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wie funktioniert ein Lautsprecher?

Lautsprecher
Written by Giovanni

Lautsprecher funktionieren über starke Magneten und Strom, die die Resonanzfläche zum Schwingen anregt.

Auch Lautsprecher können mal kaputt gehen, wenn sie viele Jahre ihren Dienst versehen haben. Dann bringt man sie zu einem HIFI Bastler und Zack sind sie wieder heile. Klar es kostet ein wenig Geld, aber man muss ja gegen die Wegwerfgesellschaft anarbeiten. Eine engagierte Werkstatt liegt im Univiertel in der Rentzelstrasse. Hier kannst du den kleinen Beitrag von mir dazu lesen- link.

Das geile an solchen Bastelbuden ist, dass sie nicht nur neue fertige Lautsprecher einbauen können, sondern auch die Lautsprecher komplett zerlegen können, um ihnen neues Leben einzuhauchen. Zum Beispiel in dem die Schwingspule neu gemacht wird, whatever. Kostet natürlich deutlichst mehr.

Lautsprecher (1) Lautsprecher (2)

Wikipedia schreibt

Lautsprecher sind Wandler, die ein (meist elektrisches) Eingangssignal in mechanische Schwingungen, als Schall wahrnehmbar, umwandeln.

Lautsprecher dienen meist zur Schallerzeugung zur Wiedergabe von Sprache und Musik für den Menschen mit einem typischen Arbeitsbereich von 20…50 Hz bis hinauf zu 20 kHz. Es gibt allerdings auch andere Einsatzbereiche, wie Sonar unter Wasser, Ultraschall (für Tiere oder für Ultraschallreinigungsgeräte), Untersuchungen der Vibrationsempfindlichkeit von Geräten oder Gebäuden. In den 1970er Jahren gab es Ultraschallfernbedienungen. Einfache Entfernungsmessgeräte benutzen gelegentlich Lautsprecher.

Die Größe variiert zwischen winzigen Formen, die ins Ohr gesteckt werden (die dann In-Ear-Kopfhörer genannt werden) bis hin zu viele Meter hohen Säulen für die Beschallung von Großkonzerten.

Die Bezeichnung rührt daher, dass dabei eine Spule im Feld eines umgebenden Magneten schwingt, also quasi in diesen „eintaucht“. Je nach Einsatzzweck können solche Lautsprecher aber vollkommen unterschiedlich aussehen. Im Home-HiFi-Bereich erstreckt sich die Bandbreite der Wandler etwa von Tieftönern mit gut 30 Zentimetern Außendurchmesser bis hin zu Hochtönern mit kaum mehr als 1 cm Membranradius.

Technisch gesehen zählen sie zu den dynamischen Lautsprechern, werden also elektrodynamisch angetrieben. Die Bewegung wird von einer mittig angebrachten Spule ausgelöst; sie ist auf einen zylindrischen Träger gewickelt, der wiederum an der Membran befestigt ist. Leitet man ein elektrisches Signal durch die Spule, wird durch die Lorentzkraft (Wechselwirkung mit dem Feld des umgebenden Magneten) eine Kraft auf die Membran ausgeübt, die diese zum Schwingen veranlasst. Spule und Membran bewegen sich im Magnetfeld senkrecht zum Feldverlauf hin und her. Eine Zentrierspinne und die Sicke sorgen für die Rückführung der Membran in ihre Ruhelage sowie für die Zentrierung der Schwingspule.

Membran, Schwingspule, Sicke und Zentrierspinne sind die beweglichen Teile, während Magnet und Lautsprecherkorb fest stehen; Letzterer verbindet konstruktionsmäßig den Magneten mit Spinne/Sicke und dient zudem mit seinem Außenrand der Montage des Lautsprechers. Die Sicke ist – als auch teilweise schallabstrahlendes Element – luftdicht; Zentrierspinne und Korb sollen hingegen dem rückwärtigen Luftaustausch möglichst wenig Widerstand entgegensetzen.

Je tiefer der wiederzugebende Ton, desto mehr Luftvolumen muss für gleiche Lautstärke „verschoben“ werden. Tieftonlautsprecher verfügen daher meist über große Membranen und/oder weite Auslenkung; hier wird eine (aus Stabilitätsgründen konusförmige) Membran von einer mittigen Schwingspuleneinheit angetrieben. Hochtonlautsprecher wiederum müssen rascheren Impulsen folgen; kleine Membranen wirken außerdem der zunehmenden Schallbündelung bei höheren Frequenzen entgegen. Daher haben Hochtöner meist eine kalottenförmigen Membran, bei der die Schwingspule am Außenrand ansetzt.

Da die Membran grundsätzlich als akustischer Dipol arbeitet – den Schall also ebenso nach vorne wie nach hinten abstrahlt –, kann jedoch (abhängig von ihrem Durchmesser in Relation zur wiedergegebenen Frequenz) ein akustischer Kurzschluss entstehen. Um die wechselseitige Auslöschung der front- und rückseitig abgegebenen Schallanteile zu vermeiden, müssen solche Wandler daher meist in Gehäuse eingebaut werden: In der Praxis betrifft das mehr oder weniger alle Lautsprecher dieser Bauart, die nicht ausschließlich hohe Frequenzen wiedergeben sollen.

Zur möglichst unverfälschten Wiedergabe des Originalsignales ist unter anderem ein annähernd geradliniger Frequenzgang erforderlich. Nun bilden aber die vielen Komponenten (einschließlich der Luft) ein hochkomplexes Masse-Feder-System: Gewicht und Steifigkeit der Membran sind dafür ebenso ausschlaggebend wie die Nachgiebigkeit von Sicke/Spinne, und auch die Werte des Antriebs (Felder von Spule und Magnet) beeinflussen maßgeblich das Verhalten des Lautsprechers.

Erst seit Albert Thiele und Richard Small die nach ihnen benannten Thiele-Small-Parameter festlegten, ist es möglich, die Eigenschaften von Lautsprechern bereits in der Entwurfsphase vorauszuberechnen – nicht zuletzt, was den Einfluss des jeweils gewählten Gehäuses betrifft.

Magnetostatischer Lautsprecher

Magnetostat mit Gegentaktaufbau (schematisch): Die Membran schwingt zwischen Magnetstäben

Hier wird die Schwingspule nicht auf einem separaten Träger montiert, sondern direkt auf die Membran aufgebracht (Folien-Magnetostaten) oder gleich ganz weggelassen: Beim klassischen „Bändchen“ wirkt das elektrische Signal auf die Membran selbst. Der großflächige Antrieb und das eingesparte Gewicht – die Membran braucht keinerlei Steifigkeit und kann daher hauchdünn ausfallen – sorgen für beste Impulstreue und Detailauflösung.

Allerdings muss sich der Schall seinen Weg zwischen den umgebenden Magneten (hier: Magnetstäben) bahnen. Deren Feldstärke limitiert wiederum die Auslenkung der Membran; und mit zunehmender Fläche – wenn sie auch tiefere Frequenzen wiedergeben soll – stellen sich, wie bei allen Membranen, Bündelungseffekte ein.

Magnetostatische Lautsprecher werden heute hauptsächlich im Hoch- und Mitteltonbereich eingesetzt.

Bändchen

Als Membranmaterial findet hier meist Aluminium Anwendung (etwa 10 µm, also etwa Alufolie). Die Folie wird vertikal vom Signal durchflossen und befindet sich im Statorfeld von Permanentmagneten, deren Feldlinien horizontal verlaufen; die resultierende Lorentzkraft bewegt die Membran vor und zurück und führt zur Schallabstrahlung – ähnlich wie bei allen dynamischen Wandlern.

Als technische Hürden erweisen sich dabei jedoch einerseits die extreme Empfindlichkeit des Materiales (irreversible Überdehnung bei zu hoher Lautstärke) und andererseits die geringe Impedanz: Der minimale Innenwiderstand der Folie würde jeden normalen Verstärker durchbrennen oder abschalten lassen, weshalb diese Lautsprecher mit einem zusätzlichen Übertrager ausgestattet werden müssen.

Bändchen kommen de facto nur als Hochtöner zum Einsatz.

Bildrechte Pixabay CC Von Benutzer:Ulfbastel aus der deutschsprachigen Wikipedia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2564518

About the author

Giovanni

Giovanni ist studierter Jurist und Philosoph als Marketingleiter bei einem Mittelständler unterwegs, Geschäftsführer einer Agentur, ehrenamtlicher Sterbebegleiter, zertifizierter Trauerbegleiter, Beirat ITA Institut für Trauerarbeit, Mitgliedschaften: Marketing Club Hamburg, Büchergilde Hamburg, Förderverein Palliativstation UKE, ITA, Kaifu Lodge, Kaifu-Ritter