Wissen: Wie funktioniert ein Lautsprecher?

Dass aus einem Lautsprecher Töne kommen, dürfte selbst Nicht-Audiophilen klar sein. Aber wie funktioniert eine Box eigentlich, wie werden Audio-Daten in Klangereignisse umgesetzt? Wir erläutern die einzelnen Schritt von der Verarbeitung des Musiksignals bis zum Schwingen der Lautsprecherspule.

Musikdaten werden zu elektrischen Impulsen

Wie funktioniert ein Lautsprecher? Man könnte es so auf den Punkt bringen: Er wandelt codierte Audiosignale in Schallwellen um – deswegen bezeichnet man ihn auch als Schallwandler. Die Daten können wie auf einer Schallplatte analog oder wie bei CD oder MP3 digital vorliegen. Da kein Lautsprecher etwas mit digitalen Daten anfangen kann, muss der binäre Code vorher in ein analoges Signal, genauer gesagt in Wechselspannung umgewandelt werden.

Das erfolgt über einen Digital-Analog-Wandler (DAC). Häufig ist der DAC in Wiedergabegeräten bereits integriert. Für analoge HiFi-Anlagen und andere Einsatzbereiche sind externe Wandler im Handel erhältlich.

Das Stromsignal muss zum richtigen Schallwandler

Sobald die Audiodaten als Stromimpulse vorliegen, geht die Aufbereitung für die Lautsprecher weiter. Lautsprecher im HiFi- und Heimkino-Bereich sind meist als Mehrkanallautsprecher konzipiert. Das bedeutet, dass in einem Gehäuse zwei, drei oder sogar vier Schallwandler integriert sind. Jeder Schallwandler ist für einen bestimmten Frequenzbereich zuständig. Dabei ist häufig auch von Tief-, Mittel- und Hochtönern die Rede. Die als Wechselspannung vorliegenden Stromimpulse müssen nun ihrer Frequenz entsprechend zu den ihnen zugeordneten Schallwandlern geleitet werden.

Dafür ist die Frequenzweiche zuständig. Je nach System kann die Weiche innerhalb oder außerhalb des Lautsprechergehäuses untergebracht sein. Sie besteht aus einer Anordnung von Widerständen, Kondensatoren und Spulen. Während Kondensatoren höhere Frequenzen weiterleiten, werden diese von Spulen gekappt. Bei welchen Frequenzbereichen die Trennung erfolgt, ist je nach Lautsprecher unterschiedlich.

Der Verstärker greift dem Signal unter die Arme

Ein Schritt fehlt noch, damit die Schallwandler die Stromimpulse in Schallereignisse umwandeln können: Das Signal ist normalerweise zu schwach, um die Lautsprecher zu befeuern. Aus diesem Grund wird ein Verstärker (Amplifier) vorgeschaltet.

Das aus den gespeicherten Audiodaten generierte Stromsignal dient bei einem bipolaren Transistor, wie er in den meisten Verstärkern eingesetzt wird, als Steuersignal. Es regelt die Spannung des Stroms, der durch den Verstärker fließt. Ein Verstärker kann seinen Strom beispielsweise aus der Steckdose oder einem Akku beziehen. Wie dieses Prinzip im Einzelfall umgesetzt wird, hängt vom Verstärker ab. Man unterscheidet zwischen verschiedenen Verstärkerklassen. Bei sogenannten Aktivlautsprechern sind sowohl der Verstärker als auch die Frequenzweichen in den Lautsprecher integriert.

 

querschnitt lautsprecherDas Schwingen beginnt

Nachdem die Musikdaten in analoge Signaleumgewandelt, zu den richtigen Schallwandlern gelenkt und verstärkt wurden, kann ein Lautsprecher endlich Schallereignisse erzeugen. Das erfolgt immer nach dem gleichen Prinzip:

  • Eine Lausprechermembran wird in Schwingungen versetzt.
  • Diese Schwingungen verändern den Luftdruck in der unmittelbaren Umgebung.
  • Die Luftdruckveränderungen wandern als Schallwellen durch den Raum zu unserem Ohr.
  • Die Frequenzhöhe des Schallereignisses wird über die Schwingungsfrequenz der Lautsprechermembran gesteuert.

Der Antrieb der Membran erfolgt in der Regel über eine bewegliche Schwingspule und einen festverbauten Dauermagnet. Das Verfahren basiert auf dem elektrodynamischen Prinzip und wurde erstmals Ende des 19. Jahrhunderts eingesetzt. Dabei durchfließt das verstärkte Wechselstromsignal die Schwingspule und erzeugt ein magnetisches Feld. Die Spule ist nach vorne und hinten beweglich und besteht in der Regel aus einem leitenden Draht und einem Träger.

Der Wechselstrom polt die Spule laufend um. Da sich diese innerhalb des Magnetfelds des Dauermagneten befindet, wird sie angezogen und abgestoßen. Die dabei wirkende Kraft wird als Lorentzkraft bezeichnet. Der Magnet besteht in der Regel aus Ferrit oder Neodym. Die Frequenz der Umpolung des Stroms bestimmt die Frequenz, mit der die Spule an- und abgestoßen wird – und damit, wie schnell die Lautsprechermembran schwingt.

Diese Animation zeigt anschaulich den Aufbau eines Lautsprechers:

Die Lautsprechermembran schiebt die Luft an

Die Membran eines Lautsprechers ist so verbaut, dass sie die Bewegungen der Spule exakt mitvollzieht. Dafür ist sie zum einen an der Schwingspule und zum anderen an Sicke und Spinne befestigt. Diese elastischen Bauteile gewährleisten ähnlich wie Federn, dass sich die Membran stets in ihre Ausgangsposition zurückbewegt.

Durch ihr Schwingen schiebt die Membran die Luft in ihrer Umgebung an. Diese Veränderungen des Luftdrucks breiten sich im Raum als Schallwellen aus. Wir haben bereits erwähnt, dass je nach Frequenzbereich andere Schallwandlerarten eingesetzt werden. Ein entscheidender Grund dafür ist, dass Schallwellen bei tiefen Frequenzen deutlich länger sind als bei mittleren und hohen Frequenzen. Für Bässe sind daher große Membranen mit schweren Schwingspulen geeignet, um ein entsprechend großes Luftvolumen anzuschieben. Für höhere Frequenzen wären sie dagegen zu träge. Daher ist der Membrandurchmesser bei Mittel- und Hochtönern deutlich kleiner.

Folgende Produkte könnten Sie interessieren:

Ultima 40 Mk2 - Stereo Towers

Ultima 40 Stereo


zu weiteren Infos

Fazit: Am Ende muss es schwingen

  • Die Musikdaten liegen entweder als analoge oder digitale Informationen vor.
  • Sie werden in Stromimpulse umgewandelt.
  • Ein Verstärker erhöht die Stärke der Stromimpulse, sodass sie die Lautsprechermembran antreiben können.
  • Zunächst bringt der Wechselstrom eine Schwingspule in Bewegung, die sich im magnetischen Feld eines Dauermagneten befindet.
  • An der Schwingspule ist die Lautsprechermembran befestigt. Sie nimmt die Frequenz der Stromimpulse auf, schwingt mit und erzeugt auf diese Weise Schallwellen.

Titelbild: ©Disco-Dan, The Womp, bestimmte Rechte vorbehalten. Quelle: Flickr
Bild1: ©lain, Cutaway view of a dynamic loudspeaker, bestimmte Rechte vorbehalten. Quelle: Wikimedia

Wissen: Wie funktioniert ein Lautsprecher?
4.9 (98.46%) 13 votes

Ähnliche Beiträge

Kommentar verfassen

Ihr Kommentar wird von einem Moderator überprüft, bevor er auf der Website erscheint.

Autor

Teufel Blog Redaktion

Teufel Blog Redaktion

Alles über Lautsprecher, Heimkino und HiFi-Trends. Zudem haben wir jede Menge praktische Tipps und Tricks für zu Hause.