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Luidspreker

EIN Lautsprecher ist ein Gerät, mit dem elektrisch Signale werden umgewandelt in Klang.

Die wichtigsten Lautsprechertypen sind:

Manchmal ist ein Lautsprecher mit einem Horn ausgestattet, um den erzeugten Klang zu verstärken, dies wird als a . bezeichnet Hornlautsprecher. Die ersten Grammophone verwendeten Hörner, um die Lautstärke zu erhöhen. Die Reichweite einer Stimme wird erhöht, wenn der Sprecher einen Trichter verwendet (Megaphon) benutzt. Hornlautsprecher werden auch häufig für Musikdarbietungen in großen Sälen oder im Freien verwendet. Auch im Wohnzimmer sind Hornlautsprecher anzutreffen. Der Vorteil eines Hornlautsprechers besteht darin, dass aufgrund der hohen Effizienz der elektroakustischen Wandlung kann mit relativ sehr bescheidener Verstärkerleistung eine ausreichend hohe Schallintensität erreicht werden.

Laut DIN 45500 entspricht der Frequenzbereich eines Lautsprechers den Mindestanforderungen der HifiStandard, laufen mindestens von 50 Hz bis 12500 Hz. Auf den Frequenzgang einer Lautsprecherbox sollte übrigens kein übertriebener Wert gelegt werden. In der Praxis wird der Lautsprecher in einem Wohnzimmer oder (speziellen) Hörraum aufgestellt, dessen akustische Eigenschaften sich deutlich von denen eines tot Messraum auf. Der Frequenzgang ein und desselben Lautsprechers kann in beiden Fällen völlig unterschiedlich sein, denn in einem normalen Hörraum gelangt der Schall nicht nur direkt zum Messmikrofon oder zum Hörer, sondern auch indirekt über Reflexionen von Wänden, Möbeln und anderen Gegenständen. Es ist daher nicht möglich, die Wiedergabeeigenschaften einer Lautsprecherbox in a normale Umgebung auf der Grundlage von eins zu eins zu bewerten tot Messraum enthaltener Frequenzgang, wie sie ausnahmslos in Prospekten abgedruckt sind. Besonders kritisch für den Höreindruck erscheint der Frequenzbereich zwischen ca. 2 kHz und 6 kHz.

Elektrodynamischer Lautsprecherbetrieb

Die meisten Lautsprecher funktionieren, weil die Zeit variiert elektrischer Strom durch eine Spule es läuft in einem konstanten oder permanenten magnetisch Feld ist aufgehängt. Dadurch erfahren die Windungen der Spule a Lorentzkraft und auch ein variierender Widerstand (Impedanz). Die Spule ist an der befestigt Lautsprecherkegel. Dabei handelt es sich um eine kegelförmige Membran, die leicht ist und oft aus Papier oder Kunststoff besteht, was dazu führt, dass sich der Kegel genauso bewegt wie der Strom, der durch die Spule fließt, wodurch die Luft in Schwingung versetzt wird. Bei manchen Lautsprechern ist die Spule in eine relativ große Membran eingebaut, die zwischen Magnetstreifen gespannt ist.

Effizienz

Was ein Lautsprecher an Schallleistung leistet, drückt sich in Effizienz, Empfindlichkeit oder Belastbarkeit aus.

Der Wirkungsgrad stellt das Verhältnis zwischen Schallleistung und elektrischer Eingangsleistung dar. Eine sinnvolle Angabe ist der Schalldruck gemessen in Dezibel (dBspl) bei 1 Watt Verlustleistung bei 1 Meter direkt vor dem Lautsprecher.

EIN SPL von 90 dB/1W/1m ist ein realistischer Wert für Lautsprecher 90 dBspl entspricht 1 mW/m² (ein Tausendstel Watt pro Quadratmeter), die Schallfläche auf 1 m beträgt ca. 6 m², so dass die Schallleistung ist 6mW. Bei 1 W Eingangsleistung beträgt der Wirkungsgrad somit 0,6 %.

Die Empfindlichkeit entspricht dem Wirkungsgrad, ist aber bei einer festen Eingangsspannung (meist √8 = 2,83 Volt) statt Leistung definiert, bei einem 8Ω Lautsprecher ist dies gleich, bei einem 4 Ω verdoppeln (3 dB).

Die maximale Belastbarkeit (Watt max. / maximum) gibt an, wie viel elektrische Leistung der Lautsprecher verkraften kann, bevor er durchbrennt. Danach ist es wirklich kaputt, allerdings wird die maximale Ausgangsleistung durch die Auslenkung des Konus und nicht durch die Belastbarkeit begrenzt.

Es gibt verschiedene Arten von angegebenen Tragfähigkeiten, was einen Vergleich erschwert. Die Indikationen Spitzenleistung, Dauerleistung und Musikfähigkeit beziehen sich auf Messmethoden, die sich so stark voneinander unterscheiden, dass sie nicht miteinander verglichen werden können. Außerdem ist "Fähigkeit" hier ein unpassender Begriff. Beginnen Sie immer mit der Wattzahl, wenn diese angezeigt werden Watt R.M.S., was eine berechenbare reelle Leistung ergibt.

Mechanische Aspekte

Ein Lautsprecher wird normalerweise in einem Gehäuse (Box) montiert, um einen unendlichen Resonanzboden zu bilden. Die Lautsprechermembran selbst ist in der Regel hinter einem dünnen Tuch verborgen, das den Schall durchlässt, aber auch vor Einflüssen wie Feuchtigkeit und Berührungsschäden möglichst lange hält. Der Zweck der Box besteht darin, den von der Rückseite des Kegels abgestrahlten Schall zu stoppen. Sonst wäre dieser Ton unerwünscht an stören mit dem von vorne abgestrahlten Schall und würde (tiefe) Töne mit a Wellenlänge größer als der Abstand zwischen Vorder- und Rückseite (um den Lautsprecher gemessen) des Lautsprechers kann stummgeschaltet werden (akustischer Kurzschluss), jetzt sofort Wandschrank man erreicht es unendlicher Resonanzboden die Lautsprecher für eine optimale Wiedergabe benötigen. Aus diesem Grund werden Lautsprecher in der Hutablage eines Autos am besten nahe der Hutablagemitte montiert, um einen großen Resonanzboden zu erhalten, wobei der abgestrahlte Schall nicht oder kaum die Rückseite des/der Lautsprecher(s) erreicht.

Wenn um den Lautsprecher herum genügend Platz ist, können die Interferenzen richtig genutzt werden, um auf einfache Weise einen sehr räumlichen Effekt mit überraschend guten Ergebnissen zu erzielen, siehe Dipol-Lautsprecher.

Bassreflexlautsprecher, mit Hochtöner in der Mitte des Tieftöners integriert (Kef)

Gibt ein Lautsprecher gleichzeitig Bässe und Höhen wieder, kommt es aufgrund der Doppler-Effekt (Intermodulationsverzerrung). Um dies zu reduzieren, kann die Konusauslenkung kleiner gemacht werden. Für die gleiche Tonausgabe wird dann eine große Fläche benötigt. Diese Lösung wurde angewendet auf elektrostatisch und magnetostatische Membranlautsprecher.

Bei elektrodynamischen Lautsprechern wird meist die Lösung gewählt, den Schall auf mehrere Lautsprecher mit jeweils eigenem Frequenzbereich aufzuteilen. Es wird auch die Möglichkeit genutzt, für jeden Frequenzbereich einen spezialisierten Lautsprecher zu verwenden, zum Beispiel a Hochtöner, ein Mitteltöner (auch Squawker genannt) und a Tieftöner. Der Woofer ist für die niedrigen Show und hat die größte Fläche. Diese große Oberfläche ist notwendig, um den Schall von einem niedrigen . zu reduzieren Frequenz effektiv zu produzieren. Hochtöner sind für die Höhen ausgelegt. Um hohe Töne wiederzugeben, ist es besser, eine kleine Fläche zu verwenden, um gerichtete Wirkung und weil eine große Oberfläche bei den hohen Frequenzen unerwünscht ist Resonanzen zeigt an. Ein idealer Lautsprecherkonus ist so steif, dass im vorgesehenen Frequenzbereich keine Resonanzen auftreten. Sowohl Hochtöner als auch Tieftöner arbeiten auch im Mitteltonbereich. Die teureren Lautsprechersysteme haben oft noch mehr Teile, zum Beispiel auch a Subwoofer für die tiefsten Töne. Die Lautsprecherbox enthält oft a Crossover-Filter die den richtigen Teil des elektrischen Signals an den richtigen Lautsprecher sendet. Zu viel Leistung kann den Lautsprecher zerstören.

Niedrigstmögliche Frequenz

Um mit einer kleinen Lautsprecherbox noch tiefe Töne liefern zu können, a Bassreflexbox. Die Luftmasse in der Bassreflexöffnung wirkt als Helmholtz-Resonator, bei dem sich die Luftmasse im Kanal in einem bestimmten Frequenzbereich zu bewegen beginnt. Querschnitt und Länge des Bassreflexports in Kombination mit dem Inhalt der Box bestimmen den Frequenzbereich, in dem der Port aktiv ist. In diesem Frequenzbereich tritt eine akustische Verstärkung auf, die den von der Vorderseite des Lautsprechers abgestrahlten Schall verstärkt. Bei tiefen Frequenzen ist es oft nicht wichtig, ob wir von einem unendlichen Resonanzboden (Box) sprechen oder von vorne abgestrahlt werden. Konstruktionen ermöglichen es, diese Bassreflexöffnung oder Öffnung an der Ober-, Unter- oder Rückseite von Lautsprechern nach dafür vorgesehenen Berechnungen anzubringen.

Ein weiteres Lautsprechersystem, das trotz seiner geringen Abmessungen noch eine gute Wiedergabe im Tieftonbereich bietet, ist das stummgeschaltetes Lautsprechersystem. Dabei wird die Basswiedergabe nicht wie beim Bassreflexgehäuse durch Resonanztore in einen tieferen Frequenzbereich "verschoben", sondern durch die Schwingungen (Resonanz) des Konus unter kritischer Dämpfung. Infolgedessen ist die Bandbreite des Lautsprechers. Das für große Auslenkungen des Lautsprechers notwendige Gehäusevolumen wird durch die Verwendung eines speziell dimensionierten Rohres effektiv erhöht. Es Effizienz, die abgestrahlte Akustik Leistung dividiert durch die elektrische Leistung des Verstärkers, ist gering. Es gibt einen mächtigen Verstärker erforderlich. Ein 100. Verstärker Watt oder mehr pro Kanal ist keine Seltenheit.

In einem kleinen geschlossenen Raum (wie einem Zimmer oder einem Auto) bestimmt die Wellenlänge des Schalls, welche niedrigste Frequenz gut hörbar gemacht werden kann. Dafür gibt es eine einfache physikalische Formel. Das Schallgeschwindigkeit geteilt durch die doppelte Frequenz bestimmt, wie groß die freie Strahlung sein muss, um zu erhalten stehende Wellen vermeiden. Um beispielsweise einen Ton von 20 Hz zuverlässig hörbar zu machen, sind 8,35 Meter von Wand zu Wand erforderlich. In einem kleineren Raum wird eine Box bis 16 Hz (die tiefsten Töne von a Kirchenorgel) also kein Ton ohne stehende Wellen ergeben können.

Diskussion

Zu dem Vorstehenden gibt es unterschiedliche Ansichten. Die Schallgeschwindigkeit in Luft geteilt durch das Doppelte einer gegebenen Frequenz bestimmt die Länge des Doppelten einer Wellenlänge (λ) dieses Tons. Es gibt Leute, die keine Grundlage für die Annahme sehen, dass die 2fache Wellenlänge des tiefsten wiederzugebenden Tons der Mindestabstand von Wand zu Wand eines Raumes sein muss, um diesen Ton richtig wiederzugeben. Sie vermeiden stehende Wellen auch nicht, indem Sie die "freie Strahlung" gleich der Schallgeschwindigkeit dividiert durch die doppelte Frequenz machen. Stehende Wellen können bei jeder Größe des Raumes, in dem das Bild angezeigt wird, im Raum entstehen. Je größer der Raum, desto niedriger kann die Tonhöhe sein, in der sich diese stehenden Wellen entwickeln. Die Möglichkeit, dass in einem Raum stehende Wellen auftreten oder nicht, behindert die Wiedergabe von tiefen Tönen nicht, selbst wenn die Wellenlänge länger als der Raum ist. Die Basswiedergabe in kleinen Räumen könnte in kleinen Räumen sogar besser sein als in großen Räumen, da bei diesen tiefen Tönen keine stehenden Wellen vorhanden sind.

Geräusche

Kleine Räume können die Klangwiedergabe auf andere Weise beeinträchtigen. Aufgrund der kürzeren Wellenlänge können sich die genannten stehenden Wellen in einem höheren Frequenzbereich manifestieren. In diesem höheren Bereich erzeugen mehr Instrumente ihren tiefsten Grundton, und mehr Grundtöne, die in Form einer stehenden Welle im Raum mitschwingen können, erhöhen die Wahrscheinlichkeit dieser lästigen Dröhngeräusche. Auch die Wahrscheinlichkeit einer heftigen Anregung einer schwingenden Luftsäule (Stehwelle) ist in diesem höheren Frequenzbereich größer, da die meisten Grundtöne von Instrumenten auch dort einen etwas lauteren Ton erzeugen können.

Lautsprecherplatzierung

Die beste Wiedergabe wird bei 1/7 der Raumdiagonale erreicht, die mittlere/hohe auf Ohrhöhe Das Aufsetzen auf Styropor hat die gleiche Wirkung wie Spikes auf einer Marmorplatte Die Subwoofer-Wiedergabe wird am stärksten verstärkt (weniger Strom, klingt aber natürlich undefiniert), wenn der Reflexport zur Raumecke zeigt. Dies liegt an der Abstrahlcharakteristik (360°) der tiefen Frequenzen, so dass auch die Platzierung im Verhältnis zu den anderen Lautsprechern weniger wichtig ist; den Abstand zur Ecke oder Wand anpassen, der Lautstärkeunterschied ist sofort hörbar Die freie Abstrahlung bestimmt die tiefste Frequenz, die maximal ohne stehende Wellen wiedergegeben werden kann, diese verursachen eine Interferenz, die den tiefen Ton undefiniert macht. Ein physikalisches Gesetz bestimmt die Wellenlänge, indem es die Schallgeschwindigkeit von 343 m/s (20 Grad Celsius) durch die Frequenz teilt. Bei 5,72 Metern sind 60 Hertz, 20 Hertz nur möglich, wenn es 17,15 Meter sind (Abstand Lautsprecher zur Wand). Vermeiden Sie das Anblasen des Hochtöners, wenn die Höhen zu weich sind, reduzieren Sie den Bass, also entfernen Sie die Lautsprecherbox mehr von der Rück- und Seitenwand.

Elektrische Aspekte

Hoch erreichbar: Es ist wichtig, dass die Bewegungen des Lautsprechers möglichst genau mit den Stromspannung dass die Verstärker liefert. Dafür ist es wichtig, dass die internen Widerstand des Verstärkers und der Widerstand der Kabel so gering wie möglich ist. Das Verhältnis zwischen den Impedanz des Lautsprechers und der Innenwiderstand von Verstärker plus Kabel ist plus Dämpfungsfaktor erwähnt. Ist der Dämpfungsfaktor zu gering, entwickelt der Lautsprecher ein Eigenleben.
Entscheidend ist jedoch die Impedanz in Ohm, die der Verstärker passend zur angegebenen Impedanz (in Ohm) des Lautsprechers angibt, daher ist es wichtig, dass eine gute (ausreichend dicke) Lautsprecherkabel wird eingesetzt. Andererseits werden einigen teuren Kabeltypen Eigenschaften zugeschrieben, die in der Praxis nicht mehr messbar und hörbar sind. Noch besser sind Lautsprecher mit eingebautem Verstärker (aktive Lautsprecher) benutzen. Philips eingeführt in der 70er Jahre die Motional-Feedback-Lautsprecherboxen, bei denen die tatsächliche Bewegung des Lautsprechers durch a Piezoelement gemessen wurde und womit nichtlinear Abweichungen wurden korrigiert.

Trennfilter

Ein passiver Crossover-Filter
Ein aktiver Crossover-Filter

EIN Crossover-Filter (Englisch Crossover-Filter) sorgt dafür, dass bei einem Lautsprecher das Signal des Verstärkers in verschiedene Frequenzbereiche aufgeteilt wird, sodass der Tieftöner nur Signale unterhalb einer bestimmten Frequenz empfängt und der Hochtöner nur Signale darüber. Dies ist notwendig, da ein Lautsprecherchassis nicht in der Lage ist, das gesamte Audiospektrum wiederzugeben. Auch die Frequenzweiche bzw. Frequenzweiche erfüllt eine nicht zu unterschätzende Korrekturaufgabe und soll nicht nur Frequenzen im Sperrbereich ausreichend dämpfen, sondern auch ein günstiges Phasenverhalten aufweisen. Die Eigenschaften eines Crossover-Filters sind von wesentlicher Bedeutung für das resultierende Richtdiagramm und Klangbild einer Lautsprecherkombination beispielsweise in einer Box. Frequenzweichen werden in Multi-Lautsprecherboxen verwendet. Der Crossover-Filter ist ein Gerät, das das Eingangssignal zwischen den verschiedenen Lautsprechern entsprechend den verschiedenen Frequenzen aufteilt. Jeder Lautsprecher: Tieftöner, Squawker und Hochtöner erhält die Frequenzbereiche, für die er ausgelegt ist. Somit werden die Verzerrung und Interferenz zwischen den Treibern reduziert. Die ideale Frequenzweiche hat keine Überlappung der an die verschiedenen Lautsprechersysteme gesendeten Signale. In der Praxis ist dies jedoch mit herkömmlichen analogen Filtern unter Verwendung von Rohstoffen nicht zu erreichen.

Trennfilter können passiv oder aktiv sein.

  • Eine passive Frequenzweiche ist eine elektronische Schaltung, die Kondensatoren, Widerstände, und spülen. Diese Teile teilen das Signal in verschiedene Frequenzbereiche auf, bevor es den Lautsprechern zugeführt wird. Diese Filter teilen ein elektrisches Signal in mehrere kleinere Bänder. Wenn wir aber von den Mitteltönen sprechen, die hauptsächlich Sprachfrequenzen anzeigen, spricht man bei dafür ausgelegten Lautsprechern von einem Bändchenlautsprecher. Ein Zwei-Wege-Filter teilt das Originalsignal in einen Tiefpass und einen Hochpass. Drei-Wege-Filter haben auch einen Bandpass. Das Ergebnis ist, dass beispielsweise ein Hochtonlautsprecher oder Hochtöner vor schädlichen Bässen geschützt ist und diese Verzerrung minimal ist. Die Filterung erfolgt hauptsächlich durch eine Kombination von Spulen und Kondensatoren. An einer Spule, die Impedanz steigt mit zunehmender Frequenz, so dass hohe Töne immer weniger übertragen werden. Bei einem Kondensator hingegen nimmt die Impedanz mit steigender Frequenz ab, so dass Bass nicht durchgelassen werden kann. Eine passive Frequenzweiche benötigt keine externe Stromversorgung. Passive Frequenzweichen werden normalerweise in Lautsprecherboxen installiert und sind der am häufigsten verwendete Typ in Heim- und Low-Power-Anwendungen.
  • Ein aktiver Crossover-Filter ist ein elektronischer Filter, der das Signal in einzelne Frequenzbereiche aufteilt, bevor es dem Verstärker zugeführt wird. Dies setzt einen Verstärker für jeden Lautsprecherbereich voraus. Ein aktiver Frequenzweichenfilter benötigt daher immer eine externe Stromversorgung.

Verformung

Das wichtigste, aber auch schwächste Glied in der Audiokette ist der Lautsprecher, denn von dort kommt der Ton.

Wenn es um Verstärker, CD-Player usw. mit einer Verzerrung von Zehntel- oder Hundertstelprozenten geht, wird bei Lautsprechern die Verzerrung selten angegeben, sondern läuft in Prozent oder sogar Zehntelprozent Töne wird nicht als unangenehm empfunden und man spricht von einem „kraftvollen“ Bass, während man auf höhere harmonische Verzerrungen hört.Auch tiefe Töne klingen meist länger als beabsichtigt, dieser „warme“ Bass ist nicht unangenehm.

Verzerrung.JPG

Das Bild zeigt die Verzerrung eines teuren (ca. 400 €) 10 Zoll oder 26 cm Tieftöner, gemessen vom Hersteller selbst, der in sehr teuren (je ca. 10.000 €) Lautsprecherboxen eingesetzt wird. dBspl auf 1 Meter, das ist 87 dBspl auf 3 Meter, ein satter Klang bei normalem Hörabstand. Oberhalb von 65 Hz bleibt die Verzerrung unter 1%, was allgemein als akzeptabel gilt. Unterhalb von 65 Hz steigt die Verzerrung jedoch auf weit über 3 % bei 40 Hz, einem in der modernen Popmusik gebräuchlichen Ton, und bei 25 Hz auf 10 %. Das sind auch normale Werte für deutlich günstigere Lautsprecher.

Es wurde versucht, Verzerrungen im Bassbereich entgegenzuwirken (z. B. mit Bewegungsrückmeldung (MFB) was übrigens bei noch teureren Lautsprechern noch verwendet wird), was aber dennoch von vielen Audiophilen als Mangel empfunden wird und sich in der breiten Öffentlichkeit nicht durchgesetzt hat. Das ist gar nicht so verwunderlich, wenn man bedenkt, dass moderne Musik im Studio mit den gleichen Lautsprechern gemischt wird wie zu Hause und somit Verzerrungen berücksichtigt werden.

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