Hi-Fi-Grundlagen: Was ist ein Hochtöner?

Warum Hochtöner wichtig sind

Die ersten elektromechanischen Lautsprecher – entwickelt, nachdem sich die Aufzeichnung und Wiedergabe von Schall von den über ein großes Horn verstärkten Schwingungen einer Schallplattenrille weiterentwickelt hatte – verwendeten einzelne, von einem Verstärker angetriebene Lautsprecherchassis.

Diese Breitbandlautsprecher funktionierten ausreichend gut, doch bald wurde klar, dass die Anforderungen an Klangtreue unterschiedliche Chassis erforderten, die jeweils für einen anderen Teil des Frequenzbereichs optimiert waren: große Chassis, die durch das Bewegen größerer Luftmengen die langen Wellenlängen des Basses wiedergeben, und kleinere Chassis für die feinen Details höherer Frequenzen, bei denen es auf sehr kleine, extrem schnelle Bewegungen ankommt.

Tatsächlich wurde der erste elektromagnetische Lautsprecher zwar 1921 von Chester W. Rice und Edward W. Kellogg bei General Electric entwickelt, doch bereits zehn Jahre später entwarf das Team der Bell Telephone Laboratories den sogenannten "Divided-Range"-Lautsprecher mit separaten Chassis für hohe und tiefe Frequenzen sowie einer Frequenzweiche, die das Musiksignal zwischen ihnen aufteilt.

Seit fast 100 Jahren verwenden die meisten Hi-Fi-Lautsprecher einen Hochtöner für die höchsten Frequenzen und einen Mittel-/Tieftöner für den übrigen Bereich. Doch was macht diese kleinen, spezialisierten Hochtonchassis so besonders – wie sind sie konstruiert und welche Rolle spielen sie dabei, wie wir unsere Lieblingsmusik hören?

Die Grundlagen eines Hochtöners

Hohe Frequenzen erfordern per Definition, dass sich das wiedergebende Chassis wesentlich schneller bewegt als bei Mittelton- oder Bassfrequenzen. Ein Hochtöner arbeitet typischerweise ab 2 kHz bis 20 kHz oder sogar darüber und muss sich mindestens 2.000-mal pro Sekunde bewegen – bei sehr hohen Tönen noch deutlich schneller –, während sich ein Tieftöner möglicherweise nur 100-mal pro Sekunde oder weniger bewegt. Glücklicherweise sind die Wellenlängen dieser höheren Töne jedoch viel kürzer als die von Bässen, sodass kleine, präzise Bewegungen gefragt sind. Basseinheiten benötigen große Membranen, um Luft zu bewegen und jenen spürbaren Bass zu erzeugen, während Hochtöner klein, leicht, präzise und vor allem extrem schnell sein können.

Was macht ein Hochtöner?

Auch wenn Sie aus dem Hochtöner Ihrer Lautsprecher selbst mit dem Ohr ganz nah am Lautsprecher kaum Klang hören werden – der wahrnehmbare Pegel ist nicht besonders hoch –, ist seine Rolle entscheidend: Er verleiht dem Klang natürliche Frische sowie ein Gefühl von Luftigkeit und Atmosphäre. In einem Stereosystem sorgt er für das so wichtige Gefühl von Dreidimensionalität und eine überzeugende Klangbühne.

Je höher eine Frequenz ist, desto empfindlicher reagieren unsere Ohren auf ihre Richtwirkung – vielleicht hängt das mit unseren frühen Vorfahren zusammen, die das Knacken eines Zweigs wahrnehmen mussten, wenn sich etwas an sie heranschlich! So wie ein Tieftöner einen Raum mit tiefen Frequenzen füllen kann, ohne dass wir wahrnehmen, woher dieser Klanganteil kommt, liefern uns auch die feinsten hohen Frequenzen bis an die obersten Grenzen unseres Hörvermögens räumliche Hinweise. Sie helfen uns, Musiker im Stereo-"Bild" zu platzieren.

Wie funktioniert ein Hochtöner?

Bei der Entwicklung eines Hochtöners gibt es zwei wesentliche Anforderungen: Die eine betrifft die Geschwindigkeit und Präzision der Klangwiedergabe, die andere die Kontrolle der Abstrahlung dieses Klangs. Angesichts der Richtwirkung hoher Frequenzen ist es wichtig, dass sie gezielt abgestrahlt werden, sich der Klangcharakter aber auch dann nicht wesentlich verändert, wenn Sie sich von der idealen Hörachse des Chassis entfernen – weder horizontal noch vertikal.

Aufgrund der Eigenschaften hochfrequenter Schallwellen neigen diese ohne strikte Kontrolle zur Bündelung. Das heißt: Direkt vor dem Chassis ist der Klang deutlich hörbar, abseits der Achse nimmt er jedoch erheblich ab. Deshalb verwenden die beliebtesten Hochtönerkonstruktionen Kalottenmembranen, die sich durch ihre breite Abstrahlung auszeichnen. Doch das ist nicht der einzige Grund: Kalotten bieten auch entscheidende Vorteile bei der Balance aus geringem Gewicht und hoher Steifigkeit – beides ebenfalls unverzichtbar für präzise hohe Frequenzen.

Eine Kalotte kann Schall über einen weiten Winkel abstrahlen, daher muss diese Abstrahlung gezielt kontrolliert werden: Wie wir sehen werden, nutzen unterschiedliche Lautsprecherdesigns verschiedene Strategien, um fokussierte Höhen und konsistente hohe Frequenzen über einen großen Hörbereich zu erreichen. Das trägt zu einem stabilen Stereobild bei und ermöglicht mehreren Zuhörern eine ausgewogene Klangbalance.

Die Platzierung des Hochtöners im Lautsprecherdesign

Auch der Position des Hochtöners auf der Schallwand, welche die Chassis an der Vorderseite des Lautsprechergehäuses aufnimmt, muss Aufmerksamkeit geschenkt werden. Das gewährleistet die Integration mit den anderen Chassis und stellt sicher, dass sich der Hochtöner auf Höhe der Ohren des Hörers befindet. Aus diesem Grund wird der Hochtöner in der Regel im oberen Bereich des Lautsprechers montiert, oberhalb der Chassis für Mittelton und Bass.

Bei manchen sehr großen Lautsprechern kann der Hochtöner jedoch mittig auf der Schallwand montiert sein, mit Mittel-/Tieftönern ober- und unterhalb davon: Diese nach ihrem Erfinder benannte D’Appolito-Anordnung sorgt für eine gleichmäßigere Abstrahlung aller Chassis und bringt den Klangeindruck näher an die theoretische Vorstellung einer "Punktschallquelle", bei der der gesamte Frequenzbereich aus einem einzigen Ort zu stammen scheint.

Wichtig ist außerdem, die empfindliche Wiedergabe des Hochtöners von den stärkeren Vibrationen der Mittel-/Tieftöner zu isolieren: Deshalb platzieren viele Lautsprecher das Hochtonchassis auf einer eigenen, vom Hauptgehäuse durch eine elastische Aufhängung entkoppelten Teilschallwand oder sogar in einem vollständig separaten Teilgehäuse innerhalb der Gesamtkonstruktion. Dadurch wird auch verhindert, dass der von der Rückseite der Membran abgestrahlte Schall "austritt", die Abstrahlung nach vorn beeinträchtigt und das Hochtonbild verwischt. Manche Lautsprecherentwickler entscheiden sich sogar dafür, den Hochtöner in einem vollständig separaten Gehäuse unterzubringen.

Die Abstrahlung eines Hochtöners lässt sich auch steuern, indem das Chassis in einem vertieften "Horn" innerhalb der Schallwand platziert wird oder indem ein sogenannter Waveguide vor der Membran angebracht wird, typischerweise in Form eines Gittergewebes. Diese Art von Gitter bietet der ultradünnen Kalotte zudem einen gewissen Schutz vor kleinen neugierigen Fingern. Manche ältere Lautsprecher treiben dies auf die Spitze und platzieren etwas, das wie ein Lamellenverschluss aussieht, vor dem Chassis. Heute ist das jedoch selten, außer bei Retro-Modellen.

Woraus besteht ein Hochtöner?

Die wesentlichen Komponenten eines Hochtöners entsprechen denen jedes Lautsprecherchassis – eine Membran, angetrieben von einem "Motor" aus Schwingspule in einem Magnetfeld. Hier muss jedoch alles im Miniaturformat ausgeführt sein, um die Anforderungen an Geschwindigkeit und Ansprechverhalten zu erfüllen.

Dafür sind haarfeine Wicklungen im Antriebssystem nötig, die miteinander verschmelzen können, wenn das Lautsprechersystem bis in die Verzerrung des Verstärkers übersteuert wird: Bei den stärkeren Wicklungen von Mittel-/Tieftönern kommt dies selten vor, doch "durchgebrannte" Hochtöner sind ein ziemlich sicheres Zeichen dafür, dass ein Lautsprecher unsachgemäß betrieben wurde.

Das Material der Kalotte kann von traditionellem Gewebe reichen – früher Seide, heute eher ein synthetisches Material –, das chemisch behandelt wird, um Dämpfung und Steifigkeit zu verbessern, bis hin zu ultradünnem Aluminium oder noch exotischeren Materialien. Ziel ist stets maximale Steifigkeit bei minimalem Gewicht.

Manche Unternehmen bevorzugen Legierungen, andere seltene Metalle wie Beryllium. Es gibt auch Beispiele aus Keramik oder Carbon und in einigen extremen Fällen sogar aus Diamantstaub, der mithilfe von Verdampfungstechniken aufgebracht wird. Wenn es ein leichtes Material gibt, das der Wissenschaft bekannt ist, wurde es wahrscheinlich bereits für Hochtönermembranen erprobt.

Es wird viel Aufwand betrieben, damit die Kalotte beim Antrieb ihre Form behält: Ihre Form ist zwar von Natur aus stabil, doch manche Konstruktionen verfügen zusätzlich über eine "Doppelkalotte" – einen Ring aus zusätzlichem Material am Rand der Membran, an dem sie auf den "Motor" trifft. Dies sorgt für zusätzliche Versteifung, ohne das Gewicht wesentlich zu erhöhen.

Alternative Hochtöner

Während viel Arbeit in die Verbesserung der Materialien von Kalottenhochtönern fließt, wurden auf der Suche nach geringem Gewicht bei gleichzeitiger Leistungsfähigkeit dieser Hochtonchassis auch andere Konstruktionen untersucht.

Einige Lautsprecher verwenden einen Bändchenhochtöner mit einer ultraleichten, flachen Membran, meist aus Aluminium, die von einer benachbarten, mit dem Antrieb verbundenen Membran angetrieben wird. Diese Konstruktion bietet den Vorteil einer gleichmäßigen Schallverteilung und einer besseren Kühlung, weshalb sie manchmal die beste Wahl für Hochleistungs-Lautsprechersysteme ist. Bändchenhochtöner sind jedoch kostspieliger umzusetzen als Kalottenkonstruktionen und bieten möglicherweise keine so breite Abstrahlung.

Eine Variante dieses Prinzips ist der Air Motion Transformer Hochtöner, bei dem eine gefaltete, bandähnliche Membran wie ein Blasebalg angeregt wird und Luft zur Klangerzeugung zusammendrückt. Der Vorteil liegt in einer höheren Belastbarkeit und einem höheren Schalldruck sowie einem erweiterten Frequenzbereich zu höheren Frequenzen hin.

Eine weitere Hochtönertechnologie ist der planarmagnetostatische Treiber. Dieser Lautsprecherwandler ist für seine Präzision, Geschwindigkeit und breite Abstrahlung hoher Frequenzen bekannt und verwendet eine dünne, flache Membran mit leitfähigen Leiterbahnen, die meist in Bändern oder Streifen angeordnet sind. Die Membran ist in einem starken Magnetfeld aufgehängt. Fließt ein Audiosignal durch das leitfähige Material, interagiert es mit dem Magnetfeld und erzeugt durch die Schwingung der Membran Klang.

Hybrid-Hochtöner

Einige Lautsprecherhersteller setzen auf das Konzept eines Hybrid-Hochtöners mit einem konventionellen Kalottenhochtöner und einem Bändchen-/Planarhochtöner. Im Zusammenspiel verbinden die Hochtöner die besten Eigenschaften beider Konstruktionen, um einen geschmeidigen, breit abstrahlenden und ausgewogenen Klang wiederzugeben. Mehr über die Hybrid-Hochtönertechnologie erfahren Sie hier.

Exotische Hochtöner

Die Geschichte des Lautsprecherdesigns ist geprägt von unterschiedlichsten Experimenten zur Verbesserung der Hochtonwiedergabe. Bereits im 17. Jahrhundert wurde erstmals der Effekt des "elektrischen Winds" durch Hochspannungsentladungen beobachtet, während der Erfinder Nikolai Tesla im 19. Jahrhundert den Klang eines elektrischen Lichtbogens untersuchte. Auch die "musikalischen" Eigenschaften kleiner "singender Flammen" in gestimmten Glasröhren wurden erforscht, woraus das außergewöhnliche Pyrophone entstand.

In einem Werk über Elektroakustik aus den 1950er-Jahren hieß es: "Die sprechende elektrische Glühlampe, der singende Lichtbogen und die sprechende Flamme – das waren Maßnahmen der Verzweiflung", während Edward Kellogg, der zuvor als Pionier von Mehrchassis-Systemen erwähnt wurde, noch deutlicher war: Bereits 1925 kam er zu dem Schluss: "Ich habe sprechende Lichtbögen und Thermophone sowie ein Koronaentladungsgerät ausprobiert – alles Konstruktionen ohne mechanisch bewegte Teile –, doch keines davon schien vielversprechend."

Es überrascht daher nicht, dass sich Kalottenhochtöner aus Gründen der Praktikabilität durchsetzten, ergänzt durch Bändchen-Konstruktionen.

Hochtöner in unterschiedlichen Umgebungen

Bisher haben wir den Einsatz von Hochtönern in konventionellen Lautsprechern für Hi-Fi- und Heimkinoanwendungen behandelt, doch in verschiedenen Einsatzbereichen können sie auf unterschiedliche Weise verwendet werden.

Moderne Car-Hi-Fi-Systeme haben sich von den frühen Einchassis-Lautsprechern weiterentwickelt, die manchmal mit einer passiven "Whizzer Cone" vor dem Mittel-/Tieftöner ausgestattet waren, um etwas Hochtonwiedergabe zu erzielen. Einige für den Einbau in Fahrzeugtüren entwickelte Lautsprecher haben ein Koaxialdesign, bei dem ein Hochtöner zusammen mit dem Hauptchassis montiert ist. Bei besseren werkseitig verbauten und nachgerüsteten Systemen werden separate Hochtöner jedoch höher platziert – typischerweise in den A-Säulen oder im Armaturenbrett –, um präzisere räumliche Hinweise zu liefern. Die Mittel-/Tieftöner bleiben in der Tür, wo ihre Wiedergabe weniger leicht zu orten ist.

In Soundbars für Fernseher können mehrere Hochtöner eingesetzt werden, um die Illusion von Klang zu erzeugen, der den Hörer vollständig umgibt: Nach oben abstrahlende Hochtöner können einen Höheneffekt erzeugen, während seitlich angewinkelte Lautsprecher Wandreflexionen nutzen, um einen raumfüllenden Effekt zu schaffen. Die digitale Signalverarbeitung zur Veränderung von Phase, Amplitude und zeitlicher Abstimmung dieser Chassis kann diesen Raumeindruck verstärken.

Warum Hochtöner für großartigen Klang unverzichtbar sind

Mehr Klarheit und Detailreichtum

Präzise hohe Frequenzen sind für die realistische Wiedergabe von Stimmen und Instrumenten entscheidend: Sie besitzen nicht nur Obertöne, die sich von ihrem Grundton nach oben erstrecken und allesamt den Klangcharakter prägen, sondern über der Musik selbst liegt auch das Gefühl für Raum und Atmosphäre der Aufnahme. Werden diese präzise eingefangen und wiedergegeben, kann das den Unterschied zwischen einem "flachen" Klang und einem Klang ausmachen, der wirklich lebendig wird.

Realistische Klangabbildung und räumliche Präzision

Wie Ihre Lautsprecher aufgestellt sind, hat großen Einfluss auf die Klangabbildung und räumliche Präzision Ihres Systems. Schließlich geht es bei Stereo um die Illusion fester, dreidimensionaler Klangbilder – nicht einfach um zwei Kanäle, sondern darum, dass Ihre Lautsprecher verschwinden und ein realistisches Klangbild vor Ihnen entsteht.

Beachten Sie die mit Ihren Lautsprechern gelieferten Aufstellhinweise, scheuen Sie sich aber nicht, mit der Positionierung zu experimentieren, um den besten Klang zu erzielen. Bei vielen Lautsprecherdesigns kann bereits ein leichtes Anwinkeln der Lautsprecher zur Hörposition – und damit eine leichte Veränderung der Ausrichtung der Hochtöner – den entscheidenden Unterschied machen.

Die richtige Lautsprecherkonfiguration wählen

2-Wege- vs. 3-Wege-Lautsprecher – was ist das Richtige für Sie?

In kleineren Räumen und mit kleineren Lautsprechern kann ein gut konzipierter Zwei-Wege-Lautsprecher für Ihre Anforderungen mehr als ausreichend sein. Drei-Wege-Konstruktionen mit einem separaten Mitteltöner zwischen Hochtöner und Tieftöner(n) können jedoch einen offeneren und intensiveren Klang bieten, einfach weil Hochtöner und Tieftöner im "Überlappungsbereich", in dem ein großer Teil des Charakters von Stimmen und Instrumenten wiedergegeben wird, weniger leisten müssen. Besonders bei Gesang und klassischer Musik kann ein gut integrierter Mitteltöner von Vorteil sein.

Achten Sie auf einen zukünftigen Artikel über Mehrwege-Lautsprecherdesigns.

Vor dem Kauf hören – warum das Hochtönerdesign einen Unterschied macht

Versteifen Sie sich nicht zu sehr auf die Art von Hochtöner, die Ihre Lautsprecher verwenden: Ob es sich um Gewebehochtöner mit weicher Kalotte, Metallkalotten oder ein anderes Material handelt – entscheidend ist, dass sie Ihnen klanglich gefallen. Wie bereits im Artikel erwähnt, reagieren wir empfindlicher auf die Qualität der Höhen in unseren Systemen, selbst wenn der Hochtöner scheinbar nicht so viel leistet. Wählen Sie daher Lautsprecher mit einer Hochtonqualität, die Ihnen als Teil der gesamten Klangbalance gefällt, und vertrauen Sie vor allem Ihren Ohren …

Entdecken Sie DALI Lautsprecher mit erstklassigem Hochtönerdesign

DALI Lautsprecher bieten eine umfassende Auswahl an vielfach ausgezeichneten Standlautsprechern, Regallautsprechern, Einbaulautsprechern und weiteren Modellen. Jeder DALI Lautsprecher ist auf breite Abstrahlung ausgelegt und verteilt hohe Frequenzen über einen größeren Bereich als herkömmliche Lautsprecher. So bleibt der Klang ausgewogen und klar, auch wenn Sie nicht direkt vor den Lautsprechern sitzen. Dadurch erweitert sich der ideale Hörbereich, sodass mehr Zuhörer die bestmögliche Klangqualität genießen können.

Klang mit breiter Abstrahlung unterstützt auch die Integration in den Raum. Sie können Ihre Lautsprecher dadurch freier an Positionen aufstellen, die auf den ersten Blick weniger als ideal erscheinen. Gleichzeitig lassen sich die Auswirkungen von Wandreflexionen reduzieren, die unerwünschte Verzerrungen und Klangverfärbungen verursachen können.

Um DALI Lautsprecher zu entdecken, besuchen Sie dali-loudspeakers.com.