Frequenzweiche im Lautsprecher: passiv, aktiv, erklärt

Kurz gesagt: Die Frequenzweiche verteilt das Musiksignal auf die Treiber eines Lautsprechers: Höhen zum Hochtöner, Bass zum Tieftöner. Passive Weichen sitzen nach dem Verstärker und bestehen aus Spulen, Kondensatoren und Widerständen. Aktive Weichen teilen das Signal vor der Verstärkung, jeder Treiber bekommt dann eine eigene Endstufe.

Warum ein Lautsprecher eine Weiche braucht

Sobald ein Lautsprecher mehr als einen Treiber für unterschiedliche Frequenzbereiche hat, muss jemand entscheiden, wer was spielt. Diese Aufgabe übernimmt die Frequenzweiche. HIFI.DE beschreibt sie als Bauteil, das das Musiksignal meist in hohe, mittlere und tiefe Töne aufteilt. Sie sitzt bei Passivlautsprechern in der Regel direkt hinter den Anschlussklemmen im Gehäuse.

Die Weiche hat zwei Aufgaben. Sie sorgt dafür, dass jeder Treiber nur die Frequenzen bekommt, die er sauber wiedergibt. Und sie schützt ihn vor Frequenzen, die ihm schaden. Kicker formuliert es in einem technischen Papier deutlich: Frequenzweichen sollen Frequenzen begrenzen, die einen Lautsprecher beschädigen können. Ein Hochtöner, der volle Basssignale bekommt, würde schnell an seine mechanischen Grenzen stoßen. Wie viele Bereiche ein Lautsprecher bildet, erklärt Zwei-Wege, Drei-Wege.

Hochpass, Tiefpass, Bandpass

Eine Weiche besteht aus Filtern. Kicker unterscheidet drei Grundtypen:

Filter	Lässt durch	Typischer Treiber
Hochpass	Frequenzen oberhalb der Trennfrequenz	Hochtöner, Mitteltöner
Tiefpass	Frequenzen unterhalb der Trennfrequenz	Tieftöner, Subwoofer
Bandpass	einen Bereich zwischen zwei Frequenzen	Mitteltöner, Mittelbass

Eine Zwei-Wege-Weiche besteht demnach aus einem Hochpass für den Hochtöner und einem Tiefpass für den Tiefmitteltöner. Drei Wege ergänzen einen Bandpass für den Mitteltöner. Die Frequenz, an der zwei Treiber sich die Arbeit teilen, heißt Trennfrequenz oder Übergangsfrequenz.

In passiven Weichen übernehmen Spulen und Kondensatoren diese Aufgabe. Eine Spule lässt tiefe Frequenzen leichter passieren und bremst hohe, sie bildet deshalb den Kern eines Tiefpasses. Ein Kondensator verhält sich umgekehrt und bildet den Kern eines Hochpasses. HIFI.DE nennt als einfachstes Beispiel einen Kondensator vor dem Hochtöner, der ihn vor zu tiefen Frequenzen schützt. Widerstände gleichen Pegelunterschiede zwischen den Treibern aus.

Flankensteilheit: wie schnell der Pegel fällt

Ein Filter schneidet nicht wie mit dem Messer. Unterhalb oder oberhalb der Trennfrequenz sinkt der Pegel allmählich ab. Wie schnell, beschreibt die Flankensteilheit in Dezibel pro Oktave. Eine Oktave entspricht einer Verdopplung oder Halbierung der Frequenz. Kicker nennt die üblichen Stufen:

Filterordnung	Flankensteilheit
1. Ordnung	6 dB pro Oktave
2. Ordnung	12 dB pro Oktave
3. Ordnung	18 dB pro Oktave
4. Ordnung	24 dB pro Oktave

Je höher die Ordnung, desto schneller fällt der Pegel und desto abrupter ist der Wechsel zwischen den Treibern, schreibt HIFI.DE. Steile Filter halten unerwünschte Frequenzen besser vom Treiber fern, brauchen in passiver Bauweise aber mehr Bauteile. Flache Filter lassen die Treiber in einem breiteren Bereich gemeinsam spielen, was gut zusammenpassende Treiber voraussetzt.

Auch die Filtercharakteristik spielt eine Rolle. Kicker erklärt den Unterschied zwischen zwei verbreiteten Typen: Ein Butterworth-Filter ist an der Trennfrequenz um 3 dB abgesenkt. Setzt man Hoch- und Tiefpass auf dieselbe Frequenz, addieren sich beide dort zu einer Überhöhung von 3 dB. Ein Linkwitz-Riley-Filter ist an der Trennfrequenz um 6 dB abgesenkt, die Summe ergibt einen ebenen Frequenzgang. Hinzu kommt die Phase: Filter verschieben das Signal zeitlich, und die Treiber müssen am Übergang im Gleichschritt arbeiten. Mehr dazu unter Phase und Polarität.

Passive Weiche: nach dem Verstärker

Die meisten HiFi-Lautsprecher, die du an einen Verstärker anschließt, haben eine passive Weiche. Sie braucht keine eigene Stromversorgung und arbeitet mit dem bereits verstärkten Signal. Kicker nennt die Nachteile: Passive Weichen müssen für eine bestimmte Frequenz und Flankensteilheit gebaut werden, lassen sich nicht verstellen und sind schwieriger zu entwickeln. Manche enthalten zusätzlich Schutzschaltungen für den Hochtöner oder eine Impedanzkorrektur.

Ein oft übersehener Punkt ist die Abhängigkeit von der Impedanz. Eine passive Weiche ist auf den Widerstand eines bestimmten Treibers berechnet. Kicker rechnet ein Beispiel vor: Ein Hochpass mit 4 Kilohertz, ausgelegt für einen 4-Ohm-Hochtöner, rutscht an einem 8-Ohm-Hochtöner auf etwa 2 Kilohertz herunter. Der Hochtöner bekommt dann tiefere Frequenzen ab, als ihm guttut. Deshalb gehören passive Weiche und Treiber zusammen, und ein Ersatz-Chassis sollte möglichst dasselbe Modell sein. Was Impedanz bedeutet, erklärt Impedanz in Ohm, die Treiber selbst Chassis.

Hinzu kommt, dass passive Weichen hohe Ströme verarbeiten. Der Aktivlautsprecher-Hersteller ADAM Audio argumentiert in einem Whitepaper, dass die Bauteile deshalb groß sein müssen und das Signal trotzdem beeinträchtigen. ADAM nennt außerdem den Dämpfungsfaktor, ein Maß dafür, wie genau ein Verstärker die Membranbewegung kontrolliert: Gute Verstärker und Treiber kämen auf Werte um 4000, mit einer passiven Weiche dazwischen sinke er laut ADAM typischerweise auf etwa 20 bis 30. Das ist die Sicht eines Herstellers, der auf Aktivtechnik setzt, und keine unabhängige Messung. Die Grundaussage, dass Bauteile zwischen Verstärker und Treiber Einfluss haben, ist aber technisch nachvollziehbar.

Aktive Weiche: vor dem Verstärker

Bei einer aktiven Weiche wird das Signal geteilt, bevor es verstärkt wird. Jeder Frequenzbereich bekommt eine eigene Endstufe, die direkt mit ihrem Treiber verbunden ist. Genelec beschreibt das am Beispiel eines Zwei-Wege-Systems, das dafür zwei Endstufen braucht, eine für den Tieftöner und eine für den Hochtöner. Die aktive Weiche arbeitet mit niedrigen Signalpegeln, während passive Weichen hinter dem Verstärker hohe Ströme und teils hohe Spannungen verkraften müssen.

Als Vorteile nennt Genelec unter anderem, dass der Frequenzgang stabil bleibt, auch wenn sich die elektrischen Eigenschaften eines Treibers ändern, dass Empfindlichkeitsunterschiede ausgeglichen werden können und dass getrennte Verstärkung die Treiber voneinander isoliert und Intermodulationsverzerrungen verringert. Digitale aktive Weichen auf Basis eines Signalprozessors, kurz DSP, können laut Genelec zusätzlich Treiberschutz, Laufzeitkorrektur und Entzerrung übernehmen.

Aktive Weichen stecken in Aktivlautsprechern, Studiomonitoren und vielen Subwoofern. Kicker ergänzt, dass sie meist einstellbare Trennfrequenzen und teils wählbare Flankensteilheiten bieten. Die Unterschiede der beiden Lautsprecherkonzepte beschreibt Passiv- und Aktivlautsprecher.

Weichen im Alltag: Subwoofer, Receiver, Bi-Amping

Auch wenn du nie einen Lautsprecher öffnest, stellst du vielleicht schon Weichen ein. Ein Subwoofer hat oft einen Regler für die Übergangsfrequenz, und AV-Receiver bieten im Bassmanagement eine Trennfrequenz, unterhalb derer der Bass von den Hauptlautsprechern zum Subwoofer wandert. Wie du das sinnvoll einstellst, erklärt Subwoofer einstellen.

Manche Passivlautsprecher haben zwei Paar Anschlussklemmen. Damit lassen sich Hoch- und Tieftonzweig der Weiche getrennt ansteuern, mit einem oder zwei Verstärkern. Was das bringt und was nicht, steht unter Bi-Amping und Bi-Wiring.

Übrigens kommt nicht jeder Lautsprecher mit Weiche. Ein Breitbänder spielt mit einem einzigen Treiber fast das ganze Spektrum und braucht laut HIFI.DE keine Weiche, was ihn einfach, aber zum Kompromiss macht. Koaxialtreiber wie KEFs Uni-Q sehen zwar aus wie ein Treiber, bestehen aber aus mehreren und brauchen deshalb ebenfalls eine Weiche, wie HIFI.DE betont.

Ein verbreiteter Mythos: Teure Weichenbauteile verwandeln einen Lautsprecher klanglich. Bauteilqualität spielt eine Rolle, entscheidend ist aber das Gesamtdesign, also wie Filter, Treiber und Gehäuse aufeinander abgestimmt sind. Nachträgliches Tuning an einer fremden Weiche verändert das Zusammenspiel, das der Entwickler mit Messungen festgelegt hat.

Passend dazu bei rauschverbot.de

Aktivlautsprecher – mit aktiver Weiche
Studiomonitore – aktive Zwei-Wege-Systeme
Subwoofer – mit einstellbarer Übergabe
AV-Receiver – Bassmanagement mit Trennfrequenz

Häufige Fragen

Was macht eine Frequenzweiche?

Sie teilt das Musiksignal in Frequenzbereiche auf und schickt jedem Treiber seinen Teil, etwa die Höhen zum Hochtöner und den Bass zum Tieftöner.

Was bedeutet 12 dB pro Oktave?

So stark fällt der Pegel jenseits der Trennfrequenz pro Frequenzverdopplung oder -halbierung ab. 12 dB entsprechen einem Filter zweiter Ordnung.

Was ist der Unterschied zwischen passiver und aktiver Weiche?

Die passive Weiche arbeitet nach dem Verstärker mit Spulen, Kondensatoren und Widerständen. Die aktive teilt das Signal vor der Verstärkung, jeder Treiber bekommt eine eigene Endstufe.

Kann ich einen Hochtöner durch ein anderes Modell ersetzen?

Besser nicht ohne Weiteres. Eine passive Weiche ist auf die Impedanz des Treibers berechnet, ein anderes Modell kann die Trennfrequenz verschieben.

Frequenzweiche: wer spielt was im Lautsprecher?