Spule und Kondensator für die Frequenzweiche berechnen

Eine Frequenzweiche berechnest du, indem du die gewünschte Trennfrequenz und die Nennimpedanz des Lautsprechers in die Grundformeln für Hochpass und Tiefpass einsetzt: Für die erste Ordnung gilt C = 1 / (2π × f × Z) für den Kondensator und L = Z / (2π × f) für die Spule.

Beispiel: Bei 2500 Hz und 8 Ohm ergeben sich rund 7,96 µF und 0,509 mH als Startwerte. Der Rechner setzt diese Formel automatisch ein und zeigt zusätzlich den nächstgelegenen E12-Normwert für die reale Bauteilbeschaffung.

Wichtig ist, nur die Nennimpedanz einzugeben – meist 4 oder 8 Ohm –, nicht die über die Frequenz schwankende reale Impedanzkurve.

Bei einer Weiche zweiter Ordnung kommt zusätzlich der Filterfaktor des gewählten Typs hinzu, wodurch sich für dieselbe Trennfrequenz andere Bauteilwerte ergeben als bei einfacher Ordnung.

Prüfe nach dem Bau die Übergabe idealerweise mit einer Messung am fertigen Lautsprecher, denn die berechneten Werte sind elektrische Startgrößen, keine fertige Akustikabstimmung.

Eine 2-Wege-Frequenzweiche trennt das Signal an genau einer Trennfrequenz in einen Tiefpass für den Tiefmitteltöner und einen Hochpass für den Hochtöner, beide bezogen auf dieselbe Nennimpedanz.

Gib die geplante Trennfrequenz und 8 Ohm ein und wähle die Filterordnung. Beispiel bei erster Ordnung: 2500 Hz ergeben rund 7,96 µF und 0,509 mH, bei 3000 Hz sinken die Werte auf rund 6,63 µF und 0,424 mH.

Eine höhere Trennfrequenz senkt also beide Bauteilwerte, weil der Kondensator umgekehrt und die Spule direkt proportional zur Frequenz ist.

Wichtig ist, dass Hochtöner und Tiefmitteltöner an der gewählten Trennfrequenz beide sicher arbeiten können – der Hochtöner darf dort nicht thermisch überlastet, der Tiefmitteltöner nicht mechanisch überfordert werden.

Nutze zur Kontrolle nach dem Aufbau eine Messung am fertigen Lautsprecher, denn die berechneten Werte sind nur die elektrische Ausgangsbasis, nicht die endgültige Akustikabstimmung.

Für eine steilere Trennung mit 12 statt 6 dB pro Oktave wählst du stattdessen die zweite Ordnung.

Eine 3-Wege-Frequenzweiche trennt das Signal an zwei Übergabepunkten in drei Zweige – Tieftöner, Mitteltöner und Hochtöner –, jeweils mit eigenem Filter.

Dieser Rechner berechnet direkt nur 2-Wege-Übergänge, eine 3-Wege-Weiche behandelst du aber als zwei getrennte 2-Wege-Berechnungen: zuerst die Übergabe Woofer zu Mitteltöner mit der niedrigeren Trennfrequenz f1 und der Impedanz des Woofers, danach Mitteltöner zu Hochtöner mit der höheren Trennfrequenz f2 und der Impedanz des Hochtöners.

Beispiel bei erster Ordnung und 8 Ohm: 500 Hz für f1 ergibt rund 39,79 µF und 2,546 mH, 3000 Hz für f2 ergibt rund 6,63 µF und 0,424 mH.

Die Bauteilwerte beider Stufen sind unabhängig voneinander und lassen sich getrennt dimensionieren, solange du für jede Stufe die passende Nennimpedanz einträgst.

Prüfe nach dem Aufbau beide Übergänge einzeln, bevor du die komplette 3-Wege-Box am Stück misst, denn ein Fehler in einer Stufe wirkt sich sonst auf die gesamte Klangbalance aus.

Ob 4 oder 8 Ohm „besser klingen“, lässt sich nicht pauschal beantworten, denn die Nennimpedanz selbst ist keine Klangeigenschaft, sondern bestimmt nur, welcher Bauteilwert zur gewünschten Trennfrequenz gehört.

Beispiel bei 2500 Hz und erster Ordnung: Für 8 Ohm ergeben sich rund 7,96 µF und 0,509 mH, für 4 Ohm dagegen rund 15,92 µF und 0,255 mH – der Kondensator verdoppelt sich näherungsweise, die Spule halbiert sich.

Entscheidend für den Klang sind die tatsächlichen Treiber, deren Frequenzgang und die Anpassung an den Verstärker, nicht allein die Zahl auf dem Typenschild.

Wähle deshalb immer die Nennimpedanz, die der Hersteller für deinen Treiber angibt, und übernimm sie unverändert in den Rechner.

Ein falsch eingegebener Wert verschiebt die berechnete Trennfrequenz spürbar: Trägst du versehentlich 4 statt 8 Ohm ein, erhältst du einen doppelt so großen Kondensator, wodurch der Hochtöner zu früh einsetzt.

Prüfe die Impedanzangabe deshalb immer im Datenblatt, bevor du die Bauteile bestellst.

Der Kondensator im Hochpasszweig schützt den Hochtöner, indem er tiefe Frequenzen unterhalb der Trennfrequenz blockiert und nur Frequenzen oberhalb durchlässt. Er ergibt sich aus der Formel C = 1 / (2π × f × Z).

Beispiel: Bei einem 8-Ohm-Hochtöner mit unterer Grenzfrequenz 3000 Hz sind das rund 6,63 µF, bei einer vorsichtigeren Trennung von 4000 Hz nur noch rund 4,97 µF.

Je höher die gewählte Trennfrequenz, desto kleiner der Kondensator und desto besser ist der Hochtöner vor tiefen, energiereichen Frequenzen geschützt – dafür überlässt du dem Tiefmitteltöner einen größeren Übertragungsbereich.

Willst du den Schutz weiter erhöhen, wechsle von erster zu zweiter Ordnung: Bei 4000 Hz und 8 Ohm liefert Butterworth zweiter Ordnung zusätzlich eine Spule von 0,45 mH im Tiefpasszweig, der Kondensator sinkt auf rund 3,52 µF, und die Flanke wird mit 12 statt 6 dB pro Oktave steiler.

Ohne einen ausreichend dimensionierten Kondensator wird der Hochtöner dauerhaft mit Bassenergie belastet und kann thermisch beschädigt werden.

Für Kondensator und Spule nimmst du in der Praxis nicht den exakt errechneten Wert, sondern den nächstgelegenen Normwert aus der E12-Reihe (1,0 – 1,2 – 1,5 – 1,8 – 2,2 – 2,7 – 3,3 – 3,9 – 4,7 – 5,6 – 6,8 – 8,2), weil handelsübliche Bauteile nur in diesen zwölf Stufen pro Dekade angeboten werden.

Der Rechner zeigt diesen Normwert automatisch neben dem berechneten Wert: Für 2500 Hz und 8 Ohm liegt der rechnerische Kondensator bei 7,96 µF, der E12-Vorschlag bei 8,2 µF, das sind rund drei Prozent Abweichung.

Die Spule liegt rechnerisch bei 0,509 mH, der Vorschlag bei 0,47 mH, also rund acht Prozent darunter.

Kleine Abweichungen im niedrigen einstelligen Prozentbereich verschieben die Trennfrequenz kaum hörbar, größere Sprünge solltest du dagegen prüfen und notfalls zwei Bauteile in Reihen- oder Parallelschaltung kombinieren.

Achte außerdem auf eine Spannungsfestigkeit von mindestens 63 bis 100 Volt beim Kondensator und einen ausreichenden Drahtquerschnitt bei der Spule, denn beide Werte liefert diese Rechnung nicht mit.

Butterworth- und Linkwitz-Riley-Filter zweiter Ordnung trennen beide mit 12 dB pro Oktave, unterscheiden sich aber in Güte und Summenverhalten am Übergang: Butterworth nutzt eine Güte von 0,707 und addiert sich am Übergangspunkt zu einer Anhebung von rund 3 dB, Linkwitz-Riley nutzt eine Güte von 0,5 und summiert sich exakt auf 0 dB.

Bei 2000 Hz und 8 Ohm ergibt Butterworth rund 7,03 µF und 0,9 mH, Linkwitz-Riley dagegen rund 4,97 µF und 1,273 mH – bei gleicher Trennfrequenz und Impedanz liefert also jeder Filtertyp andere Bauteilwerte.

Linkwitz-Riley gilt in vielen Hi-Fi-Konstruktionen als Standard, weil die Summe glatter ausfällt und der Hochtöner dabei oft phasenrichtig invertiert eingebaut wird.

Bei einer Weiche erster Ordnung spielt diese Wahl keine Rolle, denn dort liefern beide Typen identische Werte – die Typauswahl wirkt sich nur ab der zweiten Ordnung aus.

Wähle Linkwitz-Riley, wenn du einen möglichst neutralen Frequenzgang ohne Anhebung am Übergang willst.

Ein Lautsprecher braucht eine passive Frequenzweiche immer dann, wenn zwei oder mehr Treiber mit unterschiedlichen Übertragungsbereichen gemeinsam ein Gehäuse teilen, zum Beispiel ein Hochtöner und ein Tiefmitteltöner in einer klassischen 2-Wege-Box.

Ohne Weiche bekämen beide Treiber das volle Frequenzspektrum: Der Hochtöner erhielte tiefe, energiereiche Frequenzen, für die er nicht ausgelegt ist, und könnte thermisch beschädigt werden, während der Tiefmitteltöner im oberen Bereich verzerrt.

Ein typischer Hochtöner mit unterer Grenzfrequenz um 2000 bis 2500 Hz braucht deshalb einen Kondensator von rund 7,96 bis 9,95 µF bei 8 Ohm, damit die Trennung dort beginnt.

Fertiglautsprecher haben die Weiche bereits eingebaut; nur im Selbstbau, bei Reparaturen oder beim Tausch einzelner Treiber musst du sie neu dimensionieren.

Nutze den Rechner, sobald du Trennfrequenz und Nennimpedanz kennst, und prüfe danach mit einer Messung, ob der Übergang tatsächlich sauber klingt, statt dich allein auf den Rechenwert zu verlassen.

Für die ersten Bauteilwerte brauchst du keine zusätzliche Software: Dieser Online-Rechner liefert Kondensator und Spule direkt aus Trennfrequenz, Impedanz, Filterordnung und Filtertyp, zum Beispiel rund 7,96 µF und 0,509 mH bei 2500 Hz und 8 Ohm.

Wer eine Frequenzweiche vollständig simulieren will, braucht dagegen spezialisierte Programme wie XSim oder VituixCAD, die mit gemessenen Impedanz- und Frequenzgangkurven des jeweiligen Treibers rechnen und auch Sperrkreise sowie Pegelanpassungen abbilden – Daten, die dieser Rechner bewusst nicht abfragt, weil sie eine reale Treibermessung voraussetzen.

Nutze den Online-Rechner deshalb für den schnellen Einstieg und zur Kontrolle vorhandener Weichen, und wechsle erst zur Simulationssoftware, wenn eine Messdatei des Treibers vorliegt.

Ohne Messdaten liefert auch die beste Software keine genaueren Werte als die hier verwendete Grundformel, sie zeigt nur zusätzlich, wie sich reale Abweichungen im Frequenzgang auswirken.

Für den ersten Bauteilwert reicht in den meisten Fällen die einfache Berechnung völlig aus.

Kondensator und Spule reagieren gegensätzlich, aber gleich stark auf eine Änderung der Trennfrequenz: Verdoppelst du die Frequenz, halbieren sich beide Werte näherungsweise, weil beide Formeln umgekehrt proportional zu f sind.

Bei 8 Ohm und erster Ordnung ergeben sich bei 1500 Hz rund 13,26 µF und 0,849 mH, bei 3000 Hz rund 6,63 µF und 0,424 mH und bei 6000 Hz nur noch rund 3,32 µF und 0,212 mH – jede Verdopplung halbiert also Kondensator und Spule gleichermaßen.

Diese Regel gilt unabhängig von der gewählten Filterordnung, nur der zusätzliche Filterfaktor ab zweiter Ordnung ändert sich dabei nicht.

Nutze diese Faustregel, um schnell zu prüfen, ob ein berechneter Wert plausibel ist, ohne den Rechner für jede kleine Änderung neu zu bedienen.

Achte aber darauf, dass die Nennimpedanz dabei konstant bleibt – änderst du gleichzeitig Frequenz und Impedanz, gilt die einfache Verdopplungsregel nicht mehr uneingeschränkt.