Grundlagen von Audio: Schall, Quellen, Lautsprecher und Verstärker

Sound / Schall

Sound: Das Gefühl, das im Ohr durch Schallwellen erzeugt wird. Das menschliche Ohr unterscheidet drei Qualitäten: Lautstärke, Tonhöhe und Klangfarbe.

Quellen des Audio-Signals

Quellen des Sound-Signals: Audio wird von analogen Tunern (AM, FM) und digitalen Systemen (z. B. DAB) erzeugt.

Wichtige Merkmale:

• Verzerrung: Der Klirrfaktor (THD) ist ein zentrales Qualitätsmaß. Er wird in Prozent (%) gemessen: Je niedriger der Wert, desto besser die Klangqualität.
• Signal-Rausch-Verhältnis (SNR): Wird in dB angegeben. Je höher dieser gemessene Wert, desto weniger Störgeräusche werden ins Signal eingeführt und desto besser die Quelle.
• Leistung: Viele Schallquellen verfügen über einen integrierten Verstärker und können Werte um 15–20 W RMS erreichen.
• Ausgangspegel (Cinch): Cinch-Ausgänge sind Signalausgänge mit relativ hohem Pegel. Ein Signal von 4 V laut Herstellerangaben gilt als guter Ausgangswert; es gibt aber auch Quellen mit bis zu 9 V.

Lautsprecher

Lautsprecher: Wandeln elektrische Signale in akustische Signale um. Bauteile: Gehäuse, Magnet, Chassis, Fahrwerk, Membran, Kalotte, Spule, Zentrierung.

Typen:

• Kegel- und Doppelkegel-Lautsprecher: Wiedergabe eines breiten Spektrums.
• Elliptische Lautsprecher: Verhält sich wie zwei verschiedene Durchmesser.
• Koaxial-Lautsprecher: Mehrere Lautsprecher in einem Gehäuse (z. B. 2, 3 oder 4 Wege).

Wegeaufteilung:

• Hochtöner: Reproduziert die Höhen (bis ca. 20.000 Hz).
• Mitteltöner / Woofer: Reproduziert Mitten und mittlere bis tiefe Frequenzen (z. B. bis ca. 3.000 Hz).
• Subwoofer: Sehr tiefe Frequenzen (z. B. ≈ 18–150 Hz).

Parameter der Lautsprecher

Parameter der Lautsprecher:

• Nennimpedanz: Übliche Werte sind z. B. 4 Ω. Die Impedanz beeinflusst die Kompatibilität mit Verstärkern.
• Empfindlichkeit: Gibt an, wie effizient der Lautsprecher elektrische Energie in Schalldruck umwandelt (dB/W/m).
• Frequenzbereich: Vom Hersteller angegebener Bereich, der die nutzbaren Frequenzen beschreibt.
• Nennleistung (RMS): Die Leistung, die ein Lautsprecher über längere Zeit ohne Beschädigung aushält.
• Maximale Leistung: Kurzzeitbelastbarkeit des Lautsprechers.

Verstärker

Verstärker: Verstärken das Ausgangssignal der Quelle (z. B. das niederpegelige Cinch-Signal), um Lautsprecher mit ausreichender Leistung zu versorgen und die Klangqualität zu verbessern.

Wichtige Eigenschaften:

• Geregelte Stromversorgung: Stabilisiert die interne Spannung, damit Bauteile nicht beschädigt werden und die Leistung konstant bleibt.
• Ausgangsleistung: Gibt an, wie viel Energie der Verstärker an die angeschlossene Lautsprecherimpedanz liefern kann.
• Dämpfungsfaktor (Damping Factor): Bezieht sich auf die Fähigkeit des Verstärkers, die Lautsprecherbewegung zu kontrollieren, insbesondere bei tiefen Frequenzen.
• Signal-Rausch-Verhältnis & Verzerrung: Zeigt die Sauberkeit des Signals (SNR) und den Grad der Verzerrung (THD).
• Verstärkung (Gain): Verstärkungsfaktor des Eingangssignals.
• Kanaltypen: Mono (ein Kanal), Stereo (zwei Kanäle) oder Mehrkanal (z. B. 4-Kanal).

Filter

Filter: Dienen dazu, Frequenzen außerhalb eines gewünschten Bereichs zu verhindern, die nicht an die Lautsprecher gelangen sollen.

Eigenschaften und Typen:

• Bandpass: Lässt Frequenzen innerhalb eines Bereichs passieren, während andere Frequenzen gedämpft werden.
• Grenzfrequenz & Flankensteilheit: Am Übergangspunkt liegt häufig ein Pegelabfall von ca. 3 dB; Filter können steilere oder flachere Flanken haben.
• Low-Pass-Filter: Lässt tiefe Frequenzen passieren (z. B. für Subwoofer) und blockiert hohe Frequenzen.
• High-Pass-Filter: Lässt hohe Frequenzen passieren und blockiert tiefe Frequenzen (z. B. für Hochtöner).
• Band-Pass-Filter: Kombiniert High- und Low-Pass, um einen Mittelbereich zuzulassen.

Zwei Arten von Filtern:

• Passive Filter: Bestehen im Wesentlichen aus Kondensatoren und Spulen; sie werden zwischen Verstärker und Lautsprecher installiert und benötigen keine externe Stromversorgung.
• Aktive Filter: Verwenden elektronische Bauteile und eine eigene Versorgung; sie werden vor dem Verstärker eingesetzt und arbeiten mit dem Signal auf Pegelbasis, benötigen aber zusätzliche Verstärkung/Leistung.

Equalizer

Equalizer: Ein Gerät, dessen Aufgabe es ist, bestimmte Frequenzen oder Frequenzbänder abzusenken oder zu betonen. Dadurch kann der Klang an das Gehör des Zuhörers oder an die Raumakustik angepasst werden.

Verbindungselemente und Verkabelung

Netzkabel: Versorgt die Endstufe mit Strom und muss hohe Ströme sicher führen. Das Kabel sollte gut isoliert, weich, flexibel und temperaturbeständig sein.

Audio-Kabel:

• Niedrigpegelkabel (Low-Level): Übertragen das Audiosignal von Quellen zu Endstufen. Gute Abschirmung verhindert Störeinflüsse und Rauschen.
• Hochpegelkabel (High-Level): Übertragen das Ausgangssignal vom Verstärker zu den Lautsprechern.