonanzfrequenz des Gesamtsystems kommt es infolge fehlender Federsteifheit des Luftpolsters zu übergroßen Membranauslenkungen bei gleichzeitiger Auslöschung von Schall der Vorder- und Rückseite.
Sinnvolle Abstimmung
Bei Passivboxen Es gibt verschiedene Abstimmvarianten aus der Filtertheorie, die zu weitgehend linearem Bassfrequenzgang führen. Diese können als erste Näherung für den Entwurf verwendet werden.
Bei Aktivboxen Die Tunnelresonanzfrequenz legt den Leistungsfrequenzgang fest, bei festgelegter unterer Leistungsbandbreite berechnet sich diese zu . Aktivlautsprecher baut man meistens kleiner als Passivlautsprecher und entzerrt dann nachträglich den Frequenzgang. Diese Entzerrung beinhaltet praktisch immer einen Schutzfilter 2. bis 4. Ordnung vor Frequenzen unterhalb fmin (der auch einer Passivbox gut zu Gesicht stehen würde, dort aber materialintensiv ist). Die Reduktion des Gehäusevolumens ist limitiert durch: im Tieftonbereich erhöhte elektrische Leistung – es muss weiterhin gewährleistet sein, dass die mechanische Überlastung vor der elektrischen auftritt Der Resonatortunnel darf nicht zu lang werden (dieser ist ~1/Vs lang).
Bandpass-Gehäuse mini|245px|Einfach ventiliertes Bandpass-Gehäuse
Der Name weist auf die Begrenzung des Übertragungsbereichs nach tiefen, aber auch nach hohen Frequenzen hin. Es wird ein Frequenzband wiedergegeben. Der Pegel fällt ober- und unterhalb des Übertragungsbereichs um 12dB/Okt. ab, was jeweils einem Filter von zweiter, also insgesamt vierter Ordnung entspricht. Typisch sind Systeme mit einem effektiven Frequenzband von 30Hz bis etwa 100Hz.
Das Chassis arbeitet zwischen zwei Kammern. Die vordere Kammer ist genauso wie beim einfach ventilierten Bassreflex-Gehäuse über einen Belüftungskanal an die Umgebung angekoppelt, die hintere Kammer weist wie bei einer geschlossenen Box keine Verbindung zur Umgebung auf.
Die vordere Kammer bildet wie bei einer Bassreflexbox einen Helmholtz-Resonator: die Masse der Luft im Kanal und die Federsteife des Volumens bestimmen die Resonanzfrequenz, die Membranbewegung ist auf der Resonanzfrequenz stark reduziert. Dieses Element ist der einzige, effektiv Schall abstrahlende Teil der Konstruktion. Das Volumen der hinteren Kammer trägt lediglich zur Federsteife der Membran bei.
Dementsprechend sind der Wirkungsgrad und der erreichbare Maximalpegel kaum höher als bei einer Reflexbox. Nur bei sehr schmalbandig ausgeführten Bandpässen sind Wirkungsgradvorteile zu erzielen. Dann sind aber auch die Gruppenlaufzeiten entsprechend hoch, welche die Integration in das Gesamtsystem erschweren.
Ein Vorteil ist der fehlende akustische Kurzschluss unterhalb der Helmholtzresonanz, wie er bei einer Reflexbox auftritt. Dadurch kann der Übertragungsbereich schon bei vergleichsweise tiefen Frequenzen beginnen, ohne den erreichbaren Maximalpegel zu sehr einzuschränken. Weil aber zugleich der Wirkungsgrad sinkt, muss eine höhere elektrische Leistung – und die entsprechende thermische Belastbarkeit – im Chassis vorgesehen werden.
Ein weiterer möglicher Vorteil ist die mechanisch eingebaute Bandbegrenzung zu höheren Frequenzen, die einen Filterzug in der Frequenzweiche einspart.
Doppelt ventiliertes Bandpass-Gehäuse mini|255px|Doppelt ventiliertes Bandpass-Gehäuse