Der Tiefpass
Der Tiefpassfilter läßt tiefe Frequenzen durch und sperrt hohe Frequenzen ab einer gewissen Frequenz, die sich aus den Werten der Bauteile ergibt.
Der Tiefpassfilter besteht aus eine Reihenschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators. Man kann diese Schaltung als einen frequenzabhängigen Spannungsteilers ansehen. Bei tiefen Frequenzen hat der Kondensator C1 einen hohen Blindwiderstand, der im Vergleich zum Widerstand R1 groß ist. In einer Reihenschaltung verhalten sich die Spannungen wie die Widerstände. Daher liegt an dem größeren Widerstand, in diesem Fall C1, auch die größere Ausgangspannung U2 an.
Bei hohen Frequenzen hat der Kondensator C1 dagegen einen kleinen Blindwiderstand. Daher liegt am Kondensator C1 dann auch nur eine geringe Ausgangspannung U2 an.
Der Tiefpass
Die Frequenz, wo der Filter beginnt zu sperren, nennt man Grenzfrequenz. Sie ist abhängig von den Wert des Widerstandes und des Kondensators und errechnet sich folgendermaßen:
Bei Frequenzweichen für Lautsprecher werden meist sogenannte Butterworthfilter eingesetzt. Sie haben einen linearen Frequenzverlauf im Durchlaßbereich und ein schnelles Abknicken bei der Grenzfrequenz. Man unterscheidet Tiefpässe 1. bis 3. Ordnung.
Tiefpass 1. Ordnung
Hier wird dem Lautsprecher eine Spule vorweggeschaltet. Diese hat zu höheren Frequenzen hin einen immer größeren Blindwiderstand. Die Spule läßt also nur tiefe Frequenzen passieren und sperrt hohe.
Tiefpass 1. Ordnung
Die Flankensteilheit beträgt 6 dB pro Oktave. Das heißt nichts anderes, als das sich bei einer Verdopplung der Frequenz die Spannung am Lautsprecher um 6 dB verringert. Die Induktivität der Spule (in Henry) ist abhängig von der Grenzfrequenz F sowie der Impedanz des Lautsprechers Z:
Tiefpass 2. Ordnung
Hier wird dem Lautsprecher noch ein Kondensator parallel geschaltet. Der Filter besteht also aus zwei Bauteilen. Dadurch wird eine Flankensteilheit von 12 dB pro Oktave erreicht. Der Filter grenzt damit steiler ab.
Tiefpass 2. Ordnung
Die Werte für die Spule (in Henry) und den Kondensator (in Farad) berechnen sich wie folgt, wobei F die Grenzfrequenz und Z die Impedanz des Lautsprechers ist:
Tiefpass 3. Ordnung
Hier werden insgesamt drei Bauteile benötigt. Die Flankensteilheit erhöht sich damit auf 18 dB pro Oktave. Diese Filter sind aber schon recht aufwendig.
Tiefpass 3. Ordnung
Die Werte für die Spulen (in Henry) und des Kondensators (in Farad) berechnen sich wie folgt, wobei F die Grenzfrequenz und Z die Impedanz des Lautsprechers ist:
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