Sind kleine Lautsprecher von Natur aus auf höhere Frequenzen beschränkt?

Es kann getan werden, aber es gibt einige Kompromisse. Größere Lautsprecher können längerwellige (niederfrequente) Wellen besser bewegen. Wenn Sie versuchen, eine Reihe kleiner Oberflächen an verschiedenen Orten zu kombinieren, um eine einzelne Welle nachzubilden, erhalten Sie am Ende eine zufällige Interferenz, bei der die Welle stärker oder schwächer ist (im 3D-Raum) (siehe Phased-Array-Antenne für einige Beispiele). Während Sie mit einem großen Lautsprecher eine gleichmäßigere Wiedergabe der Welle in alle Richtungen erhalten.

Darüber hinaus kann die Größe des Lautsprechers auch dazu beitragen, wie gut er die Welle überträgt. Größere Lautsprecher passen die Frequenz der tiefen Töne besser an, sodass sie besser und mit mehr Kraft übertragen werden, als dies bei 3 kleineren Lautsprechern mit der gleichen Oberfläche der Fall wäre.

Bearbeiten: Typischerweise sind Tieftöner anders gebaut als Mitteltöner oder Hochtöner, weil sie viel mehr Luft bewegen müssen, um die kraftvollen niederfrequenten Klänge zu erzeugen, zu denen Sie in den Clubs springen. Mittel-/Hochtonlautsprecher sind nicht dazu gedacht, bei niedrigen Frequenzen hart betrieben zu werden, daher müssen Sie mit der Verstärkung vorsichtig sein, wenn Sie diese Lautsprecher außerhalb ihres optimierten Frequenzbereichs betreiben.

Das Design ist für den Niederfrequenzgang optimiert und lässt den Klang besser (effizienter) schwingen. Ebenso verarbeiten sie die höheren Frequenzen nicht so gut, weshalb ein Filter namens Crossover-Netzwerk verwendet wird, um die hohen Töne an den Hochtöner und die tiefen an den Bass zu senden.

Ein wichtiger Teil des Designs besteht darin, dass die Box auch mit dem Bass mitschwingt, da dies dazu beiträgt, einen stärkeren und saubereren Klang zu projizieren und zu verhindern, dass die Rückseite der Niederfrequenzwelle die Vorderseite auslöscht. Diese Notwendigkeit, Schallwellen zwischen der Vorder- und Rückseite eines Open-Back-Treibers zu isolieren, besteht nicht bei allen Frequenzen. Es tritt nur bei niedrigeren Frequenzen auf, deren Wellenlänge im Vergleich zum Kegeldurchmesser relativ groß ist. Weil die Membran bei kürzer werdenden Wellenlängen richtungsabhängig wird und sich der Klang natürlich auch dann nicht zwischen Vorder- und Rückseite vermischt, wenn sich der Treiber im Freien befindet. Deshalb fehlt einem Treiber im Freien der Bass oder er klingt „dünn“. Es erzeugt mittlere und hohe Frequenzen, ohne dass die hinteren Schallwellen die vorderen auslöschen. Aber die tiefen Frequenzen werden abgeschwächt oder ausgelöscht.

Hoffentlich hilft Ihnen dies, die Leistungsunterschiede aufgrund des Designs zu verstehen. Kleine Lautsprecher kann man bei niedrigen Frequenzen gut ansteuern, schau dir zum Beispiel Kopfhörer an. Wenn Sie jedoch mit einem kräftigen Bass durchs Haus gehen wollen, brauchen Sie eine große Membran. Und wenn Sie mit einem Haufen kleinerer billig werden wollen, müssen Sie darauf achten, sie bei niedrigen Frequenzen nicht zu übersteuern, und Sie müssen etwas mit der Box spielen, um den Klang richtig hinzubekommen. Am Ende werden die Ergebnisse wahrscheinlich mit einem Basslautsprecher besser sein, als zu versuchen, 9 andere zu verkabeln und einzustellen.

Und natürlich gibt es eine Grenze dafür, wie gut Sie etwas bauen können, damit alle ihre Klänge zusammen die Oberfläche eines guten Lautsprechers ergeben. Wie in Ihrem extremen Beispiel werden die 100 Lautsprecher einen sehr schwachen Niederfrequenzklang haben und sie werden über eine sehr große Fläche verteilt sein. Es ist wahrscheinlich unmöglich, diesen Sound richtig zu kombinieren und sich nicht gegenseitig aufzuheben. Sie haben 100 Lautsprecher, die alle in verschiedenen Phasen im Raum arbeiten und sich gegenseitig mischen und aufheben.

Es gibt eine sehr solide mathematisch-physikalische Erklärung, warum kleinere Lautsprecher nicht sehr gut funktionieren (vielleicht nur mit sehr geringer Leistung, genau wie in einem Kopfhörer).

Um eine konstante Schallleistung in die Luft einzuspeisen, muss die Auslenkung eines Lautsprechers mit einer bestimmten Oberfläche seine Auslenkung mit dem Quadrat der Frequenz verringern. Niedrige Frequenzen erfordern also sehr große Auslenkungen.

Oberhalb der Resonanzfrequenz des Lautsprechers wird die Amplitude des Kegels hauptsächlich durch die Luftkraft gedämpft. Das heißt, die elektrische Leistung wird in Schallleistung oder Luftdruck umgewandelt. Oberhalb einer bestimmten Frequenz spielt die Masse des Kegels eine Rolle, um die Amplitude zu verringern; daher hat der Lautsprecher seine obere Frequenzgrenze.

Unterhalb der Resonanzfrequenz des Lautsprechers wird die Bewegung des Kegels hauptsächlich durch die Steifigkeit bestimmt, die mit dem in einem geschlossenen Gehäuse aufgebauten Luftdruck hinzugefügt wird (also nicht durch die Luftbewegungen). Die Amplitude des Kegels ist daher bei einer bestimmten Spannung (und zugeführten Leistung) unabhängig von der Frequenz konstant. Dies impliziert, dass der Luftschalldruck mit dem Quadrat der Frequenz unterhalb der Resonanzfrequenz des/der Lautsprecher(s) abnimmt.

Ein Haufen kleiner Lautsprecher mit einer Eigenfrequenz von zB 70 Hz wird dieses Problem also nicht lösen und zB 30 Hz niemals mit ausreichendem Schalldruck erzeugen.

Eine Lösung könnte sein, wenn man kleine Lautsprecher mit sehr geringer Steifigkeit und ausreichender Lautstärke in der Box (also mit niedriger Eigenfrequenz!) verwendet; natürlich muss dann entweder die Auslenkungsstrecke groß genug sein oder die zugeführte Leistung nicht zu groß; Andernfalls klemmt der Kegel am Ende seines freien Bewegungsraums.

Siehe für die erweiterte mathematische Erklärung: https://rmsacoustics.nl/papers/whitepapersoundgeneration.pdf

Ein Beispiel für einen relativ kleinen 8" Lautsprecher mit niedriger Eigenfrequenz ist die KEF SP1039 mit 25 Hz. Der moderne 8" Visaton WS20 schneidet mit 47 Hz schlechter ab.

Als ich den oben genannten Artikel las, verstand ich endlich, warum der Bass in meiner KEF 104 so stark degradiert war, als ich eine tote SP1039 durch eine gut passende WS20 ersetzte. Also habe ich mir endlich einen gebrauchten SP1039 gekauft, um die guten Bässe meiner KEF 104 wiederherzustellen.