Lautsprecher - Info

• elektrodynamischer Lautsprecher: Ein Abstrahlelement (Membran) wird durch die Lorentzkraft - erzeugt durch eine stromdurchflossene Spule in einem Magnetfeld - angetrieben. Diese verbreiteteste Bauform ist unten näher beschrieben.
  
  
• piezoelektrischer Lautsprecher ("Piezo"): Der Antrieb der Membran erfolgt durch einen Piezo-Kristall, dessen Ausdehnung von der anliegenden Spannung abhängängt.
  
  
• elektrostatischer Lautsprecher ("Elektrostat"): Zwei parallele gitterförmige Elektroden, die ein statisches elektrisches Feld aufbauen, schliessen eine Membran ein. Strom durch Leiterbahnen auf der Membran erzeugt die Antriebskraft.
  
  
• magnestotatischer Lautsprecher ("Magnetostat", "Bändchen"): eine Sonderform des elektrodynamischen Lautsprechers. Hier ist die Membran - ähnlich der des Elektrostaten - direkt mit Leiterbahnen versehen. Sie bewegt sich in einem Permanent-Magnetfeld.
  
  
• Ionen- oder Plasma-Lautsprecher: Ein Schallwandler ohne Membran. Hierbei wird die Luft direkt durch modulierte Hochspannung angeregt, was lokale Ionisierung und damit Schalldruck verursacht.



• Dynamischer Lautsprecher: Eine Spule (Schwingspule engl. Voice coil) befindet sich im Magnetfeld eines Permanentmagneten (Magnet). An der Spule ist ein Schwingspulenträger befestigt, der wiederum beim Übergang zwischen dem Membran (Cone) und der Abdeckkappe, meist aus Karton, befestigt ist. Spule und Membran können sich im Magnetfeld in einer Richtung hin und herbewegen.
  
  Leitet man eine Wechselspannung (Modulations-Spannung) durch diese Spule, so wird durch Induktion eine Bewegung der Membran erzwungen, die in Luft Schallwellen erzeugt. Zur Übertragung tiefer Frequenzen werden meist Konus-Membranen verwendet für hohe Frequenzen Kalotten, d.h. inverse Konusmembranen, um Schallbündelung bei hohen Frequenzen zu vermeiden.

Um Frequenzen wiederzugeben, deren Wellenlänge grösser ist als der Membrandurchmesser, ist es wichtig, dass der Lautsprecher in eine Schallwand eingebaut ist, was den direkten Ausgleich der Schalldruckanteile vor und hinter der Membran verhindert (sog. akustischer Kurzschluss).

Verbreitete Gehäusebauformen sind u.a.:

• Geschlossenes Gehäuse: Der Laustprecher ist in ein luftdicht abgeschlossenes Gehäuse eingebaut
  
  
• Bassreflex-Gehäuse: Das Volumen des Gehäuses ist über einen Kanal an die Umgebung angekoppelt. Es entsteht ein sog. Helmholtz-Resonator, der den Wirkungsgrad im Bereich seiner Eigenresonanz (auch Tuningfrequenz) erhöht, bei Frequenzen deutlich darunter jedoch zu dem akustischem Kurzschluss und damit Pegelverlusst führt.
  
  
• Horn-Lautsprecher: Der Lautsprecher wird über ein Horn an die Umgebung angekoppelt. Mit einem Horn-Lautsprecher können sehr hohe Wirkungsgrade erreicht werden. Hornlautsprecher sind bei richtiger Dimensionierung zudem in der Lage eine über die Frequenz konstante Richtwirkung zu generieren, da sie entlang des Hornverlaufes, vom Hornhals bis zum Hornmund, der Wellenfront alle Membrandurchmesser zur Verfügung stellen.
  
  
• Transmissionline-Gehäuse: Das Lautsprechergehäuse bildet ein langes Rohr (meist gefaltet). Durch relativ komplexe Wellenleitungsvorgänge wird die von der Rückseite der Membran abgestrahlte Energie benutzt, um die Tiefbaßwiedergabe des Lautsprechers zu verstärken.

Für sehr tiefe Frequenzen ist der Wirkungsgrad des Lautsprechers abhängig von der Membranfläche. Im Tieftonbereich sind daher große Membranen von Vorteil. Diese sind jedoch aus folgenden Gründen ungeeignet zur Wiedergabe hoher Frequenzen:

• Hohe Frequenzen (kurze Wellenlängen) werden mit i.A. ungewünschter Direktivität wiedergegeben
  
  
• Wellenlängen kleiner als der Durchmesser können die Membran zu Partialschwingungen anregen
  
  
• mechanische Verluste innerhalb der Membran können schnelle Bewegungen bedämpfen

Um das hörbare Spektrum abzudecken, werden daher i.A. Lautsprecher mit unterschiedlichen Durchmessern oder Bauformen eingesetzt, Hochtöner, Mitteltöner oder Tieftöner.

Um die Modulations-Spannung in die entsprechenden Frequenzbereiche aufzuteilen, setzt man elektrische Filter (Frequenzweichen) aus Kondensatoren, Spulen und Widerständen ein.

Lautsprecher, die versuchen den gesamten Audio-Frequenzbereich abzudecken, sog. Breitband-Lautsprecher oder Breitbänder, müssen daher die wirksame Membranfläche zu hohen Frequenzen hin reduzieren. Dieses wird durch unterschiedliche Abstrahlelemente (z.B. Tieftonkonus, Hochtonkegel) realisiert, deren homogene Abkopplung bei grossen Lautsprechern jedoch nur schwer zu erreichen ist, was i.A. zu einer unzureichenden Hochtonwiedergabe führt.

Weiterhin führen die für die Tieftonwiedergabe nötigen hohen Membranauslenkungen zu Modulationen des Hochtonbereichs (Doppler-Effekt). Eine spezielle Art des Lautsprechers ist der Subwoofer, der für die Wiedergabe ausschließlich tiefer Frequenzen, vorzugsweiseweise unter 80 Hz, optimiert ist. Wird ein Subwoofer eingesetzt, können die sog. "Satelliten", die das Spektrum darüber und damit die Lokalisation übernehmen, relativ kompakt ausfallen.

Kleine Multimedia-Lautprecher-Systeme erfüllen diese Vorraussetzubgen i.A. nicht, da - durch die Grösse bedingt - die "Subwoofer" unterhalb 80 Hz nur unzureichend wiedergeben und die Trennfrequenz zu den Satelliten eher bei 150 bis 200 Hz liegt. Damit ist die Lokalisation nicht mehr unabhängig vom Subwoofer.