Lautsprecher#
von P. Lechner , Februar 2017Lautsprecher ist der Sammelbegriff für Wandler, die ein elektrisches Signal in mechanische Schwingungen verwandeln, welche an die Luft abgegeben und als Schall wahrnehmbar sind (vor allem, aber nicht nur für das menschliche Hörorgan).
Das Funktionsprinzip#
Fast immer wird eine Einheit von Spule und Membran eingesetzt (dynamischer Lautsprecher). Die Spule wird in einem (Permanent-) Magnetfeld vom elektrischen Signal zu Bewegungen angeregt, die über die an einem Rahmen (Korb) befestigte Membran an die Umgebungsluft abgegeben („abgestrahlt) werden. Im (theoretischen) Idealfall folgt die Bewegung der Spule/der Membran in Frequenz, Amplitude und Phasenlage dem zugeführten Signal genau. In der Praxis kann das nicht annähernd erreicht werden. Die Gesamt-Übertragungsfunktion des Systems vom Signalgenerator (z.B. Mikrophon, welches seinerseits ein „umgekehrter Lautsprecher“ ist) bis zur Membran des Lautsprechers ist vor allem an den Schnittstellen vom (trägheitslosen elektrischen) Signal zum (masseträgen mechanischen) System Spule-Membran und weiters von der Membran zur Luft überaus komplex und nicht zur Gänze mess- und berechenbar. Überlagert werden die Probleme noch vom Hörraum (im weiten Bereich vom kleinen Volumen einer Kopfhörermuschel bis zum „Freifeld“ (z. B. ein ganzes Sportstadion) und von der Position des Hörenden in diesem. Lautsprecherentwicklung basiert daher in erheblichem Maße auf empirisch gewonnenen Erkenntnissen.Wesentliche Anforderungen an Lautsprecher#
Wirkungsgrad#
Verhältnis von zugeführter elektrischer Leistung zur abgestrahlten Schallleistung. In der Praxis wird, außer für Sonderanwendungen, ein Wirkungsgrad im niedrigen einstelligen Prozentbereich erreicht. Der Wirkungsgrad allein ist i. A. kein unbedingtes Qualitätsmerkmal, weil elektrische Antriebleistung (Ausgangsleitung des Verstärkers) mit der heute fast ausschließlich eingesetzten Halbleitertechnik problemlos bereitgestellt werden kann.Frequenzgang#
Im Idealfall sollte das zugeführte elektrische Signal über den gesamten Frequenzbereich amplitudengleich abgestrahlt werden. Praktisch wird der Frequenzbereich aktiv (im Generator = Verstärker) oder passiv durch kapazitiv/induktive Frequenzweichen nach dem Verstärkerausgang aufgeteilt und getrennten Hoch-, Mittel- und Tieftonlautsprechern zugeführt.Impulsverhalten#
Sprungantwort des Lautsprechers auf Signalimpulse. Limitierender Faktor ist die mechanische Trägheit des Systems Antriebsspule/Membrane.Plasmalautsprecher#
Ein besonderes Lautsprechersystem stellt der Plasmalautsprecher dar. Dabei wird mit Hochspannung erzeugtes Plasma mit dem Tonsignal moduliert. Die umgebende Luft ändert analog zur Modulation ihr Volumen und gibt diese mechanische Änderung an die Umgebungsluft weiter. Da bei diesem System keine Masse (Membran) bewegt werden muss, reagiert das System trägheitslos. Den bestechenden theoretischen Vorteilen stehen erhebliche Nachteile entgegen, z.B. die Erzeugung der Hochspannung (Kosten, Sicherheit). Praktisch gibt es Plasmalautsprecher nur für den Hochtonbereich.