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DPU-Technik

Das Grundproblem eines Basslautsprechers: Der akustische Kurzschluss
Legt man ein Lautsprecherchassis, typischerweise einen Tieftöner, auf einen Tisch und lässt ihn spielen, wird man feststellen, dass der Tieftöner überhaupt keine tiefen Töne wiedergibt. Die Membran verschiebt zwar eine gewisse Menge Luft, die als Schall hörbar sein müsste. Jedoch “saugt” sie mit ihrer Rückseite genau die gleiche Menge Luft wieder weg. Dieses Phänomen nennt man akustischen Kurzschluss. (Technisch gesehen strahlen beide Seiten der Membran das gleich Signal ab, jedoch um 180° phasenverschoben, was zu einer Auslöschung führt.)

Hörbar sind nur Frequenzen, deren Wellenlänge kürzer ist als der Weg von der Vorderseite der Membran zur Rückseite beträgt. Dieser Weg beträgt z.B. bei einem Chassis mit 30 cm Durchmesser ca. 32 cm. Die zu dieser Wellenlänge passende Frequenz lässt sich leicht ausrechnen, in dem man die Schallgeschwindigkeit (ca. 343 m/s) durch die Wellenlänge teilt. Bei einer Wellenlänge von 0,32 m ergibt sich also eine Frequenz von 1062 Hz, was im oberen Mitteltonbereich anzusiedeln ist.

Das geschlossene Gehäuse
Bei der Konstruktion eines Lautsprechers gilt es also, diesen akustischen Kurzschluss zu vermeiden und somit den Bass hörbar zu machen. Dies geht am einfachsten, in dem man den Tieftöner in eine Schallwand einbaut, die unendlich groß ist. Mindestens sollte sie aber so groß sein, dass die Wellenlänge, die dem Weg von der Vorderseite der Membran um die Schallwand herum bis zur Rückseite der Membran entspricht, zur tiefsten wiederzugebenden Frequenz gehört. Möchte man also 30 Hz mit dem Lautsprecher wiedergeben, müsste die Schallwand eine Scheibe mit 5,60 m Radius (also 11,20 m Durchmesser) sein.

Da dies nicht wirklich praktikabel ist, greift man zu einem Trick: Man faltet diese Schallwand zu einer Kiste. Damit besteht keine offene Verbindung mehr zwischen Vorder- und Rückseite der Membran, der akustische Kurzschluss ist somit ausgeschlossen. Das Einzige, was jetzt noch zu beachten wäre, ist, dass die “Kiste” auch groß genug wird. Wie groß sie genau sein muss, hängt von einigen Eigenschaften (Parametern) des Chassis ab und ist für jeden Tieftöner unterschiedlich.

Ein geschlossenes Gehäuse kann vergleichsweise klein sein, allerdings fällt der Bassfrequenzgang relativ früh ab, die untere Grenzfrequenz ist also recht hoch. Dafür ist der Abfall aber mit 12 dB pro Oktave recht flach. Möchte man den Frequenzgang nach unten hin erweitern, muss man nochmals zu einem akustischen Trick greifen.

Das Bassreflex-Gehäuse
Das Bassreflexgehäuse ist im Prinzip eine geschlossene Box, die an einer Stelle eine genau berechnete Öffnung aufweist. Diese Öffnung ist meistens ein röhrenartiger Tunnel, dessen Durchmesser und Länge vom Volumen der Box und den Parametern des verwendeten Chassis abhängt.

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Doch halt - war da nicht was mit dem akustischen Kurzschluss? Genau, und die Bassreflexbox macht sich genau dieses Phänomen zu Nutze. Durch den verwendeten Tunnel wird das Gehäuse zu einem so genannten Hemholtzresonator, also einem schwingungsfähigen System. Die Resonanzfrequenz, bei der das Gehäuse schwingt, lässt sich über die Länge und den Durchmesser der Röhre genau bestimmen. Bei dieser Resonanzfrequenz verlässt nun der Schall, der von der Rückseite der Membran quasi ins Gehäuse abgestrahlt wird, als Luftstrom das Gehäuse durch die Röhre. Die Länge der Röhre bewirkt dabei, dass sich die Schallanteile aus dem Rohr und von der Membran in einem bestimmten Bereich nicht auslöschen, sondern addieren. Stimmt man die Röhre und damit das Gehäuse so ab, dass die Resonanzfrequenz in etwa dort liegt, wo der Frequenzgang der geschlossenen Box nach unten hin abfällt, erreicht man eine tiefere untere Grenzfrequenz des gesamten Systems.

Unterhalb der Resonanzfrequenz des Gehäuses kommt der akustische Kurzschuss aber dann tatsächlich zum Tragen und die Frequenzen von Membran und Röhre löschen sich gegenseitig aus. Daher fällt der Frequenzgang der Bassreflexbox nach unten mit 24 dB pro Oktave deutlich steiler ab als bei der geschlossenen Variante.

Die Teufel DPU-Technik
Da bei der Resonanzfrequenz des Bassreflexgehäuses die Luft ziemlich schnell durch die Röhre aus der Box nach außen entweicht, können hier Strömungsgeräusche auftreten, die den Musik- oder Filmgenuss stören würden. Dem kann man nur entgegenwirken, in dem man die abstrahlende Fläche, also die Öffnungsfläche der Röhre, vergrößert. Dummerweise ändert sich dann aber auch die Abstimmfrequenz des Gehäuses. Um die ursprüngliche Abstimmfrequenz beizubehalten, muss man also neben dem Durchmesser auch die Länge der Röhre ändern. Und weil das Gehäuse in der Größe begrenzt ist, sind auch der Länge der Röhre Grenzen gesetzt.

Die Teufel-Techniker haben deswegen die Röhre durch einen Schlitz im Gehäuse unserer Subwoofer ersetzt. Dieser Schlitz hat einen deutlich größeren Querschnitt als eine Röhre. Und da er an der Aussenwand des Gehäuses entlangläuft, kann er etwas kürzer ausfallen, als es eine Röhre müsste. Dadurch wurde es uns möglich, so große Querschnitte für den DPU-Schlitz zu realisieren, dass praktisch keine Strömungsgeräusche mehr auftreten.

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