Polung von Lautsprechern prüfen

Schlechter Klang

Das Anschliessen von Lautsprechern ist an sich keine Kunst: Rotes Kabel an rote Buchse, schwarzes Kabel an schwarze Buchse, so lange wiederholen bis alle Buchsen belegt sind. Wenn es trotzdem einmal schief gehen sollte, weil beispielsweise bei einem Kabel die beiden Adern nicht gekennzeichnet sind, dann wird der Fehler oft erst später (oder gar nicht) erkannt, die Anlage klingt aber nicht überzeugend und an gewissen Punkten im Raum genau zwischen den Lautsprechern können unangenehme Klangeffekte entstehen. Heute befassen wir uns mit der Frage, wie man solche falsch verkabelten Lautsprecher identifizieren und damit den Klang der Stereoanlage deutlich verbessern kann.

Lautsprecher werden üblicherweise mit einem zweipoligen Kabel am Verstärker angeschlossen, der eine Pol (oft als «Plus» bezeichnet) ist rot, der andere («Minus») schwarz. Da es sich um Wechselstrom handelt, kommt es an sich nicht darauf an, wie herum die Kabel angeschlossen werden, rot und schwarz kann man also beliebig vertauschen und die Lautsprecher klingen trotzdem. Wichtig ist jedoch, dass die Kabel sämtlicher Lautsprecher gleich herum angeschlossen sind, ansonsten kann der eingangs beschriebene Effekt auftreten, weil einzelne Lautsprecher quasi «gegen» die anderen arbeiten.

Folgende Abbildungen zeigen die Möglichkeiten, wie ein einzelnes Lautsprecherpaar verkabelt werden kann. Bei Abbildung A sind beide Lautsprecher korrekt mit dem Verstärker verbunden, der Klang ist gut. Bei Abbildung B sind beide Lautsprecher «verkehrt» herum angeschlossen, der Klang ist ebenfalls gut. Problematisch ist lediglich die Situation bei Abbildung C: Die Lautsprecher arbeiten nun nicht mit-, sondern gegeneinander, der Klang leidet entsprechend.

Glücklicherweise reicht es im Normalfall, bei einem der Kabel die Adern umgekehrt anzuschliessen um das Problem zu beheben. Etwas komplizierter ist die Situation jedoch, wenn es sich um eine Stereoanlage mit mehr als zwei Lautsprechern handelt, beispielsweise ein Autoradio: Schon bei vier Lautsprechern gibt es deutlich mehr Möglichkeiten, wie viele davon falsch verpolt sein könnten, und wenn man die falschen umpolt macht man die Situation möglicherweise noch schlimmer. Dazu kommt insbesondere in Fahrzeugen, dass es nicht immer ganz einfach ist, in idealer Position zwischen den Lautsprechern zu sitzen, um den oder die Übeltäter zu identifizieren.

Als ich vor einer Weile im Auto die Lautsprecher tauschte, hatte ich genau dieses Phänomen: Irgendetwas klang schlecht, so als wäre etwas falsch verpolt. Da ich keine Lust hatte, sämtliche Kombinationen durchzuprobieren, musste eine bessere Lösung her; idealerweise etwas mit Technik und Physik.

Die Theorie

Töne sind Wellen. Wenn wir eine solche Welle vom Computer aus durch den Verstärker auf einen Lautsprecher schicken, dann sollte sie dort kurz darauf in nahezu unveränderter Form wiedergegeben werden. Falls das Lautsprecherkabel verkehrt herum angeschlossen ist (also auf der einen Seite «Plus» und «Minus» vertauscht sind), dann wird zwar unsere Welle auch abgespielt, aber halt verkehrt herum; statt nach vorne bewegt sich die Membran nach hinten, wenn der Ton kommt. Das ist der ursprünglich beschriebene Effekt den man hört, wenn einer der Lautsprecher «drückt» und der andere «zieht».

Wenn das unser Ohr hören kann, dann können wir das auch messen. Wir nehmen darum ein Mikrophon, halten es an die Lautsprecher und vergleichen das Signal vom Mikrophon mit der Welle, die wir senden. Die folgenden Graphiken zeigen die beiden möglichen Resultate, wobei die rote Welle das gesendete, die grüne Welle das empfangene Signal darstellt: Wenn sich die Signale überlagern, dann ist das Kabel korrekt angeschlossen; sind sie gespiegelt, dann ist das Kabel verkehrt:

Die Technik

Wir benötigen einen Laptop mit geeigneter Software, um Audiosignale zu erstellen, aufzunehmen und zu visualisieren. Ich verwende dazu ein GNU/Linux-System mit JACK, damit lassen sich Audiosignale fast beliebig zwischen Applikationen und Audio-Anschlüssen hin- und herschicken. Ein Mikrophon mit Kabel (und passenden Anschlüssen am Laptop) brauchen wir ebenfalls:

• Als erstes den Laptop mit dem Autoradio verbinden. Idealerweise verfügt das Radio über einen Audio-Eingang (AUX); falls nicht wird der Umweg über einen UKW-Adapter nötig.
• Mit geeigneter Software eine einfache Sinus-Kurve generieren. Die Frequenz sollte tief genug sein, damit Phasenverschiebungen nicht ins Gewicht fallen, aber hoch genug, um vom Mikrophon und den Lautsprechern sauber übertragen zu werden; ich habe jeweils 50 oder 100 Hz genommen. Um das Signal zu erstellen verwende ich jaaa.
• Dieses Signal mittels JACK-Routing sowohl an den Audio-Ausgang des Laptops, als auch an eine Oszilloskop-Applikation (z.B. Simple Scope) schicken und das Oszilloskop so einstellen, dass man die Kurve gut sieht.
• Auf dem Oszilloskop ein passendes Zeitintervall wählen (z.B. 2 ms) und den Trigger auf die Sinus-Kurve aus Schritt 2 legen (grüne Kurve in den Abbildungen).
• Den Mikrophon-Eingang mit Kanal 2 des Oszilloskops verbinden. Beim Klopfen auf das Mikrophon sollte sich im Oszilloskop etwas bewegen; wenn nicht, die Aufnahmeeinstellungen und Lautstärkeregler überprüfen.

Jetzt geht es ans Ausmessen. Dazu richten wir das Mikrophon aus unmittelbarer Nähe auf den ersten Lautsprecher und vergleichen die Signale im Oszilloskop; entweder sie decken sich (Abbildung D) oder sie spiegeln sich (Abbildung E), wobei in beiden Fällen eine kleine zeitliche Verzögerung zu erwarten ist – das Signal muss durch allerlei Kabel und Elektronik reisen, bevor es wieder beim Laptop ankommt. Diese Verzögerung kompensieren wir, damit sich die Kurven eindeutig überlagern oder spiegeln (dafür gibt es eine Funktion im Oszilloskop, bei Simple Scope der X-Regler).

Nun kann man Lautsprecher um Lautsprecher ausmessen und die Kurven vergleichen. Es sollte keinen grossen Unterschied machen, ob die Kurven deckungsgleich oder gespiegelt sind; wichtig ist nur, dass das Messresultat bei allen Lautsprechern gleich ist, sprich entweder sollten die Signale bei allen deckungsgleich, oder bei allen gespiegelt sein.

Falls einzelne Lautsprecher aus der Reihe tanzen, werden diese umgepolt. In meinem Fall war es derjenige hinten rechts, der falsch verkabelt war und der jetzt nach wenigen Handgriffen wieder synchron mit dem Rest zu einem entspannten Fahrvergnügen beitragen kann.

Verweise

Danke an Marc und Hanspeter für die Beratung und Unterstützung.