Gehäuseschwingung und Durchtrittsschall

Wenn Schallwellen auf Materialien treffen, bringen sie diese zum Schwingen. Diese Schwingung wiederum hat immer eine Eigenresonanz. Nun ist es so, dass Lautsprecher immer Schallenergie in zwei Richtungen abstrahlen:

1. Von der Membran aus nach vorne, wie es sein soll.

2. Von der Membran aus nach hinten.

Die Schallwellen, die von der Membran aus nach hinten abstrahlen, strahlen meist in das Lautsprechergehäuse. Eine Ausnahme sind Lautsprecher ohne Rückwand, sogenannte Open Baffles. Normal haben heute aber Lautsprecherboxen ein geschlossenes Gehäuse.

Durch die Schallenergie, die ein Lautsprecher nach hinten abstrahlt, schwingen auch die Gehäusewände der Lautsprecherboxen. Das Problem: Schwingende Gehäusewände sind im Grunde weitere Schallquellen zusätzlich zum eigentlichen Lautsprecherboxen.

Im Idealfall strahlt der Schall nur durch die Lautsprechermembran und die dafür bestehende Öffnung im Gehäuse ab, in einem gleichmäßigen Kegel nach vorne. Die Öffnung ist meist ein Bassreflexkanal, die Hornöffnung oder, wie bei Ihren Lautsprecherboxen am Computer, ein Loch mit einer Chassis darin und einer Verblendung drüber. So entsteht ein einigermaßen klares Abstrahlverhalten, auch Directivity Pattern genannt. Dieses Abstrahlverhalten ist wichtig für die Planung der Beschallung und die Positionierung der Lautsprecherboxen. Das Gehäuse muss also so konzipiert und verbaut sein, dass der Schall nur genau da austritt, wo er austreten soll: vor der Membran. Schall, der anderswo austritt, ist Durchtrittsschall. Dieser Durchtrittsschall stört die Richtwirkung der Box und macht so das Klangbild ungleichmäßig.

Bei der Konstruktion von Lautsprechergehäusen ist eine der Schlüsselstrategien zur Verringerung unerwünschter Vibrationen und damit zur Verbesserung der Klangqualität die Anwendung von Verstärkungstechniken, bekannt als Bracing. Das Ziel von Bracing ist es, die Resonanzfrequenz der Paneele zu erhöhen, indem die Struktur des Gehäuses versteift wird. Dies wird erreicht, indem zusätzliche Verstärkungselemente, oft aus hochdichtem Hartholz, im Inneren des Gehäuses angebracht werden. Diese Elemente werden typischerweise mit Schrauben und Klebstoff an den Paneelen befestigt, um eine maximale Kontaktfläche und damit eine erhöhte Steifigkeit zu gewährleisten. Vertikale Verstärkungen haben sich als besonders effektiv erwiesen. Sie sollten nicht zentral, sondern in verschiedenen Abständen zueinander platziert werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Darüber hinaus können fortgeschrittene Techniken wie die Verwendung von fensterartigen Paneelen (Shelf Bracing) eingesetzt werden, bei denen die vier Seiten des Gehäuses miteinander verbunden werden, um die Kabinettsteifigkeit und somit die Resonanzfrequenz weiter zu erhöhen​​​​​​.

Das Decoupling (Entkoppeln) von Treibern ist eine weitere ausgefeilte Methode zur Minimierung von Vibrationen in Lautsprechergehäusen. Dabei wird der Treiber physisch vom Gehäuse isoliert, um die Übertragung mechanischer Energie zu reduzieren. Dies kann durch den Einsatz von Schaumstoffdichtungen zwischen dem Treiberrahmen und dem Panel oder durch den Einsatz spezieller Gummieinsätze erreicht werden. Solche Isolierungstechniken verringern nicht nur die Energie, die das Panel erreicht, sondern reduzieren auch die Wechselwirkung zwischen verschiedenen Treibern. Versuche gab es zum Beispiel mit Well-nuts, um einen Peerless-Woofer zu entkoppeln, was zu einer Reduzierung der Sekundärmoden führte. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass das Entkoppeln des Treibers sowohl Vorteile als auch Nachteile hat. Während es hilft, die vom Gehäuse erzeugten Geräusche und die Treiberinteraktion zu reduzieren, kann es gleichzeitig zu Einbußen bei Detailgenauigkeit und Transientenreaktion führen. Daher muss jedes Projekt individuell bewertet werden, um die Gesamteffektivität der Entkopplung zu bestimmen​​.