Frequenzweichen-Rechner

Wann du eine Frequenzweiche berechnen musst

Eine passive Frequenzweiche teilt das Lautsprechersignal auf die passenden Chassis auf: Der Hochtöner bekommt den Hochtonbereich, der Tieftöner den Bassbereich, bei einer 3-Wege-Box kommt der Mitteltöner dazwischen. Dafür setzt du Kondensatoren und Spulen so ein, dass sie als Hochpass oder Tiefpass arbeiten.

Du brauchst die Berechnung, wenn du eine Box neu aufbaust, eine defekte Weiche ersetzen willst oder eine vorhandene Weiche an andere Chassis anpasst. Entscheidend sind die Trennfrequenz, die Impedanz des jeweiligen Chassis und der Filtertyp. Wähle im Rechner Bauart, Filtertyp, Trennfrequenzen und Impedanzen aus, dann bekommst du Bauteilwerte, Normwerte und Hinweise zur Polung.

Wichtig ist die Einordnung: Die Rechnung arbeitet idealisiert mit einer ohmschen Last. Ein echter Lautsprecher hat aber keine konstante Impedanz über den ganzen Frequenzbereich. Deshalb sind die Werte ein sauberer Startpunkt für den Aufbau, ersetzen aber keine Messung am fertigen Lautsprecher.

Wie funktioniert die Rechnung beim Frequenzweiche berechnen?

Für eine Weiche 1. Ordnung ist die Rechnung besonders direkt. Beim Hochtöner liegt ein Kondensator in Serie. Seine Formel lautet: C = 1 ÷ (2π · f · R). Beim Tieftöner liegt eine Spule in Serie. Ihre Formel lautet: L = R ÷ (2π · f). Dabei ist f die Trennfrequenz und R die Impedanz des Chassis.

Ein Beispiel: Bei 2.500 Hz und 8 Ω ergibt die Hochpass-Rechnung für den Hochtöner C = 1 ÷ (2π × 2.500 Hz × 8 Ω) = 7,96 µF. Für den Tieftöner ergibt sich L = 8 Ω ÷ (2π × 2.500 Hz) = 0,509 mH. Als nächste E12-Normwerte passen C1 8,2 µF und L1 0,47 mH.

Die Normwerte sind die Bauteile, die du typischerweise kaufen kannst. Sie liegen nicht immer exakt auf dem berechneten Wert. In der Praxis ist das normal. Wenn du sehr genau arbeiten willst, kannst du Bauteile kombinieren oder messen, statt nur auf den aufgedruckten Wert zu vertrauen.

2-Wege-Frequenzweiche berechnen: Was ändern Impedanz und Filtertyp?

Bei einer 2-Wege-Frequenzweiche berechnest du den Hochpass für den Hochtöner und den Tiefpass für den Tieftöner. Wenn beide Chassis dieselbe Impedanz haben, wirken die Formeln symmetrisch. Wenn Hochtöner und Tieftöner unterschiedliche Impedanzen haben, rechnest du jeden Zweig mit seiner eigenen Impedanz.

Typische Ergebnisse zeigen den Unterschied gut:

Der Filtertyp verändert zusätzlich die Bauteilwerte und die Flankensteilheit. Eine Weiche 1. Ordnung hat 6 dB je Oktave. Eine Linkwitz-Riley-Weiche 2. Ordnung hat 12 dB je Oktave und braucht pro Zweig zusätzliche Bauteile. Dazu kommt ein Phasenhinweis: Bei Linkwitz-Riley 2. Ordnung soll der Hochtöner verpolt angeschlossen werden, sonst kann an der Trennfrequenz ein tiefer Einbruch entstehen.

3-Wege-Frequenzweiche berechnen: zwei Trennfrequenzen sauber trennen

Bei einer 3-Wege-Weiche gibt es eine untere Trennung zwischen Tieftöner und Mitteltöner und eine obere Trennung zwischen Mitteltöner und Hochtöner. Der Mitteltöner bekommt dadurch einen Bandpass: unten wird er vom Bass getrennt, oben vom Hochton.

Ein einfaches Beispiel mit 400 Hz und 3.000 Hz bei 8 Ω und 1. Ordnung ergibt für den Hochtöner 6,63 µF und für den Tieftöner 3,183 mH. Die passenden E12-Normwerte sind C1 6,8 µF und L1 3,3 mH. Bei einer 3-Wege-Weiche mit 300 Hz und 2.500 Hz bei 4 Ω ergeben sich 15,92 µF für den Hochtöner und 2,122 mH für den Tieftöner, mit C1 15 µF und L1 2,2 mH als Normwerte.

Für steilere Filter steigen Bauteilzahl und Abstimmaufwand. Eine 3-Wege-Butterworth-Weiche 2. Ordnung mit 500 Hz und 3.500 Hz bei 8 Ω liefert zum Beispiel 4,02 µF am Hochtöner und 3,601 mH am Tieftöner. Die Normwerte sind C1 3,9 µF und L1 3,9 mH. Hier lautet der Polungshinweis: Mitteltöner verpolt zu Tief- und Hochtöner anschließen.

Typische Fehler beim Frequenzweiche berechnen

Der häufigste Fehler ist, nur den Nennwert der Impedanz zu sehen und die echte Box später nicht zu messen. Die Rechnung nimmt eine ideale Last an. In der fertigen Box beeinflussen Chassis, Gehäuse, Einbauposition und Schallwand den Übergang hörbar.

Achte außerdem auf diese Punkte:

• Impedanz je Zweig verwenden: Hat der Hochtöner 4 Ω und der Tieftöner 8 Ω, rechnest du den Kondensator mit 4 Ω und die Spule mit 8 Ω.
• Polung nicht ignorieren: Bei 1. Ordnung werden alle Chassis gleichpolig angeschlossen. Bei manchen Filtern 2. Ordnung steht ausdrücklich eine Verpolung im Ergebnis.
• Hochtöner nicht zu tief trennen: Eine Weiche 1. Ordnung entlastet den Hochtöner nur sanft. Für den Einstieg ist Linkwitz-Riley 2. Ordnung oft die robustere Wahl. Die Trennfrequenz sollte zum Chassis passen; beim Hochtöner wird typisch 2.000-3.500 Hz genannt.
• L-Pad mit einplanen: Wenn der Hochtöner zu laut ist, senkst du ihn mit einem Serien- und Parallelwiderstand ab. Bei 5.000 Hz, 8 Ω und 3 dB Absenkung ergeben sich 2,34 Ω in Serie und 19,39 Ω parallel zum Hochtöner.
• Normwerte prüfen: E12-Werte sind Näherungen. Bei 7,96 µF ist 8,2 µF der nächste Wert, bei 0,509 mH ist 0,47 mH der nächste Wert.