Lautsprecher
Ein Lautsprecher ist ein Bauteil der Elektrotechnik, das elektrische Wechselspannung in akustische Schallwellen (Schalldruckwellen) wandelt. Er wird daher auch als Schallwandler bezeichnet (wie auch das Mikrofon, welches den inversen Prozess durchführt).Der Begriff Lautsprecher wird synonym für in Gehäuse eingebaute Lautsprecher (Lautsprecherbox) und einzelne Lautsprecher (Lautpsrecherchassis) benutzt.
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 der 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.
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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:
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).
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).
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 Vorraussetzungen 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.
Sog. PA-Systeme werden zur Beschallung bei Konzerten und Veranstaltungen verwendet. Im Gegendatz zu HiFi Lautsprechern ist hier das Abstrahlverhalten der Systeme ein entscheidender Parameter. Um in Räumen Reflexionen und Nachhall zu reduzieren, ist es wichtig, nur die Bereiche zu beschallen, in denen sich Publikum befindet. Da PA-Systeme i.A. in Gruppen (sog. Arrays oder Cluster) eingesetzt werden, muß das Abstrahlverhalten der Einzelsysteme zudem ihrer jeweilgen Anornung entsprechen, um Überlappung oder Lücken in der Abdeckung der Publikumsbereiche zu verhindern. Weiterhin ist der maximal erreichbare Schallpegel von entscheidender Bedeutung, weshalb im PA-Bereich Lautsprecher mit hohem Wirkungsgrad verwendet werden.
Gängige Funktionsprinzipien
Elektrodynamischer Lautsprecher
Elektrostatischer Lautsprecher
Piezoelektrischer Lautsprecher
Magnetostatischer Lautsprecher
Lautsprecher für unterschiedliche Frequenzbereiche
Um das hörbare Spektrum abzudecken, werden daher i.A. Lautsprecher mit unterschiedlichen Durchmessern oder Bauformen eingesetzt:
Um die Modulations-Spannung in die entsprechenden Frequenzbereiche aufzuteilen, setzt man elektrische Filter, sog. Frequenzweichen aus Kondensatoren, Spulen und Widerständen, ein.Spezielle Anwendungen
Subwoofer
Beschallungsanlagen (PA)
Typische Gehäusebauformen
Luftströmungen im geschlossenen Gehäuse
Luftströmungen im Bassreflexgehäuse
Lautsprecher um 360° gedreht (offen):