Eine Frequenzweiche ist…

Frequenzweichen sind Bauteile, die unter anderem in Lautsprechern zu finden sind. Eine Frequenzweiche filtert bestimmte Frequenzen und leitet sie an die entsprechenden Bestandteile des Lautsprechers. Tiefe Frequenzen transportiert die Frequenzweiche zum Basslautsprecher, hohe Töne gehen an den Hochtöner, und der Mitteltöner erhält die mittleren Frequenzen. Der Filter einer Frequenzweiche übernimmt die Aufsplittung der Frequenzen. Man unterscheidet zwischen aktiven und passiven Frequenzweichen.

Kondensatoren und Spulen

Frequenzweichen in Lautsprechern arbeiten mit Kondensatoren und Spulen. Innerhalb der Lautsprecherbox lassen die Kondensatoren niedrige Frequenzen nicht durch. Die hohen Töne werden weitergeleitet. Spulen hingegen sperren hohe Frequenzen und lassen niedrige durch. Je nachdem, wie die nötigen Bauteile kombiniert sind, regelt die Frequenzweiche die Filterung und Aufteilung der Frequenzen. Frequenzweichen sind von Lautsprecher- zu Lautsprechermodell individuell angepasst.

Typen

Es gibt verschiedene Typen von Frequenzweichen, sowie mehrere Mischformen aus den jeweiligen Typen:

• Analog passive Frequenzweiche (Passivweiche): Dieser Großsignalfilter besteht aus Widerständen, Leistungs- und spannungsfesten Kondensatoren sowie belastbaren Spulen. Manchmal kommen auch Sicherungselemente bei analog passiven Frequenzweichen vor.

• Analog aktive Frequenzweiche (Aktivweiche): Hierbei handelt es sich um Kleinsignalfilter bestehend aus Widerständen, Kondensatoren und Operationsverstärkern.

• Digital aktive Frequenzweiche (digitale Aktivweiche): Dieser Kleinsignalfilter setzt sich aus A/D-Wandlern, digitalen Signalprozessoren und D/A-Wandlern zusammen.

Passivweiche

Eine Passivweiche kommt nach dem Leistungsverstärker in einem Lautsprecher zum Einsatz. Nur ein einziger solcher Verstärker ist nötig, damit der Lautsprecher funktioniert. Es ist auch möglich, die Passivweiche zwischen dem Vor- und dem Leistungsverstärker einzubauen.

Eine Passivweiche beansprucht gegebenenfalls die volle Verstärkerleistung, um die Frequenzen filtern zu können. Die einzelnen Bauteile sind daher relativ groß. Es kann auch zu unerwünschten Interaktionen zwischen der Frequenzweiche und der Schwingspule kommen, da die Impedanz einer zwischen Verstärker und Lautsprecherchassis integrierten passiven Weiche sehr komplex ist und ohne jegliche Entkopplung mit der Schwingspule verbunden ist.

Aktivweiche

Im Gegensatz zur Passivweiche befinden sich die elektronisch funktionierenden Aktivweichen vor dem Leistungsverstärker. Die Bauteile müssen nicht sehr belastbar sein und sind daher in der Regel kleiner als die einer Passivweiche. Allerdings benötigt man mit einer Aktivweiche einen extra Endverstärker für jeden einzelnen Lautsprecher.

Da die Aktivweiche nicht so viel Leistung, also nicht so viel Strom benötigt, muss das Baumaterial weniger robust sein. Die feineren Elemente arbeiten präziser als bei der Passivweiche.

Dadurch, dass sich Aktivweichen vor den Endverstärkern befinden, erfolgt eine Entkopplung von Frequenzweiche und Lautsprecherchassis. Die Lautsprecher bekommen also die volle Leistung ohne unerwünschte Interaktionen.

Aktivweichen verfügen über Subtraktivfilter. Diese filtern nur einen Kanal auf herkömmliche Weise. Der nächsthöhere Kanal wird errechnet, indem die Werte des gefilterten von denen des ungefilterten abgezogen (subtrahiert) werden. Durch diese Technik umgehen Aktivweichen Phasenverschiebungen bei Filtern höherer Ordnung, welche das Impulsverhalten negativ beeinflussen. Mit einem Passivfilter ist dies nicht möglich.

Digitale Aktivweiche

Da es sich bei digitalen Weichen stets auch um Aktivweichen handelt, funktionieren sie auf dieselbe Art und Weise. Digitale Aktivweichen sind in der Regel mit mehreren Eingängen ausgestattet. Einige davon nehmen analoge, andere wiederum digitale Signale auf. Analog ankommende Signale wandelt der A/D-Wandler in digitale um. Der sich hinter einem Quellschalter befindliche digitale Signalprozessor leitet die Signale weiter. Bevor das Ausgangssignal über Leistungsverstärker zu den Chassis gelangt, transformiert es ein D/A-Wandler wieder in ein analoges Signal.

Weitere Einsatzbereiche

Frequenzweichen kommen nicht nur in Lautsprechersystemen zum Einsatz, sondern beispielsweise auch in der Studiotechnik, wo die Trennung der Frequenzbereiche einer separaten Bearbeitung der Signale dient. In der Medizin werden Frequenzweichen zur Dopplersonographie, einem Ultraschalldiagnoseverfahren verwendet. In TV-Receivern trennen sie den Bild- vom Tonkanal. Splitter sind ebenfalls mit Frequenzweichen ausgestattet. Dort separieren sie das analoge Telefon- vom ADSL-Signal. Wenn ein Babyphone über das Stromnetz läuft, benötigt man eine Frequenzweiche um die Netzfrequenz vom Audiosignal zu trenne. Darüber hinaus finden sich Frequenzweichen noch in vielen anderen Geräten.