Infinity Technik der Lautsprecherweichen

Hier geht es etwas mehr im Detail rund um das Thema Weichen und deren Bauteile, ob passiv oder aktiv in Infinityboxen. Weichen - auch Frequenzweichen genannt - sind in Mehrwegeboxen, wie sie beinahe überall üblich sind, unverzichtbar! Sie haben die Aufgabe, das gesamte Frequenzspektrum, welches vom Verstärker kommt, in die für die jeweiligen Chassis (Tief- Mittel- und Hochtöner) optimalen Teilbereiche zu trennen. Dies wird mit Bauteilen, wie Spulen, Kondensatoren und Widerständen realisiert. Meistens werden dazu auch Platinen als Bauteileträger benutzt.

Zu den Bauteilen, die in allen Weichen, egal von welchem Hersteller, verbaut sind, gibt es einige wichtige Dinge zu wissen. Bauteile, die es ermöglichen, einem das Hören auf der einen Seite angenehmer gestalten, können aber auf der anderen Seite auch zu unangenehmen Erfahrungen führen.

Die davon betroffenen Bauteile sind Kondensatoren. Auf Spulen und Widerstände trifft die folgende Beschreibung nicht zu.

Worum geht es hier denn überhaupt? Das ist mit einem Wort gesagt: Alterung. Diese Alterung kommt dadurch zustande, das die flüssigen bzw. galertartigen Bestandteile mit den Jahren anfangen, auszutrocknen und ihre chemischen Eigenschaften verändern.

Genau durch diese Veränderung des leitenden Mediums ändern sich auch zwangsweise die elektrischen - und damit auch die audiophilen - Eigenschaften. Dies geschieht sehr schleichend über Jahre und beinahe immer zum Nachteil der klanglichen Eigenschaften der Boxen! Die Boxen klingen nicht mehr so frisch und lebendig, wie sie es im Neuzustand taten! Sie klingen besonders bei höheren Frequenzen - also bei Mittel- und Hochtönern - müde, verhangen, dumpf oder verwaschen. Es fehlt ihnen an Glanz und ganz einfach die "Freiheit" die Klänge maximal zu entfalten.

Aber das ist noch nicht alles! Es kommt auch noch schlimmer!

Durch das Austrocknen der Kondensatoren sind diese auch einer deutlich erhöhten Gefahr des Spannungsdurchschlages ausgesetzt, da die Austrocknung stellenweise die Metallfolie im Inneren des Kondensators freilegt. Hierbei werden dann kleine Löcher in die blanken Stellen der Folie gebrannt, was wiederum der Gesamteigenschaft schadet! Viel schlimmer aber ist hierbei, das auch unter ungünstigen Bedingungen kleine Kurzschlüsse das Ergebnis der Durchschläge sein können, die sich im Kondensator mit der Zeit immer mehr ausdehnen.

Das aber kann letztendlich sogar dazu führen, dass der angeschlossene Verstärker ebenfalls in Mitleidenschaft gezogen wird. Wenn dieser dann keine eigenen Schutzmechanismen hat, wird durch die mögliche Zerstörung der Endstufen wiederum auch der Lautsprecher insgesamt durch sehr hohe Gleichspannungen zerstört!

Wenn man sich hier mal vor Augen hält, das der Auslöser eigentlich ja "nur" eine simple Alterung eines Kondensators war, der eben aufgrund seines Alters austrocknet, dann sollte einem das doch sehr zu denken geben. Zumindest durch vorbeugende Kontrollen kann man dem möglichen Desaster aus dem Weg gehen, gerade auch wegen der möglichen immensen Folgekosten.

Damit soll jetzt jedoch keine Panikstimmung aufkommen! Hier sollte vielmehr darauf aufmerksam gemacht werden, das durch Nichtbeachtung wichtiger Hinweise durchaus schlimme und kostspielige Reparaturen die Folge sein können! Und die sind doch durchaus vermeidbar.

Wer sich bei seinen eigenen wertvollen Schätzchen nicht sicher ist, ob bereits Gefahr im Anmarsch ist, der kann sich vertrauensvoll an mich wenden. Ich werde dann gerne einen Check der Weiche und deren Bauteile vornehmen und dann sagen, was Sache ist.

Im Rahmen einer möglichen Reparatur sollten Austauschteile grundsätzlich bei beiden Boxen synchron vorgenommen werden! Dies geschieht im Sinne von Kanalgleichheit (Symmetrie) und für eine maximale räumliche Abbildung des musikalischen Geschehens. Darüber hinaus bietet sich bei der Gelegenheit auch an, anstelle von normalen Ersatzteilen auch sehr viel hochwertigere Bauteile zum Einsatz zu bringen. Diese sind zwar um einiges teurer, als die Standardteile, jedoch bieten sie auch einen deutlich höheren Gegenwert. Es gibt je nach Geldbeutel des Besitzers mehrere Möglichkeiten des Austausches, die bei optimiertem Einsatz, also der richtigen Auswahl, von hoher Qualität sind und in jedem Fall eine Bereicherung darstellen.

Die einzelnen Chassis, wie die EMIT's, EMIM's und LEMIM's und natürlich alle in der Technik verwandten Systeme von Infinity waren schon damals ihrer Zeit technisch weit voraus. Warum also soll man die Fähigkeiten unserer geliebten Klassiker nicht voll ausschöpfen, wenn sie doch offensichtlich bereits vorhanden sind, aber bislang noch nicht genutzt wurden?

Man darf hierbei nicht vergessen, das die Entwicklungen der Zukaufteile, wie die Kondensatoren, vor ca. 20-30 Jahren nicht so weit fortgeschritten waren, wie heute. Schon alleine aufgrund dieser Tatsache ist ein Gewinn mit preiswerten (nicht billigen) Bauteilen zu erzielen. Mit den besten Teilen sind die alten Schätzchen nicht mehr wieder zu erkennen und man fragt sich, warum man die Umrüstung nicht schon viel früher gemacht hat - fast schon ein Ärgernis!

Damit bietet sich aber auch an, generell und auch auch ohne eine fällige Reparatur die alten Klassiker Kappa, IRS, RS-1, Beta/Gamma usw. mit qualitativ sehr hochwertigen Bauteilen zu bestücken, so das man hier schon quasi von Tuning sprechen kann, auch wenn dies in Wirklichkeit gar keines ist! Es muss also nicht unbedingt eine Reparatur vorausgehen, bei der womöglich schon mehr als nur die Weichenbauteile aus dem Leben geschieden sind.

Jeder Besitzer solcher alten Schätzchen sollte sich nach dem oben gesagten mal Gedanken darüber machen, ob er oder sie nicht den Chassis, die scheinbar weit hochwertiger sind, als bisher bekannt, mit den richtigen Bauteilen zu ganz neuem Glanz verhelfen kann. Damit würde jedes Modell um soviel aufgewertet, das man seine Boxen danach kaum noch wieder erkennt. Eine Wertsteigerung ist es allemal.

Alle, die bisher mit solchen Aktionen Erfahrungen gemacht haben, sollten dies hier kund tun, damit auch andere Infinity Freunde in den Genuss dieser Erfahrungen kommen können. Wir wollen uns doch alle gegenseitig helfen und unterstützen, damit uns unser Hobby, die Musik mit den besten Lautsprechern noch lange Freude macht.

Ein paar Worte zu den technischen Hintergründen über Kondensatoren und Spulen.

Der Aufbau eines Kondensators

Kondensatoren bestehen im Grunde aus zwei sich gegenüberliegenden Metallfolien, die nur durch ein so genanntes "Dielektrikum" getrennt sind. Dieses Dielektrikum ist definiert elektrisch leitend. Sowohl bei den Metallfolien als auch bei den Kunststofffolien gibt es einen allgemein wenig bekannten Nachteil, der die Bauteile je nach Hersteller und Bauart mehr oder weniger "altern" lässt. Diese Alterung kommt dadurch zustande, das die flüssigen bzw. galertartigen Bestandteile mit den Jahren anfangen, auszutrocknen und ihre chemischen Eigenschaften verändern.

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Elektrolyt- und Folienkondensatoren mit verschiedenen C- Toleranzen. Bei dem bipolaren Aluminium- Elektolytkondensatoren dient die Oxydschicht auf den Aluminiumanoden als Isolator und Dielektrikum, wobei eine Flüssigkeit oder Gel als leitende Zwischenschicht dient. Eigentlich sind auch das Folienkondensatoren, jedoch mit einem anderen Aufbau.

Die Folienkondensatoren besitzen als Isolator und Dielelektrikum üblicherweise eine metallisierte Kunststofffolie. Der MKT-Kondensator besteht aus einer Polyesterfolie und der MKP-Kondensator aus einer Polypropylenfolie. Die Metallschichten auf der Folie bilden die Anoden. Folienkondensatoren sind hinsichtlich der elektrischen Verluste und der Langzeitkonstanz um ein vielfaches günstiger als Elekrolytkondensatoren, wodurch sie sich für Anwendungen im Audiobereich anbieten.

Die Wirkungsweise eines Kondensators

Ein Kondensator besteht grundsätzlich aus zwei voneinander isolierten Metallfolien. Die Isolierung zwischen den Folien, auch Anoden genannt, ist das oben schon beschriebene Dielektrikum. Der Kondensator ist mit dieser Anordnung in der Lage, eine elektrische Spannung aufzunehmen bzw. zu speichern und wieder abzugeben.

Die elektrische Größe wird durch die Kapazität C (Maßeinheit Farad) angegeben. Übliche Werte für Kondensatoren im Einsatz beim Lautsprecher liegen allgemein im Bereich von Nanofarad (nF) bis Mikrofarad (µF).

Ob ein Kondensator sich ideal verhält (kleinste Verluste), ist anhängig vom Aufbau und den verwendeten Materialien. Insbesondere ist die Wickeltechnik mit einer Induktivität, der Widerstand der Anschlussdrähte und deren Kontaktierung die Ursache für die entstehenden Verluste. Beim Betrieb mit Wechselstrom (z.B. Audiosignal) werden die Folien wechselweise aufgeladen. Wie die Spule, zeigt auch der Kondensator bei Wechselstrom ein frequenzabhängiges Verhalten. Für tiefe Frequenzen stellt der Kondensator einen großen Widerstand dar, der mit ansteigender Frequenz immer kleiner wird. Schaltet man also vor den Lautsprecher einen Kondensator, erhält er vorwiegend höhere Frequenzen. Tiefe Frequenzen werden gedämpft. Ein Maß für Qualität eines Kondensators sind die Verluste, die bei den Umladevorgängen auftreten. Hier spielt die Bauart des Kondensators eine wesentliche Rolle.

Die Anwendungen

Weil die Kondensatoren den tiefen Frequenzen einen hohen Widerstand entgegen bringen, der mit zunehmender Frequenz schwindet, sind sie in jeder Frequenzweiche enthalten, um dem Hochtöner die für ihn gefährlichen Tieftonsignale zu eliminieren. Da außerdem noch relativ hohe Ströme durch den Kondensator fließen, findet hier die große Auslese statt. Grundsätzlich sollte man dafür sorgen, dass die Spannungsfestigkeit der Kondensatoren mehr als ausreichend ist. Sichere Werte hierfür sind ab 160V = (Gleichspannung) und 250V ~ (Wechselspannung). Wenn es geht, dürfen die Werte auch gerne höher liegen (400V), da hiermit die Sicherheit und die Reserven höher gestellt werden.

Bei den unterschiedlichen Frequenzen können oder besser sollten die dazu richtigen Typen ausgewählt werden. So sollten im Mittel- und Hochtonbereich auch qualitativ hochwertige Kondensatoren eingesetzt werden, weil hier das Ohr bereits so empfindlich ist, dass es sehr wohl Unterschiede in der Qualität der Bauteile heraus hören kann. Dem sollte man grundsätzlich auch Rechnung tragen.

Bei tiefen Frequenzen ist es hingegen nicht mehr ganz so wichtig. Hier ist es aber wiederum wichtig, dass die Kondensatoren möglichst Spannungsfest sind. Je nach Boxenmodell und Einsatz  in der Weiche sollten sie dann auch noch sehr Stromfest sein, also auch möglichst geringe innere Verluste aufweisen.

Das passende Bauteil am richtigen Platz ist der Garant für den guten Klang. Die Auswahl des richtigen Kondensators, insbesondere im Signalweg, der klanglich überzeugen kann, ist für den Musikliebhaber keine unlösbare Aufgabe mehr.

Der Aufbau von Spulen

Spulen verhalten sich im Prinzip in allen Funktionen entgegen gesetzt zu den Kondensatoren. Was der Kondensator mit Spannungen macht, gilt für die Spule analog beim Strom. Auch Spulen sind Frequenzabhängige Bauteile. Spulen sind technisch betrachtet lange Kupferleitungen, die einfach nur auf einen Spulenkörper gewickelt sind. Damit sind sie auch weitgehend platzsparend aufgebaut.

Die Wirkungsweise von Spulen

Die Spule ist in der Lage, einen elektrischen Strom aufzunehmen bzw. zu speichern und wieder abzugeben. Die Maßeinheit für die Induktivität bei Spulen ist Henry (H). Die in der Lautsprechertechnik üblichen Werte liegen im Bereich von µH bis zu mH. Es gibt verschiedene Arten von Spulen, die dann auch recht unterschiedliche Auswirkungen in Audioschaltungen bewirken.

Die Grund Arten stellen sich wie folgt zusammen: Luftspulen und Kernspulen. Jede dieser Arten ist wiederum in unterschiedliche Typen unterteilt.

Luftspulen
Fangen wir mal mit den Luftspulen an. Die meist gebrauchte Form ist die einfache Runddrahtspule. Diese hat aber noch eine abgewandelte Form: die Mehrdraht (mehrere feine Drähte ersetzen einen dicken Draht) Spule. Diese und auch die herkömmliche Spule gibt es auch noch mit verschiedenen "Tränkungstechniken", die dafür sorgen sollen, dass der gewickelte Draht auch bei Vibrationen durch Fremdeinwirkung nicht frei "flattern" kann. Der allgemein bekannte Begriff dafür ist "Backlack". Der Name ist hierbei bereits Programm. Die Spule wird in flüssigen Lack getaucht und danach erhitzt, so dass die Wicklungen fest mit einander "verbacken" werden.

Eine weitere Abwandlung der Luftspule ist die die so genannte "Bandspule". Hierbei ist der Draht selbst extrem flach geformt, so dass dieser wie ein Band oder fast wie eine Folie aussieht, die auf einen Spulenkörper gewickelt wurde. Die dabei entstehende Wicklungsdichte ist enorm und bringt damit eine platzsparende Form mit sich. In der Regel sind solche Bandspulen auch recht niederohmig, was in einer Lautsprecherweiche durchaus zu begrüßen ist.

Kernspulen
Kernspulen haben, wie der Name ja schon verrät, einen Kern. Dieser Kern soll dafür sorgen, dass mit relativ geringem Platzbedarf dennoch eine hohe Induktivität erreicht werden kann. Der Kern einer Spule kann sehr unterschiedlich sein. So gibt es Kerne in verschieden Formen und verschieden Materialien. Die Materialien können aus Ferrit (Pilzkern, Glockenkern) und Einsenkernen aus Blechlamellen (I-Kern und M-Kern - oder Trafokern) bestehen. Alle diese Kernformen und Materialien haben ihre Vor- und Nachteile. Es kommet auch hier immer auf den jeweiligen Einsatz an.

I-Kernspulen sind sehr vorteilhaft, wenn es um minimalen Platzbedarf geht und dabei gleichzeitig auch ein möglichst geringer Innenwiderstand der Spule gewünscht wird. M-Kern oder Trafokernspulen können sehr hohe Induktivitäten bei sehr geringem Platzbedarf bieten. Dafür gehen diese aber bei hohen Belastungen auch relativ schnell in die Sättigung, was sich dann durch Verzerrungen bemerkbar macht.

Pilz- oder Glockenkernspulen, also solche mit Ferritkern sind oft recht günstig, bieten aber nicht ganz so große Induktivitäten an und gehen längst nicht so schnell in die Sättigung, wie Trafokerne.

Auch bei den Spulen gilt, gleich wie bei den Kondensatoren: Das passende Bauteil am richtigen Platz ist der Garant für den guten Klang. Die Auswahl der richtigen Spule, insbesondere im Signalweg, die klanglich überzeugen kann, ist für den Musikliebhaber auch hier keine unlösbare Aufgabe mehr.

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