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Lautsprecher


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Ein Lautsprecher ist ein Bauteil der Elektrotechnik das elektrische Wechselspannung in akustische Schallwellen ( Schalldruckwellen ) wandelt. Er wird daher auch als bezeichnet (wie auch das Mikrofon welches den Prozess durchführt). Die gängigen Funktionsprinzipien sind:
  • elektrodynamischer Lautsprecher: Ein Abstrahlelement (Membran) wird durch Lorentzkraft - erzeugt durch eine stromdurchflossene Spule einem Magnetfeld - angetrieben. Diese verbreiteteste Bauform unten näher beschrieben.
  • piezoelektrischer Lautsprecher ("Piezo"): Der Antrieb der Membran durch einen Piezo-Kristall dessen Ausdehnung von der Spannung abhängängt.
  • elektrostatischer Lautsprecher ("Elektrostat"): Zwei parallele gitterförmige Elektroden ein statisches elektrisches Feld aufbauen schliessen eine ein. Strom durch Leiterbahnen auf der Membran die Antriebskraft.
  • magnestotatischer Lautsprecher ("Magnetostat" "Bändchen"): eine Sonderform des Lautsprechers. Hier ist die Membran - ähnlich des Elektrostaten - direkt mit Leiterbahnen versehen. bewegt sich in einem Permanent-Magnetfeld.
  • Ionen- oder Plasma-Lautsprecher: Ein Schallwandler ohne Membran. wird die Luft direkt durch modulierte Hochspannung was lokale Ionisierung und damit Schalldruck verursacht.


Bild eines dynamischen Lautsprechers (Konus-Bauform)

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

Um Frequenzen wiederzugeben deren Wellenlänge grösser ist als Membrandurchmesser ist es wichtig dass der Lautsprecher eine Schallwand eingebaut ist was den direkten der Schalldruckanteile vor und hinter der Membran (sog. akustischer Kurzschluss).
Verbreitete Gehäusebauformen sind u.a.:

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

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

  • Hohe Frequenzen (kurze Wellenlängen) werden mit i.A. Direktivität wiedergegeben
  • Wellenlängen kleiner als der Durchmesser können die zu Partialschwingungen anregen
  • mechanische Verluste innerhalb der Membran können schnelle bedämpfen
Um das hörbare Spektrum abzudecken werden i.A. Lautsprecher mit unterschiedlichen Durchmessern oder Bauformen Hochtöner Mitteltöner oder Tieftöner . Um die Modulations-Spannung in die entsprechenden Frequenzbereiche aufzuteilen setzt man elektrische Filter (Frequenzweichen) Kondensatoren Spulen und Widerständen ein.

Lautsprecher die versuchen den gesamten Audio-Frequenzbereich sog. Breitband -Lautsprecher oder Breitbänder müssen daher die wirksame Membranfläche zu Frequenzen hin reduzieren. Dieses wird durch unterschiedliche (z.B. Tieftonkonus Hochtonkegel) realisiert deren homogene Abkopplung grossen Lautsprechern jedoch nur schwer zu erreichen was i.A. zu einer unzureichenden Hochtonwiedergabe führt. führen die für die Tieftonwiedergabe nötigen hohen zu Modulationen des Hochtonbereichs (Doppler-Effekt).

Eine spezielle Art des Lautsprechers ist Subwoofer der für die Wiedergabe ausschließlich tiefer vorzugsweiseweise unter 80 Hz optimiert ist. Wird ein Subwoofer eingesetzt die sog. "Satelliten" die das Spektrum darüber damit die Lokalisation übernehmen relativ kompakt ausfallen.
Kleine Multimedia -Lautprecher-Systeme erfüllen diese Vorraussetzubgen i.A. nicht da durch die Grösse bedingt - die "Subwoofer" 80 Hz nur unzureichend wiedergeben und die zu den Satelliten eher bei 150 bis Hz liegt. Damit ist die Lokalisation nicht unabhängig vom Subwoofer.



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