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März/April 2012 - Moderne Technik zum Simulieren und Nachprüfen von Frequenzkurven im Museums-Labor

BRAUN LV 720 (3kanalig)
HECO P7302 (3kanalig)
Canton Ergo Aktiv (3kanalig)
Grundig XSM 3000 (4kanalig)

Aktive Mehrwege- Lautsprecher der höheren Preisklassen haben jeweils vor den einzelnen Endstufen sogenannte aktive Frequenzweichen, der Fachmann spricht von Filtern. Diese Frequenzweichen / Filter unterscheiden sich in Hochpass, Tiefpass und - wenn beide Filter kombiniert werden - bezeichnet man dies als Bandpass, es soll ein Frequenzband die beiden Filter "passieren".

In den Schaltungsunterlagen kann man zwar die Werte der Widerstände und Kondensatoren und Spulen entnehmen. Aber auf den vom Konstrukteur (ehemals) gewünschten Frequenzgang samt der Flankensteilheit der Filter kommt man so schnell nicht.

Den müsste man messtechnisch ermitteln. Unser Problem ist aber die Alterung der Bauteile und wie weit diese alten Bauteile und ihre jetzigen Werte mit der Berechnungs-Theorie von vor 40 oder mehr Jahren übereinstimmen.

Nachdem ich mein Problem unserem Schaltungs- spezialisten Rudi erklärt hatte, wies er mich auf ein (eigentlich uraltes aber dennoch) neues freies grafisches Software Simulations-Werkzeug namens "LTspice4" for Windows hin.

Dort wird eine vorhandene aktive (oder auch passive) Filter-Schaltung mit Transistoren und/oder ICs vom Schaltplan abgenommen und in einen virtuellen schwarzen Kasten, also in ein ein virtuelles Filter eingefügt ("geklickt") und über die 4-Pol-Theorie wird dieses "Filter" durchgewobbelt. Am Ende wird der theoretische Frequenzgang dieser Schaltung sogar mit der theoretischen Phasenverscheibung grafisch ausgegeben bzw. gedruckt. (- auf einem 2GHz PC in wenigen Sekunden).

Jetzt kann man an die vorhandenen realen Frequenzweichen einen richtigen Wobbelgenerator (Sweepgenerator) anschließen und hinten einen ohmschen Lastwiderstand anklemmen (das wäre in diesem Fall der Eingangswiderstand der nachfolgenden Verstärkerstufe) und die Theorie in der Realität nachprüfen.
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Einfach genial. Ein erstes Ergebnis für die Grundig XSM 3000

So sieht der originale Schaltplan der TT2 Fequenzweiche (Tief-Ton2 Tiefpass ab 900 Hz) der Grundig XSM 3000 vor dem entsprechenden 40 Watt Verstärker aus. Dieser Lautsprecher hat sogar 4 Verstärker und 4 Filter vor den jeweiligen Eingängen.

die Schaltung für den Bereich TT2 (ab 900 Hz)

Das ist die Nachbildung dieser Schaltung im Simulator LTspice4

Ich habe die Bauteile dort einzeln angeordnet und entsprechend der Schaltung dimensioniert und miteinander verbunden. Links erkennt man V1, die Wechselspannungsquelle von 20-20.000 Hz (dieses simulierte Sinus-Signal käme vom Vorverstärker) und ganz unten rechts den Ausgang (also den Weg) zum Endverstärker.

die Nachbildung der Schaltung für den Bereich TT2 (ab 900 Hz)

Und das ist die theoretische Filterkurve im Idealfall:

Bitte einmal draufklicken, dann werden die Farben etwas besser erkennbar. Ganz deutlich ist der Abfall bei ca. 900 Hz zu sehen, der auch von Grundig benannten Grenzfrequenz.

die Simulation der Frequenzkurve für den Bereich TT2 (ab 900 Hz)

Zumindest die Theorie stimmt

Auch der Laie sieht, daß bei etwa 900 Hz die -12dB Abschwächung erreicht wird. Die Filter-Kurve is nicht besonders steil, soll sie aber auch nicht. Eine Überlappung der Frequenzbereiche zum Mitteltöner hin ist bestimmt erwünscht. Der nächste Schritt wird sein, das Ergebnis in der Realität nachzumessen.

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