Warum machen Boxen in der Praxis nicht so laut, wie sie der einfachen Theorie nach müssten?
Im Prospekt findet man für gewöhnlich folgende Angaben:
- Frequenzbereich
- Impedanz
- Belastbarkeit
- Wirkungsgrad
- (Abmaße, Gewicht, Farbe...)
Nehmen wir mal an, eine Box ist mit 40 Hz bis 18 kHz, 8 Ohm, 250 Watt, 95 dB/1W/1m angegeben.
Theoretisch könnte man nun berechnen, dass 250W gegenüber 1W ein Gewinn von 24dB ist, und dass die Box nun maximal 119 dB macht. (Der Einfachheit beachten wir nur die Dauergrößen).
In der Praxis erreicht die Box diesen Wert nicht. Warum?
1.) Power Compression
Die Leistungsangaben sind angegeben auf Nennwiderstand. 250W heißt also genau gesagt 44,72Volt. Mit der Watt-Angabe rechnet es sich halt einfacher.
Wenn nun ordentlich Leistung in den Speaker gepumpt wird, dann wird dieser warm, somit steigt der Widerstand, somit wird bei gleicher Spannung weniger Leistung umgesetzt, somit sinkt der Schallpegel. Das macht so etwa 2dB bis 6dB aus. Teure Speaker haben entsprechende Kühlung und können die Wärme besser ableiten, Langhubspeaker (Bassreflex) kühlen durch die Luftbewegung tendenziell besser als Kurzhubspeaker (Horn).
2.) Leistungsbandbreite
Nicht bei jeder Frequenz kann man dieselbe angegebene Leistung reinpumpen. Das trifft insbesondere Boxen, deren Systeme weite Frequenzbereiche abdecken sollen, also vor allem Zweiweg-Systeme: Wenn man einen 1" mit 1W durchmisst (genaugenommen ist es auch eine konstante Spannung von 2,82V und keine konstante Leistung), dann ist der ab vielleicht 500Hz leidlich linear. Wenn man nun aber die angegebenen 50W reinsteckt, dann funktioniert das vielleicht ab 2 kHz, bei tieferen Frequenzen macht die Membran einfach nicht die erforderlichen Auslenkungen: Der Pegel sinkt, der Klirrfaktir steigt massiv an.
Gleiches Bild bei den Tieftönern nach unten hin.
Wenn man einen 15" nach oben hin misst, dann wäre bei 1W ein Frequenzgang hoch bis zu ein paar kHz nichts ungewöhnliches. Was bleibt davon, wenn man da Nennleistung reinsteckt? (Macht einfach mal den Selbstversuch: wackelt mal mit ausgestrecktem Arm eine Amplitude von 3cm. Da kommt man vielleicht auf 5Hz. Nun versucht dasselbe mal bei einer Amplitude von 1m...) Die Membran kommt der erforderlichen Auslenkung einfach nicht so schnell hinterher: Pegel sinkt, Klirr steigt.
Billige Speaker machen vielleicht über 2 Oktaven in etwa das, was sie sollen, normale Speaker etwa über 3 Oktaven, manche exzellenten Speaker über 4 Oktaven. (Das sind jetzt gaaaanz grobe Richtgrößen, da hängt auch viel davon ab, auf welches Ziel ein Speaker entwickelt wurde...)
Der ganze Audio-Bereich hat etwa 10 Oktaven, im PA-Bereich sollte man zumindest 9 davon bedienen.
Wenn ich nun Billig-Speaker einsetze, dann kann ich vielleicht 4 Oktaven davon halbwegs erträglich bedienen: Schönes Beispiel sind so unsägliche Kombinationen wie 18"+Piezo: Unten vielleicht von 40Hz bis 160Hz, oben von vielleicht 3kHz bis 12kHz, im Mittenbereich bekommt man einfach keine hohen Pegel raus.
Selbst mit normalen Speakern wird 2-Weg immer ein Problem bleiben: Wenn wir von der "engsten" Fullrange-Kombination ausgehen (12" + 2"), dann macht 2" vielleicht von 1kHz bis 8kHz, und der 12" von 63Hz bis 500Hz. Die einzelnen Frequenzbereich kann man durch die Verwendung betreffender Speaker ein wenig hoch oder runter schieben, das Grundproblem bleibt: Die Sache geht nicht richtig runter, hat in der Mitte ein Loch und geht auch nicht richtig hoch. Wenn man jetzt 10dB unter Maximalpegel bleibt, ist das nicht weiter tragisch: Dann macht so eine Konstruktion, was sie soll. Aber wenn man sie ausfährt, wird's unschön.
Also zäumt man das Pferd von der anderen Richtung auf: Um wirklich nach oben zu kommen, braucht man einen 1", und den kann man beispielsweise von 2kHz bis 16kHz einsetzen. Daran schließt man einen Mitteltöner an, 8" oder 10", der arbeitet dann von 250Hz bis 2kHz. Und dann setzt man einen Bass drunter, der macht von vielleicht 32Hz bis 250Hz (vermutlich nicht ganz...).
Ich höre schon den Einwand: Das sind ja drei Wege. Ja es sind drei Wege. Anders geht es nur unter Inkaufnahme großer Nachteile oder exzellenter Bauteile (http://www.funktion-one.com/res1.htm)
Und wenn man nicht so viel Geld hat? Dann kauft man eine 2-Weg-Box mit einem 12", und ergänzt das dann später mit einem Subwoofer. Weil so funktioniert das mit dem Ergänzen später. Aber wie wollte man eine 15"/1" später ergänzen? Zusätzlichen 10" danebenstellen?
