Warum ist bei einer aktiven HiFi-Anlage ein besser Sound bei
nicht mal der halbe Leistung zu erwarten, im Vergleich zu einer
Hifi-Anlage mit Breitbandverstärker und passiver Lautsprecherbox?

Zuerst muss man wissen, das zur doppelten Lautstärke die doppelte Spannung
am Lautsprecher und damit der doppelter Hub der Membran nötig ist.
Die doppelte Spannung am gleichen Widerstand erfordert aber die vierfache Leistung.

Um diese Frage zu erklären, sehen wir uns die Verhältnisse eines 100W-Breitbandverstärkers
mit einer passiven Zwei-Wege-Lautsprecher-Box an. In unserem Beispiel soll diese Box,
einen Basslautsprecher und einen Mittel-Hochton-Lautsprecher mit je einer passiven Weiche haben.
Die Box hat eine Impedanz von 4 ohm.
Das bedeutet eine maximale saubere Sinusspannung am Ausgang des 100W-Breitbandverstärkers
von  U = Wurzel aus P x R =  Wurzel aus 100 W  x 4 ohm  = 20Volt.
Wir gehen davon aus das die Auslenkung (Hub) der Membran der Lautsprecher linear mit der
Ausgangsspannung ist.  Z.B. bedeuten 20V 20mm Hub und 1V 1mm Hub mit entsprechenden
Lautstärken. Der Verständnis wegen reduzieren wir die vielen zu übertragenden Frequenzen
bei einer Musikübertragung auf nur zwei Frequenzen von 100Hz und 1kHz.
Die 100Hz stehen für den Bassbereich und die 1kHz für den oberen Frequenzbereich.

Bei der Breitbandanlage müssen sich die 100Hz- und die 1kHz-Schwingung die maximale
Ausgangsspannung des Verstärkers teilen um keine Verzerrungen zu erzeugen.
Wird z.B. durch die Bassschwingung eine maximale Amplitude von 10V erreicht,
dann bleiben für die 1kHz ebenfalls 10V für eine verzerrungsfreie Aussteuerung.  





10V sinus bedeuten an 4 ohm  P = U² / R  =  10 V x 10 V / 4 ohm = 25W für jeden Lautsprecher.
Oft wird mehr Leistung für den Bass eingestellt und die Leistung reduziert sich für die
Mitten und Höhen dramatisch. Wird zu hoch aus gesteuert, wird der Mitten- und Hochton-Bereich
im Rhythmus der Bassschwingung verzerrt. Diese Verzerrung wird als Solche oft nicht erkannt und
mit einer unpräzisen Ortung umschrieben, weil die verzerrten Anteile im Bassrhythmus auf der
rechten und linken Seite raus kommen. Der Übergang zur wirklich hörbaren Verzerrung ist schleichend. 



Leider fällt über die, in der Box, eingebauten Frequenzweichen zusätzliche Leistung ab.
Der größere Nachteil ist aber die starke Phasenverschiebung und der zusätzliche
Widerstand der Frequenzweichen. Um die unterschiedlichen Wirkungsgrade der Lautsprecher zu
kompensieren und manchmal auch als Schutz gegen die maximale Leistung des Verstärkers,
werden in den Weichen, besonders für Hochtöner oft zusätzliche ohmsche Widerstände eingebaut,
die den Widerstand in Addition mit dem komplexen Widerstand zusätzlich erhöhen.
Durch diesen ohmschen und komplexen  Widerstand, wird der Lautsprecher deutlich weniger
bedämpft und erzeugt nun eigene Bewegungen in Folge der nicht bedämpfen Selbstinduktion. 
Neben der Phasenverschiebung steigt nun auch der Klirrfaktor an.
Die oft guten Daten des Verstärkers, wie hohe Leistung, kleiner Klirrfaktor und einem
Ausgangswiderstand der oft gegen Null geht, können nicht optimal genutzt werden.
Nehmen wir an, das der Basslautsprecher mit 23W und der Mittel-Hochton-Lautsprecher
mit 22W sauber ausgesteuern werden können.

Völlig anders sieht das bei einem aktiven System aus. Die Frequenzweichen sind nun vor dem
Verstärker. Für die gleiche verzerrungsfreie Lautstärke im Vergleich zu einem 100W-Breitbandverstäker,
braucht es für ein aktives System nur je ein 23W-Verstärker für den Bass und ein 22W-Verstärker für
Mitten und Höhen. Das sind also 45W für die gleiche verzerrungsfreie Lautstärke.
Die passiven Weichen fallen weg und so sind die Lautsprecher direkt an den Ausgang des Verstärkers
gekoppelt. Die Lautsprecher werden nun stark  bedämpft und führen keine eigenen Bewegungen aus.
Sie erzeugen nun keine unnötigen und zusätzlichen Verzerrungen.  Auch der Phasengang ist
linearer und wird nun hauptsächlich durch die Grunddaten des Lautsprecher und der Box bestimmt.
Die aktiven Weichen lassen sich mit optimalen Amplituden- und Phasengang herstellen.
Der Sound wird hörbar besser.

Um die Lautstärke zu verdoppeln sind in unserem Beispiel ein 92W-Bassverstärker und ein
88W-Mitten-Höhen-Verstärker nötig.  Weil oft mehr Bass benötigt wird, wäre ein gutes
Gleichgewicht mit etwa 120W für den Bass und 80W für den oberen Bereich optimal.
Bei noch höheren Leistungen lohnt vielleicht auch die Aufspaltung von Mitten und Höhen.
Vorallem sind so die einzelnen Lautsprecher vor Zerstörung relativ sicher, weil sie nur die
Leistung erhalten können, für die sie zugelassen sind. Besonders Hochtöner gehen dann auch
bei einer Rückkopplung durch ein Mikrofon nicht entzwei. Ein weiterer Vorteil ist die problemlose
Anpassung der Wirkungsgrade der Lautsprecher nur durch die Verstärkungseinstellung, um einen
linearen Frequenzgang zu erhalten.

DL5BTE  uelse@arcor.de