In der HiFi-Welt gilt das Gesetz: Ohne Schallwandler kein Klang. Mit Ausnahme von Akustik-Nerds wissen allerdings die Wenigsten etwas über das Bauteil, das in jedem Lautsprecher drinsteckt. Wir erklären, wofür genau Schallwandler da sind und wie sie funktionieren. Es wird zwischendurch etwas technisch, aber das Lesen lohnt sich.
Ein Schallwandler wandelt Schall – oder so …
So trivial die Erklärung auch klingen mag – für den Anfang ist sie gar nicht so schlecht. Es geht tatsächlich ums Umwandeln; entscheidend ist dabei, was umgewandelt wird. Schallwandler (auch Treiber genannt) sind in Lautsprechern und Kopfhörern dafür zuständig, elektrische Signale in Schallwellen umzuwandeln. Sie kommen überall dort zum Einsatz, wo aufgenommene (reproduzierbare) Musik zum Klingen gebracht werden soll – unabhängig von der Art des Speichermediums. Das trifft auf digitale Daten genauso zu wie auf die in den Rillen einer Vinyl-Schallplatte gespeicherten analogen Informationen.
Schallwandler sind aber auch mit von der Partie, wenn die Schallwellen den umgekehrten Weg nehmen – nämlich bei der Aufnahme. So handelt es sich bei Mikrofonen ebenfalls um Schallwandler. Sie transformieren Schallwellen in elektrische Signale.
Wie funktioniert ein Schallwandler?
Ein Schallwandler in einem Lautsprecher lässt also aus elektrischen Signalen Schallwellen entstehen. Dabei wird Energie aus einer Form in eine andere überführt: von elektrischem Strom zu wellenförmigen Druckveränderungen der Luft (Schall). Zu diesem Zwecke wird eine Lautsprechermembran – der sichtbare Teil eines Schallwandlers – mit einer ganz bestimmten Auslenkung und Frequenz zum Schwingen gebracht.
Die Membran in Lautsprechern und Kopfhörern ist in der Regel mit einer beweglichen Schwingspule verbunden. Diese wird durch Wechselstrom in Schwingung versetzt. Der Wechselstrom kommt von einem Wandler, der die Audiosignale in elektrische Impulse übersetzt. Je nach Speichermedium leistet eine andere Art von Wandler diese Arbeit: Bei digitalen Wiedergabemedien ist es ein D/A-Wandler (D/A = digital zu analog) und bei Vinyl – also analogen Toninformationen – ein Tonabnehmer.
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Schallwandler in Aktion
Zu abstrakt? Dann wollen wir versuchen, die Arbeit von Schallwandlern am Beispiel eines Konzerts nachvollziehen:
Wenn auf der Bühne die Sängerin ins Mikrofon singt, treffen Schallwellen auf eine Membran, die als Teil des Schallwandlers im Mikrofon verbaut ist. Die Membran schwingt und die Schallwellen werden zu elektrischen Signalen umgewandelt, die per Kabel oder Funk zum Mischpult geleitet und dort verarbeitet und gemixt werden. Die „fertigen“ Signale dann werden zu den großen Line-Array-Lautsprechern geschickt. Ihre Membranen beginnen – angetrieben durch Wechselstrom – zu schwingen und es entstehen Schallwellen. Diese versetzen idealerweise die Menschen in Bewegung, regen zum Tanzen an und machen glücklich.
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Die verschiedenen Varianten von Schallwandlern
Was wir bisher als schwingende Membranen beschrieben haben, kann in der Praxis ganz unterschiedlich umgesetzt werden. Hier kommt ein kurzer Überblick über die wichtigsten Arten von Schallwandlern:
Elektrodynamischer Schallwandler
Elektrodynamische Schallwandler sind die mit Abstand am häufigsten verbaute Variante in Kopfhörern und Lautsprechern. Diese Wandler sind günstig in der Herstellung, vergleichsweise einfach zu verbauen und liefern eine hohe Klangqualität. Die zentralen Bauteile sind eine bewegliche Spule und Dauermagnete. Die Schwingspule wird durch Wechselstrom innerhalb eines Permanentmagnetfelds angetrieben. Dabei wird sie im Wechsel angezogen und abgestoßen. An der Spule ist wiederum die Membran befestigt, wodurch sie in Bewegung versetzt wird und Schallwellen erzeugt.
Elektrostatischer Schallwandler
Was vorhin noch beweglich und günstig war, ist jetzt statisch und teuer. Ein elektrostatischer Schallwandler besteht aus einer extrem dünnen Membran, die zwischen zwei Metallplatten eingespannt ist und durch die elektrische Spannung direkt zum Schwingen gebracht wird. Die Schwingspule als Mittler entfällt also. Was in der Theorie erst einmal einfach klingt, ist in der Umsetzung recht teuer. Diese Variante kommt deswegen – wenn überhaupt – nur in High-End-Lautsprechern zum Einsatz. Was die Klangqualität angeht, spielt sie dementsprechend auch in der Champions League.
Balanced-Armature-Schallwandler
Beim dritten Schallwandlertyp ist eine Art Anker (engl. „armature“) entscheidend. Dieser ist nur an der Membran befestigt und von Magneten umgeben. Der Wechselstrom liegt am Anker an und versetzt ihn in Bewegung. Der Vorteil des Balanced-Armature-Schallwandlers (BA) liegt darin, dass wenig Energie dafür benötigt wird, Klang zu erzeugen. Weil der BA-Schallwandler außerdem sehr klein ist, wird er vor allem in In-Ear-Kopfhörern verbaut.
Magnetostatische Schallwandler
Bei dieser Art von Schallwandlern wird ein grundsätzlich anderes Konzept verfolgt als bei den bisher genannten. In diesem Fall sind Leiterbahnen direkt auf der Membran angebracht. Auf jeder Seite der Membran sind außerdem zwei Dauermagnete integriert. Durch Magnetisierung wird die Membran zu beiden Seiten bewegt. Diese Variante findest du am ehesten in Kopfhörern, da die Methode mit wenig Energie auskommt. Nachteil ist das vergleichsweise hohe Gewicht.
Elektromagnetische Schallwandler
Der Vollständigkeit halber erwähnen wir noch den elektromagnetischen Schallwandler, er wird heutzutage nicht mehr produziert. Das liegt an der schlechten Klangqualität. Zu Zeiten von Grammophonen waren elektromagnetische Schallwandler mit Eisenmembran dagegen üblich.
Nicht nur die Antriebsvarianten innerhalb eines Schallwandlers können sich unterscheiden, auch Architektur und Abstrahlverhalten von Wandlern können unterschiedlich umgesetzt werden. In unserem Blog-Artikel zu Kalotte, Horn und Konus stellen wir das Thema näher vor.
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Das Wichtigste zu Schallwandlern zusammengefasst
- Schallwandler wandeln elektrischen Strom in Schallwellen – oder umkehrt.
- Sie kommen in Lautsprechern, Kopfhörern und Mikrofonen zum Einsatz.
- Zentrale Bauteile der meisten Schallwandler sind eine Schwingspule und eine Membran.
- Neben elektrodynamischen Schallwandlern gibt es weitere Varianten wie elektrostatische und Balanced-Armature-Schallwandler.
