{"id":4093,"date":"2017-01-24T11:42:33","date_gmt":"2017-01-24T10:42:33","guid":{"rendered":"http:\/\/www.donhighend.de\/?page_id=4093"},"modified":"2020-08-31T13:46:08","modified_gmt":"2020-08-31T12:46:08","slug":"baffle-step-eine-vereinfachte-erklaerung","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.donhighend.de\/?page_id=4093","title":{"rendered":"Baffle Step – Eine vereinfachte Erkl\u00e4rung"},"content":{"rendered":"

\"\"<\/p>\n

fff<\/span><\/p>\n

Immer wieder taucht im Zusammenhang mit Lautsprecherentwicklungen der Begriff Baffle Step auf. Was ist das eigentlich, und worauf m\u00fcssen wir bei der Entwicklung eines Lautsprechers im Hinblick auf den Baffle Step achten? In den folgenden Zeilen m\u00f6chte ich dem Ph\u00e4nomen in vereinfachter und verst\u00e4ndlicher Form auf den Zahn f\u00fchlen, es durchleuchten und aufzeigen, wie man ihm in der Praxis sinnvoll entgegenwirken kann.<\/p>\n

\u00dcbersetzt man den englischen Begriff „Baffle Step“ wortw\u00f6rtlich ins Deutsche, hat man es mit der „Schallwand Stufe“ zu tun. „Durch die Schallwand verursachte Stufe im Amplitudenverlauf einer Lautsprecherbox“ beschreibt es allerdings ein wenig besser.<\/p>\n

Wie kann aber eine schn\u00f6de Schallwand den Amplitudenverlauf eines in ihr montierten Lautsprecherchassis beeinflussen?<\/p>\n

Dazu muss man wissen, dass ein Lautsprecher den Schall wellenf\u00f6rmig abstrahlt. Man spricht auch von Schallwellen. Die L\u00e4nge dieser Schallwellen h\u00e4ngt von der abgestrahlten Frequenz ab und errechnet sich nach folgender Formel:<\/p>\n

l = \u03bb \/ f\u00a0 (Wellenl\u00e4nge = Schallgeschwindigkeit \/ Frequenz)<\/h3>\n

fff<\/span><\/p>\n

Die Schallgeschwindigkeit betr\u00e4gt rund 340 Meter pro Sekunde. Aus obiger Formel errechnet sich damit z. B. f\u00fcr die Frequenz 340 Hz eine Wellenl\u00e4nge von 1 Meter.<\/p>\n

„Passt“ nun eine abgestrahlte Schallwelle noch auf die Schallwand, d. h. ist die abgestrahlte Welle k\u00fcrzer als die Boxenbreite, wird die Energie der Schallwelle von der Schallwand reflektiert.\u00a0 Man spricht von halbkugelf\u00f6rmiger Abstrahlung. Gleiches gilt nat\u00fcrlich auch f\u00fcr die Schallwandh\u00f6he. Da diese in den seltensten F\u00e4llen gleich der Schallwandbreite ist, zeigt sich der Baffle Step nicht als steile Sprungstelle im Amplitudenverlauf, sondern als Bereich innerhalb dessen der Pegel um bis zu 6dB abf\u00e4llt.<\/p>\n

Werden die abgestrahlten Schallwellen mit abnehmender Frequenz l\u00e4nger und „passen“ nicht mehr auf die Schallwand, nimmt die Reflektion immer mehr ab, bis die Abstrahlung ab einem gewissen Bereich kugelf\u00f6rmig wird. Die beim Zuh\u00f6rer ankommende Energie wird um bis zu 50% reduziert, womit eine Verringerung des Pegels um bis zu 6dB einhergeht.<\/p>\n

fff<\/span><\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Abstrahlung halbkugelf\u00f6rmig bis kugelf\u00f6rmig<\/p>\n

fff<\/span><\/p>\n

Die obige Grafik zeigt ein vereinfachtes Modell von halbkugelf\u00f6rmiger bis zu kugelf\u00f6rmiger Abstrahlung. Das Modell bezieht sich auf absolute Freifeldbedingungen, die in einem H\u00f6rraum nicht eingehalten werden k\u00f6nnen. Reflektierende Fl\u00e4chen wie begrenzende W\u00e4nde, sowie der Fu\u00dfboden beeinflussen die Abstrahlung in entscheidendem Ma\u00dfe.<\/p>\n

Um die Auswirkungen des Baffle Step zu visualisieren habe ich ein weiteres Modell vorbereitet, welches ein Chassis mit einer 10cm durchmessenden Membran und einem theoretisch idealen Amplitudenverlauf in einer unendlichen Schallwand zeigt. Die Abstrahlung erfolgt also durchweg halbkugelf\u00f6rmig. Es findet kein Abfall zu tiefen Frequenzen hin statt.<\/p>\n

fff<\/span><\/p>\n

\"\"<\/p>\n

\u00a0Ideales Chassis mit 86,6dB Kennschalldruck in unendlicher Schallwand<\/p>\n

fff<\/span><\/p>\n

Ver\u00e4ndert man die Schallwand nun dahingehend, dass die Gr\u00f6\u00dfe wohnzimmertauglich wird, ver\u00e4ndert sich auch der Amplitudenverlauf.<\/p>\n

fff<\/span><\/p>\n

\"\"Ideales Chassis mit 86,6dB Kennschalldruck in Schallwand 100 x 16cm auf 90cm mittig eingebaut<\/p>\n

fff<\/span><\/p>\n

Wir sehen, dass die Amplitude oberhalb eines „kritischen Bereichs“ im Breich des Baffle Step Effekts mit 86,6dB weiter verl\u00e4uft. Unterhalb des kritischen Bereichs nimmt die Amplitude, wie weiter oben bereits beschrieben, um bis zu 6dB ab. Dieser Prozess verl\u00e4uft schleichend \u00fcber einen gewissen Frequenzbereich, genauso wie sich auch die Abstrahlung schleichend von halbkugelf\u00f6rmigem zu kugelf\u00f6rmigem Verhalten ver\u00e4ndert.<\/p>\n

Zus\u00e4tzlich zu den Auswirkungen des Baffle Steps zeigt die Grafik eine weitere Besonderheit. Im Bereich zwischen etwa 800 und 3000 Hz zeigt sich eine \u00dcberh\u00f6hung im Amplitudenverlauf, die \u00fcber den Bezugspegel des Chassis von 86,6dB hinaus geht. Es handelt sich Effekte, die durch Kantendiffraktion<\/span> hervorgerufen werden, und auf die in dieser Abhandlung nicht n\u00e4her eingegangen wird. Es wird dazu zu gegebener Zeit ein separates Thema geben. Fakt ist, dass diese Effekte immer auftreten, sobald ein Lautsprecherchassis in ein wie auch immer geartetes Geh\u00e4use geschraubt wird…<\/p>\n

Es bedarf keiner besonderen Vorstellungskraft, dass ein unbehandelter Baffle Step zu einem getr\u00fcbten Klangerlebnis f\u00fchrt. Also sollte man etwas dagegen tun um Wohlklang herzustellen. Aber muss man das wirklich? Radio Eriwan w\u00fcrde diese Frage mit einem klaren „Im Prinzip ja…“ beantworten. Es kommt n\u00e4mlich wie immer darauf an,\u00a0 f\u00fcr welchen Zweck der zu konstruierende Lautsprecher gedacht ist, und wie sich die M\u00f6glichkiten der sp\u00e4teren Aufstellung gestalten. Wie bereits erw\u00e4hnt, verl\u00e4uft die aus dem Baffle Step resultierende Ver\u00e4nderung innerhalb eines gr\u00f6\u00dferen Frequenzbereiches, und auch die angrenzenden W\u00e4nde sowie der Fu\u00dfboden nehmen Einflu\u00df. Ist eine sehr wandnahe Aufstellung der Lautsprecher geplant, schlimmstenfalls sogar in Raumecken, erscheint es sinnvoll, den Baffle Step nur ma\u00dfvoll bis gar nicht zu kompensieren. Die vermeintlich fehlende Energie zu tieferen Frequenzen hin wird in solchen F\u00e4llen durch die Aufstellung abgemildert und ggfs. sogar komplett kompensiert. Gleiches gilt f\u00fcr meist sehr flach konstruierte Wandlautsprecher, die sich m\u00f6glichst unauff\u00e4llig in den Wohnraum integrieren sollen. Hier bildet die Wand an der sie h\u00e4ngen quasi eine unendliche Schallwand nach. Die vollst\u00e4ndige Entzerrung des Baffle Steps f\u00fchrte in einem solchen Fall zu einer deutlich \u00fcberzogenen und somit unnat\u00fcrlich starken Basswiedergabe. Je freier die Lautsprecher jedoch aufgestellt werden k\u00f6nnen, desto mehr sollte man den Baffle Step entzerren. Besonders kleinere Lautsprecher mit ihrer naturgem\u00e4\u00df nicht ganz so tiefen Basswiedergabe profitieren ganz erheblich von einer Entzerrung.<\/p>\n

Hat man sich wegen der gegebenen Aufstellungsbedingungen oder des pers\u00f6nlichen Geschmacks dazu entschieden den Baffle-Step in seinen Lautsprecherboxen ganz oder teilweise zu kompensieren, stellt sich die Frage, wie man dies sinnvoll bewerkstelligen kann.<\/p>\n

Ganz besonders wichtig ist die Entzerrung des Baffle Steps bei Breitbandlautsprechern. Im Gegensatz zu Mehrwege-Lautsprechern, bei denen die Entzerrung oft unbemerkt und vielleicht ohne weiteren Bauteileaufwand in die Auslegung der einzelnen Weichenzweige einflie\u00dft, geben sie das gesamte Frequenzspektrum mit einer einzigen Membran wieder. L\u00e4sst man bei einem Breitbandlautsprecher den Baffle Step unbearbeitet, f\u00fchrt das in 99,9% aller Anwendungen zu mittenlastigem und tr\u00f6tigem Klang. In diesem Zusammenhang weise ich auf die erstklassige ANLEITUNG<\/strong><\/a><\/span> zur Entzerrung von Breitbandlautsprechern meines Entwickler-Kollegen Gazza hin. Hier findet der interessierte Neuling alles Wissenswerte f\u00fcr eine erfolgreiche Beschaltung.<\/p>\n

Bei 2-Wege Konstruktionen ist ein Eingriff mit zus\u00e4tzlichen Bauteilen ebenso meist Pflicht. Zu gro\u00df sind die \u00dcbertragungsbereiche der 2 Chassis, um die Kompensierung ohne zus\u00e4tzliche Bauteile zu bewerkstelligen. In seltenen F\u00e4llen gelingt zwar auch dies, aber das ist eher die Ausnahme. Bei einer klassischen 2-Wege Auslegung mit \u00fcblichen Trennfrequenzen ab etwa 1,5kHz f\u00e4llt der Baffle Step in den Arbeitsbereich des Tiefmittelt\u00f6ners. Das Beispiel eines recht gutm\u00fctigen 5 Z\u00f6llers zeigt bei quasi lehrbuchm\u00e4\u00dfiger Beschaltung 2. Ordnung und Linearisierung der zu h\u00f6heren Frequenzen ansteigenden Impedanzkurve folgendes Verhalten:<\/p>\n

fff<\/span><\/p>\n

\"\"5 Zoll Chassis impedanzlinearisiert mit Tiefpass 2. Ordnung<\/p>\n

fff<\/span><\/p>\n

\"\"Tiefpass 2. Ordnung mit Impedanzlinearisierung<\/p>\n

fff<\/span><\/p>\n

Durch die Wirkung des Baffle Step verliert der TMT schleiched an Pegel. In diesem Beispiel sind es sogar etwas mehr als die rechnerischen 6dB. Das liegt daran, dass es sich bei dem TMT nat\u00fcrlich nicht um ein ideales Chassis mit konstant glattem Amplitudenverlauf handelt und durch die weiter oben angesprochene Kantendiffraktion. Um den Baffle Step zu kompensieren sind also weitere Bauteile notwendig. Im einfachsten Fall funktioniert das mit einem einzigen Saugkreis, der sich aus einer Reihenschaltung aus einer Spule, eines Kondensators und eines Widerstands zusammensetzt, und der hinter dem eigentlichen Tiefpass parallel zum Chassis geschaltet wird. Bei unserem gutm\u00fctigen Chassis reicht diese Ma\u00dfnahme, um ihm zu einem musterg\u00fcltigen Amplitudenverlauf zu verhelfen.<\/p>\n

fff<\/span><\/p>\n

\"\"<\/p>\n

5 Zoll Chassis impedanzlinearisiert mit Tiefpass 2. Ordnung und zus\u00e4tzlichem Saugkreis<\/p>\n

fff<\/span><\/p>\n

\"\"Tiefpass 2. Ordnung mit Impedanzlinearisierung und zus\u00e4tzlichem Saugkreis<\/p>\n

fff<\/span><\/p>\n

Der resultierende Amplitudenverlauf wird mit einem sauber angekoppelten Hocht\u00f6ner zu einem einwandfreien H\u00f6rerlebnis beitragen.<\/p>\n

Plant man einen F.A.S.T. Lautsprecher mit niedriger Trennfrequenz aufzubauen, verschiebt sich der Baffle Step meist in den Arbeitsbereich des beteiligten Breitb\u00e4nders. Das folgende Beispiel zeigt einen 3 Zoll Breitb\u00e4nder mit Hochpass 2. Ordnung jedoch ohne Korrekturma\u00dfnahmen:<\/p>\n

fff<\/span><\/p>\n

\"\"3 Zoll Breitb\u00e4nder mit Hochpass 2. Ordnung ohne Korrekturschaltung<\/p>\n

fff<\/span><\/p>\n

Sehr deutlich sind die Auswirkungen des Baffle Step (und der Kantendiffraktion) ersichtlich. Nat\u00fcrlich weist auch der Breitb\u00e4nder keinen ideal glatten Amplitudenverlauf auf, so dass sich zus\u00e4tzlich weitere Unregelm\u00e4\u00dfigkeiten einstellen.<\/p>\n

fff<\/span><\/p>\n

\"\"Hochpass 2. Ordnung ohne Korrekturschaltung<\/p>\n

fff<\/span><\/p>\n

Um die zwingend notwendige Korrektur vorzunehmen, kann man sich wahlweise eines Sperrkreises oder eines Saugkreises bedienen, wie es schon im vorigen Beispiel beim TMT der Fall war.\u00a0 Ein Sperrkreis besteht ebenfalls aus einer Spule, einem Kondensator und einem Widerstand, welche parallel geschaltet werden. Dieser Sperrkreis wird dann in Reihe zum Chassis geschaltet. In unserem Beispiel habe ich jedoch ebenfalls einen Saugkreis gew\u00e4hlt, da dieser durch geschickte Wahl der Bauteile dazu f\u00fchrt, dass die kleine Senke oberhalb des Baffle Step Buckels ein wenig aufgef\u00fcllt wird. In der Praxis gilt es zu versuchen, welche der beiden M\u00f6glichkeiten zum besseren Ergebnis f\u00fchrt.<\/p>\n

fff<\/span><\/p>\n

\"\"3 Zoll Breitb\u00e4nder mit Hochpass 2. Ordnung und Saugkreis<\/p>\n

fff<\/span><\/p>\n

Auch hier ist das Ergebnis sehr gut und wird mit einem entsprechend beschalteten TMT zu einem klanglich einwandfreien Ergebnis f\u00fchren.<\/p>\n

fff<\/span><\/p>\n

\"\"Hochpass 2. Ordnung mit zus\u00e4tzlichem Saugkreis<\/p>\n

fff<\/span><\/p>\n

Eine weitere M\u00f6glichkeit dem Baffle Step auf den Zahn zu f\u00fchlen ist die Konstruktion eines 2,5 Wege Lautsprechers. Ein solcher bietet, neben der einfachen M\u00f6glichkeit den Baffle Step zu kompensieren, einen weiteren interessanten Vorteil. Beraubt man bei einem klassischen 2 Wege Lautsprecher den TMT ab einer gewissen Frequenz um bis zu 6dB, geht man bei einer 2,5 Wege Box den umgekehrten Weg. Hier wird der Bereich unterhalb des Baffle Steps einfach mittels eines zweiten, gleichen Chassis aufgef\u00fcllt. Dazu bildet man f\u00fcr einen der beiden identischen TMT, in der Regel den direkt unterhalb des Hocht\u00f6ners befindlichen,\u00a0 einen klassischen Tiefpass, ohne den Baffle Step zu kompensieren. Den Tiefpass des zweiten, in der Regel unteren, TMT dimensioniert man so, dass das Chassis unterhalb des einsetzenden Baffle Steps aus dem Rennen genommen wird. Bei geschickter Abstimmung f\u00fchrt die Addition der einzelnen Amplitudenkurven zu einem insgesamt glatten Amplitudenverlauf bis zur Trennfrequenz zum Hocht\u00f6ner. Vorteil einer solchen Konstruktion ist der bis zu 6dB h\u00f6here Kennschalldruck.<\/p>\n

fff<\/span><\/p>\n

\"\"Zwei 5 Zoll Chassis mit unterschiedlichen Tiefp\u00e4ssen 2. Ordnung und Impedanzlinearisierung<\/p>\n

fff<\/span><\/p>\n

Die obige Grafik verdeutlicht die Funktionsweise einer 2,5 Wege Beschaltung. Der Baffle Step bleibt schaltungstechnisch unber\u00fchrt. Die Korrektur wird durch ein zweites Chassis vorgenommen, welches den verlustbehafteten Bereich auff\u00fcllt. Der Kennschalldruck des Lautssprechers wird so um bis zu 6dB angehoben. Durch den teilweisen Parallelbetrieb der Chassis verl\u00e4uft die Impedanzkurve in diesem Bereich etwa auf halbiertem Niveau. Deswegen kommen f\u00fcr diese Konstruktionsweise nur Chassis mit einer Nennimpedanz ab 8 Ohm infrage.<\/p>\n

fff<\/span><\/p>\n

\"\"Zwei unterscheidlich dimensionierte Tiefp\u00e4sse 2. Ordnung mit\u00a0 Impedanzlinearisierung<\/p>\n

fff<\/span><\/p>\n

Die unterschiedlich dimensionierten Impedanzlinearisierungen wurden bewusst gew\u00e4hlt. Sie bieten eine gute M\u00f6glichkeit, die Form der Flanke zum Hocht\u00f6ner im Detail zu optimieren.<\/p>\n

Bei der Umsetzung der obigen Varianten in eigenen Entwicklungen w\u00fcnsche ich viel Erfolg und vor allem viel Spa\u00df.<\/p>\n

\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

fff Immer wieder taucht im Zusammenhang mit Lautsprecherentwicklungen der Begriff Baffle Step auf. Was ist das eigentlich, und worauf m\u00fcssen wir bei der Entwicklung eines Lautsprechers im Hinblick auf den Baffle Step achten? In den folgenden Zeilen m\u00f6chte ich dem Ph\u00e4nomen in vereinfachter und verst\u00e4ndlicher Form auf den Zahn f\u00fchlen, es durchleuchten und aufzeigen, wie … <\/p>\n

Weiterlesen<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":4120,"parent":3876,"menu_order":999,"comment_status":"open","ping_status":"closed","template":"","meta":{"footnotes":""},"class_list":["post-4093","page","type-page","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","nodate","item-wrap"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.donhighend.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/pages\/4093","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.donhighend.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.donhighend.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.donhighend.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.donhighend.de\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=4093"}],"version-history":[{"count":78,"href":"https:\/\/www.donhighend.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/pages\/4093\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":7067,"href":"https:\/\/www.donhighend.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/pages\/4093\/revisions\/7067"}],"up":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.donhighend.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/pages\/3876"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.donhighend.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/media\/4120"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.donhighend.de\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=4093"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}