Funktionsweise eines Lautsprechers
Jeden Tag hören wir Musik aus unseren Lautsprechern, ob im Auto, Zuhause , aus unserem Handy oder unserem Bluetooth Lautsprecher!
Doch wir funktioniert dieser Lautsprecher eigentlich?
Wie entsteht die Musik welche uns so begeistert?
Das möchte ich dir heute erklären!
Lautsprecher wandeln ein meist elektrisches Eingangssignal in mechanische Bewegungen um welche Schallwellen erzeugen die wir dann als Schall wahrnehmen. Neben den verbreitetsten Einsätzen bei der Wiedergabe von Sprache und Musik werden Lautsprecher auch unter Wasser im sog. Sonar verwendet. Auch der Ultraschallbereich mit seinen unterschiedlichen Anwendungsbereichen arbeitet mit einem Lautsprecher. Zum Beispiel in Sensoren zur Abstandsmessung in der Industrie die mit Ultraschall arbeiten.
Nicht alle Lautsprecher sind gleich groß, so sind die Möglichkeiten sehr vielseitig. Ob große Lautsprecher auf Konzerten oder sehr kleine wie zum Beispiel in oben genannten Sensoren oder auch deinen Kopfhörern. Dadurch ist auch die Funktionsweise eines Lautsprechers unterschiedlich.
Aufbau
Ein Herkömmlicher Lautsprecher besteht aus 3 Bauteilen. Das ist zum einen die Membrane welche den Schall an die Luft überträgt, der Schwingspule welche die Membrane in Schwingungen versetzt und einen Magneten in dessen Feld die Spule schwingt. Dazu kommt dann noch das Gehäuse welches alle Bauteile zusammenhält.
In diesem Aufbau gibt es jedoch auch einige Abweichungen für die unterschiedlichen Anwendungen da diese durch einige Faktoren beeinflusst werden.
Die wichtigsten Faktoren sind:
- Die Größe
- Die Frequenzen
- Die Lautstärke
- …uvm.
In den verbreitetsten Lautsprechersystemen zum hören von Musik sind oftmals unterschiedliche Lautsprechertypen verbaut um ein besseres Klangerlebnis zu erzielen. Die einzelnen Lautsprecher werden dann über Frequenzweichen mit den entsprechenden Frequenzen versorgt. So erzeugt jeder Lautsprecher genau die Töne für die er gebaut wurde.
Die Membrane wird in den meisten Fällen trichterförmig eingebaut um die Steifigkeit und somit auch die Lebensdauer eines solchen Lautsprechers zu erhöhen. Dies verleiht den Lautsprechern das charakteristische konische Aussehen. Als Material wird oftmals Papier verwendet da es keine Eigenresonanz aufweist und der Wirkungsgrad sehr hoch ist. Dieses wird dann geschichtet um eine hohe Steifigkeit zu erzielen.
Es gibt auch Lautsprecher bei denen die Schwingspule auf die Membrane aufgeklebt wird. Das ermöglicht sehr schnelle Bewegungen der Membrane. Diese Technologie findet jedoch eher in Hochfrequenten Berich Anwendung, da Tieffrequenzlautsprecher (Basslautsprecher) mehr Luft verdrängen müssen und somit generell träger sind und mehr Energie benötigen.
Unterschiedliche Arten von Lautsprechern
Der Antrieb der Membrane erfolgt durch die Spule welche die Schwingungen der Membrane erzeugt, die Stärke der Spule ergibt sich aus den Parametern der Spule. Diese sind:
- Durchmesser
- Windungszahl
- Stärke des Magnetfeldes
- Innenwiderstand des Materials aus der die Spule gewickelt ist
- dem Abstand zum Magneten
- …uvm.
Es ist eine Wissenschaft für sich!
Durch die uns heute zur Verfügung stehenden Materialien haben wir jedoch die Möglichkeiten deutlich leistungsstärkere Magneten und somit Lautsprecher zu bauen als noch vor ein paar Jahren.
Neben den stärkeren Magneten gibt es auch Alternativen zu der herkömmlichen Bauweise welche ganz neue Wege beschreiten. Als Beispiel entfallen bei Piezolautsprechern Spule und Magnet. Das funktioniert durch das anlegen einer geeigneten elektrischen Spannung an Elektroden auf dem Ferroelektrikum. Dieses verformt sich im Rythmus der Frequenz und bewegt so die Membrane.
Weitere Lautsprechertypen sind…
…der Elektrostatische Lautsprecher (ESL), bei ihm werden die Schallwellen mittels elektrostatischer Anziehungskraft erzeugt.
…oder der Plasmalautsprecher bei dem ein ionisiertes Gas mithilfe eines Hochspannungsfeldes in Schwingungen versetzt wird.
Theoretische Grundlagen der Funktionsweise eines Lautsprechers
Ähnlich wie elektrischer Strom, der durch die elektrische Stromstärke und die elektrische Spannung beschrieben werden kann, gibt es bei Schallwellen die Schallschnelle und den Schall(wechsel)druck. Schallschnelle beschreibt die Geschwindigkeit, mit der die Luftmoleküle durch den Schall bewegt werden, Schalldruck den dabei entstehenden Druck.
Schallabstrahlung einer Membran an die sie umgebende Luft ist auf Grund der geringen Schallimpedanz von Luft eine sehr ineffiziente Sache. Bei tiefen Frequenzen fällt sie bis auf 0 ab, bei höheren Frequenzen dagegen steigt sie mit einigen Überschwingern bis auf einen von Form und Größe der Membran vorgegebenen Grenzwert an.
Beim klassischen Problem des Kolbenstrahlers in unendlicher Schallwand im allseits unendlich großen Raum ist der Strahlungswiderstand bis zum Grenzwert proportional zur Frequenz. Dies sollte ein stark höhenbetontes Klangbild zur Folge haben. Es ist bei fast allen Strahlern aber so, dass die aufgebrachte mechanische Kraft für höhere Frequenzen konstant ist und damit nach Newton auch die Beschleunigung. Dies bedingt, dass die Schnelle umgekehrt proportional zur Frequenz ist.
Dies kompensiert genau das Ansteigen des Strahlungswiderstandes. Bei den meisten Strahlern gibt es also ohne weiteres Zutun einen Bereich, in dem die abgestrahlte Leistung unabhängig von der Frequenz ist, und dieser wird folglich zum Hauptarbeitsbereich gewählt.
Soviel zum Aufbau und der Funktionsweise eines Lautsprechers ich hoffe das war jetzt nicht zu viel und du konntest hoffentlich auch etwas für dich mitnehmen.
Hier kommst du direkt zu meinem Lautsprecher Test und Vergleich vielleicht findest du mit deinem neuen Wissen ja auch einen für dich.
Lautsprecher Test und Vergleich
Solltest du noch mehr Wissen benötigen schau die gerne meine anderen Beiträge im Lexikon an.
Lautsprecher Lexikon
