Bassreflex-Lautsprecher

Der Bassreflex-Lautsprecher ist eine Weiterentwicklung des geschlossenen Lautsprechersystems, bei dem eine Öffnung (Port oder Bassreflexrohr) im Gehäuse die Basswiedergabe erweitert und verbessert.

1. Funktionsprinzip

Das Bassreflex-System nutzt die nach hinten abstrahlende Schallenergie der Membran durch einen Helmholtz-Resonator:

• Gehäusevolumen $V_{box}$ wirkt als Luftfeder (Compliance)
• Portvolumen $V_{port}$ wirkt als schwingende Masse
• Bei der Abstimmfrequenz schwingen Port und Membran gegenphasig

2. Helmholtz-Resonanzfrequenz

Die Abstimmfrequenz des Ports berechnet sich zu:

$f_{port} = \frac{c}{2\pi} \sqrt{\frac{S_{port}}{V_{box} \cdot L_{eff}}}$

wobei:

• $S_{port}$ = Portquerschnittsfläche
• $V_{box}$ = Nettogehäusevolumen
• $L_{eff}$ = effektive Portlänge (geometrische Länge + Endkorrekturen)

2.1. Endkorrekturen

$L_{eff} = L_{port} + \Delta L_{innen} + \Delta L_{außen}$

Typische Werte:

• $\Delta L_{innen} \approx 0.85 \sqrt{S_{port}}$ (innen)
• $\Delta L_{außen} \approx 0.61 \sqrt{S_{port}}$ (außen, runde Öffnung)

3. Ersatzschaltbild in der FI-Analogie

3.1. Mechanische Seite

Das Bassreflex-System erweitert das geschlossene System um:

• Portmasse $M_{port} = \rho \cdot L_{eff} \cdot S_{port}$
• Portsteifigkeit: Über die Gehäusecompliance $C_{box}$ gekoppelt

3.2. Doppelresonanz-Verhalten

Das System besitzt zwei Resonanzfrequenzen:

1. Untere Resonanz: Haupt-Membranresonanz (modifiziert)
2. Obere Resonanz: Port-Resonanz bei $f_{port}$

4. Frequenzgang-Charakteristika

4.1. Resonanzbereich

• Membran und Port in Phase: Bei Frequenzen zwischen den beiden Resonanzen
• Membran und Port gegenphasig: Bei der Abstimmfrequenz $f_{port}$
• Verstärkung: Additive Überlagerung der Schalldrücke

4.2. Impedanzverlauf

Charakteristische Doppelspitze im elektrischen Impedanzverlauf:

• Erste Spitze: Bei der unteren Systemresonanz
• Minimum: Bei der Abstimmfrequenz
• Zweite Spitze: Bei der oberen Systemresonanz

4.3. Unterhalb der Abstimmfrequenz

• Steiler Abfall: 24 dB/Oktave (4. Ordnung)
• Kritischer Bereich: Membranauslenkung steigt stark an
• Verzerrungsanstieg: Nichtlineare Effekte werden dominant

5. Auslegungsparameter

5.1. Alignments (Abstimmungen)

Butterworth-Alignment (QB3):

• Maximal flacher Frequenzgang
• $f_{port} = f_s$ (Abstimmfrequenz = Chassis-Resonanzfrequenz)
• Moderate Basserweiterung

Chebyshev-Alignment:

• Leichte Überhöhung im Bass
• Erweiterte untere Grenzfrequenz
• $f_{port} < f_s$

Bessel-Alignment:

• Optimales Gruppenlaufzeit-Verhalten
• Gute Impulsantwort
• Konservative Basserweiterung

5.2. Gütefaktor-Kriterien

$Q_{ts} = \frac{1}{\sqrt{Q_m^{-1} + Q_e^{-1}}}$

Typische Werte:

• $Q_{ts} < 0.4$: Geeignet für Bassreflex
• $Q_{ts} > 0.7$: Besser für geschlossenes Gehäuse

6. Vor- und Nachteile

6.1. Vorteile

• Erweiterte Basswiedergabe bei gleichem Gehäusevolumen
• Höherer Wirkungsgrad im Resonanzbereich
• Geringere Membranauslenkung bei der Abstimmfrequenz
• Reduzierte Verzerrungen im optimalen Arbeitsbereich

6.2. Nachteile

• Steiler Abfall unterhalb der Abstimmfrequenz
• Gruppenlaufzeit-Verzerrungen durch Doppelresonanz
• Höhere Komplexität in Auslegung und Abstimmung
• Portgeräusche bei hohen Pegeln möglich

7. Messverfahren

7.1. Nahfeldmessung

Separate Messung von Membran- und Port-Beitrag:

Keele-Methode: $p_{gesamt} = p_{membran} + p_{port} \cdot \sqrt{\frac{S_{port}}{S_{membran}}}$

7.2. Impedanzmessung

• Resonanzfrequenzen aus Impedanzspitzen ablesen
• Gütefaktoren aus Impedanzkurve bestimmen
• Abstimmung verificieren durch Vergleich mit Sollwerten

8. Konstruktive Aspekte

8.1. Port-Dimensionierung

Röhrenport:

• Länge und Durchmesser nach Helmholtz-Formel
• Strömungsgeschwindigkeit begrenzen: $v < 10$ m/s

Schlitzport:

• Größere Öffnungsfläche bei geringer Bautiefe
• Komplexere Berechnung der effektiven Länge

8.2. Gehäuse-Design

• Innenversteifungen zur Resonanzunterdrückung
• Dämpfungsmaterial zur Absorption stehender Wellen
• Port-Positionierung zur Minimierung von Interferenzen

9. Anwendungsbereiche

9.1. HiFi-Lautsprecher

• Standlautsprecher: Erweiterte Basswiedergabe
• Kompaktlautsprecher: Wirkungsgradsteigerung

9.2. PA-Systeme

• Subwoofer: Maximaler Schalldruck im Bassbereich
• Line-Arrays: Effiziente Tieftonwiedergabe

9.3. Automotive

• Fahrzeug-Subwoofer: Anpassung an begrenzte Gehäusevolumina

Das Bassreflex-Prinzip ermöglicht die optimale Ausnutzung des verfügbaren Gehäusevolumens und stellt einen bewährten Kompromiss zwischen Basserweiterung, Wirkungsgrad und konstruktivem Aufwand dar.