Offene Schallwand

Eine offene Schallwand ist eine Platte, in der das Chassis sitzt, ohne dass dahinter ein geschlossenes Volumen liegt. Vorder- und Rückseite der Membran bleiben akustisch miteinander verbunden; der Schall der Rückseite ist gegenphasig zu dem der Vorderseite und läuft um die Kante der Platte herum nach vorn. Der Lautsprecher arbeitet damit als Dipol, und alles Weitere hängt am Weg um die Platte herum.

Ausführliche Erklärung

Die Breite der Platte legt alles fest

Nach vorn treffen zwei Anteile aufeinander: die Vorderseite der Membran auf direktem Weg und die Rückseite mit dem Umweg um die Kante der Platte. Ist dieser Umweg ungefähr eine halbe Wellenlänge lang, hat sich die Gegenphase durch die Laufzeit gerade aufgehoben — beide Anteile addieren sich, und der Pegel erreicht sein Maximum. Diese Frequenz heißt Umwegfrequenz und liegt umso tiefer, je breiter die Platte ist.

Unterhalb davon wird die Wellenlänge größer als der Umweg. Die Gegenphase überlebt den Laufweg, und beide Anteile heben sich zunehmend auf. Der abgestrahlte Pegel fällt von dort mit 6 dB je Oktave ab — und zwar zusätzlich zu dem Abfall, den das Chassis unterhalb seiner Resonanzfrequenz ohnehin mitbringt.

Oberhalb der Umwegfrequenz bleibt die Rechnung nicht sauber. Wächst der Umweg auf eine ganze Wellenlänge, steht die Gegenphase wieder unverdreht nach vorn, und es löscht sich erneut aus. Zwischen diesen beiden Punkten liegt ein Wechsel aus Überhöhung und Einbruch, den die Kanten der Platte zusätzlich verschmieren, weil der Umweg von der Richtung abhängt. Reale Konstruktionen begrenzen den Dipolbetrieb deshalb nach oben, bevor dieser Bereich erreicht wird, und übergeben an einen anders arbeitenden Weg.

Was die Entzerrung kostet

Der 6-dB-Abfall ist elektrisch anhebbar — ein Filter, der nach unten hin genau gegenläufig verstärkt, macht den Frequenzgang gerade. Bezahlt wird das in Membranhub, und der Preis steigt schneller, als die meisten erwarten.

Der Grund steckt in zwei Effekten, die sich überlagern. Ein Strahler in freier Luft erzeugt Schalldruck proportional zur Beschleunigung des verschobenen Luftvolumens. Für denselben Pegel eine Oktave tiefer braucht er deshalb schon als gewöhnlicher Lautsprecher die vierfache Auslenkung. Beim Dipol kommt der zusätzliche Abfall von 6 dB je Oktave obenauf, und 6 dB mehr Schalldruck bedeuten noch einmal die doppelte Auslenkung. Zusammen ist das der achtfache Hub je Oktave nach unten.

Daraus folgen die drei Grenzen, an denen offene Schallwände scheitern. Die Membran läuft an ihren mechanischen Anschlag, lange bevor der Verstärker am Ende ist. Der Antrieb wird unlinear, weil die Schwingspule den gleichmäßigen Teil des Magnetfelds verlässt. Und jedes Dezibel Anhebung fehlt am Maximalpegel: Wer im Tiefbass 15 dB zugibt, hat dort 15 dB weniger Reserve, und die Leistung landet als Wärme in der Schwingspule, was den Wirkungsgrad im Betrieb weiter absenkt.

H-Rahmen und U-Rahmen

Der Umweg lässt sich verlängern, ohne die Platte breiter zu machen: Seitenwangen an der Schallwand führen den rückwärtigen Schall erst nach hinten, bevor er nach vorn läuft. Beim H-Rahmen sitzen sie symmetrisch vor und hinter dem Chassis, beim U-Rahmen nur auf einer Seite. Beides ist im Wohnraum der praktikablere Weg, weil eine Platte, die im Bass etwas ausrichten soll, sonst gut anderthalb Meter breit werden müsste.

Die Verlängerung kostet etwas. Der Kanal, der dabei entsteht, hat eine eigene Resonanz bei der Frequenz, deren Viertelwellenlänge seiner Tiefe entspricht. Sie liegt im Nutzbereich oder knapp darüber und begrenzt, wie weit die Bauform nach oben spielen darf. Beim asymmetrischen U-Rahmen kommt hinzu, dass Vorder- und Rückseite verschieden lange Wege haben — die Achtercharakteristik wird dadurch unsymmetrisch, was in der Aufstellung ausgenutzt oder eben übersehen wird.

Was die Bauform im Raum leistet

Der Gewinn steht auf der anderen Seite der Rechnung, und ohne ihn würde niemand diese Bauform wählen. Eine Dipolquelle gibt seitlich sehr wenig ab und im Tiefton insgesamt weniger Energie in den Raum als ein rundstrahlender Lautsprecher gleichen Pegels. Damit regt sie Raummoden schwächer an, vor allem die quer laufenden — sofern sie so steht, dass ihre Auslöschung in die kritische Richtung zeigt.

Der Preis dafür steht hinter dem Lautsprecher. Was nach hinten geht, ist genauso laut wie das nach vorn, und die Wand spiegelt es gegenphasig zurück. Steht die Schallwand nah davor, treffen beide praktisch gleichzeitig ein und heben sich über den gesamten Tiefton zunehmend auf — dieser Pegelverlust ist der größere der beiden Wandeffekte, die Verfärbung im Grundton der kleinere. Wie weit das reicht und warum die gewohnte Wandabstandsregel hier nicht gilt, rechnet das Grenzflächenverhalten von Dipol- und Kardioid-Lautsprechern vor.

Häufiges Missverständnis

„Die offene Schallwand klingt offener, weil kein Gehäuse mitschwingt." Der Gehäuseeinfluss ist real, aber er ist hier nicht die Erklärung. Was sich an einer offenen Schallwand messen lässt, ist das Abstrahlverhalten: wenig Energie zur Seite, viel nach hinten, ein gleichmäßiges Bündelungsmaß über der Frequenz. Der Raum bekommt dadurch weniger und zeitlich anders verteilte Energie ab, und genau das hören Leute als Offenheit. Ein geschlossenes Gehäuse mit demselben Abstrahlverhalten klänge ähnlich — der fehlende Kasten ist Mittel zum Zweck.

Der zweite Irrtum dreht sich um die Breite der Platte. „Je breiter die Schallwand, desto tiefer spielt sie" stimmt für sich genommen, verschweigt aber den Preis. Eine breite Platte verschiebt zugleich den Baffle Step nach unten und macht den Lautsprecher damit empfindlicher für seine Aufstellung im Raum, und sie verstärkt die Kantenbeugung im Mittelton. In der Praxis gewinnt deshalb fast immer die Arbeitsteilung: Die Schallwand spielt oberhalb des Grundtons, darunter übernimmt ein eigener Weg.

Nicht zu verwechseln mit

• Baffle Step: dort ist die Schallwand endlich und das Gehäuse geschlossen; der Pegelsprung entsteht beim Übergang von halbräumiger zu allseitiger Abstrahlung. Verwandte Geometrie, anderer Mechanismus — hier fehlt die Rückseite absichtlich.
• Bassreflex: nutzt die Rückseite ebenfalls, führt sie aber über einen abgestimmten Kanal phasengedreht nach vorn und erhöht damit den Tiefbass. Das Gegenteil der Absicht einer offenen Schallwand.
• Einbaulautsprecher in einer Wand: akustisch der Grenzfall der unendlichen Schallwand. Die Rückseite ist vollständig abgetrennt, der Lautsprecher arbeitet als Monopol in den halben Raum.
• Flächenwandler und DML: ebenfalls ohne Gehäuse und flach, aber gezielt in verteilten Eigenformen angeregt und deshalb diffus abstrahlend.

Aus der Praxis

Ein Paar offene Schallwände steht bereits im Wohnzimmer oder auf dem Wunschzettel, dazu ein Wohnraum von rund 30 Quadratmetern mit einer Fensterfront an der langen Seite. Die erste Frage gilt dem Anspruch: Soll das System Kinopegel im Tiefbass halten, oder geht es um Musik bei gehobener Zimmerlautstärke? Von dieser Antwort hängt ab, ob die Bauform überhaupt in Betracht kommt — mit dem achtfachen Hub je Oktave ist der Tiefbass ihre teuerste Disziplin.

Steht der Anspruch, geht es um die Arbeitsteilung zwischen den Wegen. Üblich ist ein Übergang oberhalb des Grundtons an eine Quelle, die den Tiefbass anders erzeugt — und dort wird es planerisch interessant, weil ein Dipol und ein rundstrahlender Subwoofer den Raum verschieden anregen. Ein Dipol-Subwoofer hält die Charakteristik durch und braucht dafür sehr viel Fläche; ein geschlossener Subwoofer ist kompakter und bringt am Übergang eine andere Anregung mit, die Einmessung und Aufstellung mitentscheidet.

Erst dann geht es an die Aufstellung, und sie ist bei dieser Bauform enger begrenzt als sonst: gut ein Meter Abstand nach hinten als untere Größenordnung, eine bewusst gestaltete Fläche hinter dem Lautsprecher und die Freiheit, die Auslöschung auf die störendste seitliche Fläche zu drehen — bei einer Fensterfront ist das ein Argument, das kein rundstrahlender Lautsprecher bietet.

Verknüpfte Inhalte

Wie die Achtercharakteristik entsteht und warum das Bündelungsmaß über der Frequenz gleichmäßig verläuft, führt die Dipol-Abstrahlung aus. Der verwandte Fall der endlichen Schallwand am geschlossenen Gehäuse steht beim Baffle Step, die abgestimmte Nutzung der Rückseite bei Bassreflex. Warum eine Membran in freier Luft im Tiefton so wenig abgibt, klärt der Strahlungswiderstand; welche Chassisdaten den möglichen Hub beschreiben, die Thiele-Small-Parameter. Wie sich Dipole an einer Wand verhalten, steht beim Grenzflächenverhalten, und wo der Übergang zum Tieftonweg sinnvoll liegt, bei der Übergangsfrequenz.

Quellen

Umwegfrequenz, 6-dB-Abfall und die Rahmenbauformen folgen der allgemeinen lautsprechertechnischen Überblicksliteratur; die Anknüpfung an Abstrahlform und Baffle Step stammt aus den AVITECT-Einträgen zur Dipol-Abstrahlung und zum Baffle Step.