Auswirkungen von Toleranzen bei Thiele-Small-Parametern

Jeder Lautsprecher stellt ein Schwingsystem dar, dessen wichtigste Eckdaten durch die Thiele-Small-Parameter beschrieben werden können. Mit Hilfe dieser Werte lassen sich zum Beispiel Gehäusedimensionierungen vornehmen. Zu den TSP gehören folgende Daten:

Auswirkungen1Vas = Äquivalenzvolumen - Kennzeichen für die Nachgiebigkeit eines Lautsprechers
fs = Freiluftresonanzfrequenz
Qes = Elektrische Güte
Qms = Mechanische Güte
Qts = Gesamtgüte eines Lautsprechers

Die TSP eines Lautspreches sind voneinander abhängig. Wird ein Lautsprecher nun über einen längeren Zeitraum betrieben, kann dies ein "Weichwerden" der Einspannung zur Folge haben. Dieser Effekt läßt sich auf zwei Ursachen zurückführen.

  • Zufuhr mechanischer Energie -> Temperaturerhöhung
  • durch mechanische Bewegung nach Herstellung -> unvermeidliche Materialermüdung bis zu einem Endwert (einmalig).

In beiden Fällen vergrößert sich die Nachgiebigkeit der Membranaufhängung, deren Kennwert das Äquivalenzvolumen Vas darstellt. Da die Resonanzfrequenz fs des Lautsprechers vom Äquivalenzvolumen abhängt, wird diese sich bei steigendem Vas verringern. Die Güte Qts wiederum verhält sich zur Resonanzfrequenz fs proportional und sinkt damit ebenfalls. Von dem beschriebenen Effekt sind insbesondere weich aufgehängte Konuslautsprecher betroffen, da sie die höchsten mechanischen Belastungen aushalten müssen. Es ist nun interessant, in welchem Maße sich beim "Weichwerden" der Membransicke die Thiele-Small-Parameter ändern und welche Veränderung sich dadurch für die Übertragung einer Lautsprecherbox ergeben. Beispielhaft wird dies an dem Lautsprecher W 170 S in 4 z und dem Baßreflexgehäuse der Box Alto II gezeigt.

Zunächst wurden am neu hergestellten Lautsprecher die Thiele-Small-Parameter gemessen und danach der Impedanz- und Amplitudenfrequenzgang im Gehäuse Alto II ermittelt. TSP neu:

Vas = 35,19 l
fs = 37,3 Hz
Qts = 0,45

Auswirkungen2Danach wurde der Lautsprecher 8 h lang im mechanischen Grenzbereich betrieben und zunächst unmittelbar im noch warmen Zustand die Resonanzfrequenz fwarm gemessen. Diese war auf 30 Hz gesunken. Nach einer Abkühlungsdauer von mehreren Stunden wurden dann wieder die Thiele-Small-Parameter und der Impedanzverlauf sowie der Frequenzgang im Gehäuse gemessen. TSP nach 8 h (abgekühlt):

Vas = 43,35 l
fs = 33,4 Hz
Qts = 0,34

Wie bereits beschrieben, ist gegenüber der Messung nach der Herstellung eine Zunahme des Vas von 35,19 l auf 43,35 l erkennbar und die dazugehörige Verminderung der Resonanzfrequenz fs von 37,3 Hz auf 33,4 Hz. Um nun die Veränderung im Übertragungsverhalten der Box darzustellen, wurden die Messungen der Impedanzverläufe sowie der Frequenzgänge übereinandergeschrieben. (Bild 1) Die Punkte 1 und 3 im Impedanzverlauf stellen die Reihenresonanzen des Baßreflexgehäuses und der Punkt 2 die für die Baßreflexabstimmung wichtige Parallelresonanz dar. Da das Vas die Reihenresonanzen beeinflußt, ist hier in beiden Fällen auch das Absinken der Resonanzfrequenzen zu erkennen. Die Parallelresonanz ist von Vas unabhängig und bleibt deshalb gleich. Daraus resultiert die Erkenntnis, daß eine Veränderung der Thiele-Small-Parameter aufgrund unterschiedlicher Nachgiebigkeit der Einspannung sich nicht auf die Tuningfrequenz fb einer Baßreflexbox auswirkt.

Aufgrund der Abhängigkeit der TSP ergibt sich im Zusammenspiel mit der Veränderung der Güte eine nahezu identische Abstimmung der Baßreflexbox. Dies wird anhand der Frequenzgangmessungen deutlich, bei denen nur eine unwesentliche Veränderung zu erkennen ist. Abschließend kann man feststellen, daß eine Veränderung der Thiele-Small-Parameter ein und desselben Lautsprechers bis zu 20% des Vas nur eine vernachlässigbare Auswirkung auf das Übertragungsverhalten einer Lautsprecherbox hat und bei guten Lautsprechern praktisch keine Rolle spielt. Solange also bei dem magnetischen Antrieb und der bewegten Masse die Toleranzen gering sind, gibt es keine Probleme bei abweichenden Resonanzfrequenzen fs.