1. Theorie Lautsprecher

1.1 Lautsprecherarten

1.1.1 Tauchspulenlautsprecher

Dieses Prinzip wird in den meisten Lautsprechern verwendet, daher wurde dieser Typ auch später im Selbstbauprojekt umgesetzt. Technisch gesehen zählen Tauchspulenlautsprecher zu den dynamischen Lautsprechern, die elektrodynamisch angetrieben werden.Das Herzstück dieser Lautsprecher sind ein Magnet und eine Magnetspule. Der Magnet liegt im Fuss des Lautsprechers und die Magnetspule umfasst ihn von oben. Die Spule ist direkt mit der Abdeckklappe und der Membran verbunden, alles zusammen ist über die bewegliche Sicke mit dem Lautsprecherkorb verbunden. Mittels der Spinne wird die Spule zentriert.Um Töne wiederzugeben, muss Strom durch die Spule fliessen, welche dadurch magnetisiert und vom Magneten angezogen wird. Dadurch wird die Membran in Schwingung versetzt und es entsteht Schall welcher vom Gehör wahrgenommen werden. Ein Lautsprecher ist eigentlich ein Gerät zur Umwandlung von Energie und bei diesem Typ von Lautsprecher wird elektrische Energie mittels Magnetismus in akustischer Energie (Schall) umgewandelt. Magnetismus und Schall werden deshalb weiter unten noch beschrieben (vgl. 1.2 und 1.3).

Tauchspulenlautsprecherschema

1.1.2 Piezo-Lautsprecher

Dieses Prinzip wird sehr oft in Billiglautsprechern und Autolautsprechern verwendet. Dieser Laut-sprecher benötigt weder Magnet noch Spule. Er nutzt die Eigen schaften von Piezo-Kristallen. Diese Kristalle verformen sich, wenn sie an elektrische Spannung angeschlossen werden. Im Fuss des Lautsprechers liegt ein Piezo-Kristall, an dessen Ober- und Unterseite Elektroden angeschlossen sind, durch die Strom fliesst. Dadurch verformt sich der Kristall. Diese Bewegungen werden an eine Membran weitergeleitet, welche so in Schwingung versetzt wird.

Piezo-Lautsprecherschema

1.1.3 Bändchen-Lautsprecher

Der Bändchen-Lautsprecher arbeitet wie der Tauchspulenlautsprecher mit einem Magnetfeld. Er gehört also auch zu den dynamischen Lautsprechern. Das Magnetfeld entsteht durch zwei Magnete. Durch dieses Magnetfeld verläuft ein kleines Bändchen (z.B. aus Aluminium), das oben und unten fixiert ist und von Strom durchflossen wir. Da Magnetfeld und Stromfluss senkrecht zueinander stehen, entsteht eine Kraft die senkrecht aus der Bildebene hinauszeigt. Durch diese Kraft wird das Bändchen in Schwingung versetzt, was den Ton erzeugt. Das Bändchen ist also gleichzeitig Stromleiter und Membran.

Bändchen-Lautsprecherschema

1.2 Magnetismus

Zum Magnetismus zählen alle physikalischen Erscheinungen magnetischer Kräfte. Am geläufigsten sind normale Magnete, wie sie auch im Haushalt verwendet werden. Auch beim Lautsprecherbau werden solche Dauermagnete benötigt. Doch beim Lautsprecher kommt noch der Elektromagnet hinzu, an den eine Audioquelle angeschlossen werden kann. Diese zwei Typen von Magneten werden jetzt etwas näher beschrieben.

1.2.1 Dauermagnet

Dauermagnete haben dauernd ein Magnetfeld um sich herum und ziehen so magnetisierbare Stoffe und andere Magnete an. Wird ein Dauermagnet bis zu seinem kleinsten Teilchen zertrennt, bleibt ein sogenannter Elementarmagnet mit einem Nord- und einem Südpol übrig. Ein normaler Magnet besteht also aus ganz vielen Elementarmagneten, die alle gleich ausgerichtet sind. Zeigen alle Südpole der Elementarmagneten auf die linke Seite des Magneten, so bildet sich dort auch dessen Südpol. Nord- und Südpol ziehen sich an, doch Nord- und Nordpol oder Süd- und Südpol stossen sich ab. Magnetisierbare Stoffe wie Eisen haben im Innern eigentlich auch Elementarmagnete, diese sind aber überhaupt nicht gleich ausgerichtet. Kommt nun ein Magnet in die Nähe eines magnetisierbaren Stoffes, dann richten sich dessen Elementarmagnete zum Magnetfeld des Magneten aus, und der Stoff wird magnetisch. Wird der Magnet wieder entfernt so dauert es nicht lange und die Ordnung der Elementarmagnete ist nicht mehr vorhanden.

1.2.2 Elektromagnet

Jedes leitfähige Material das von Strom durchflossen ist, wird auch von einem Magnetfeld umgeben. In einem von Strom durchflossenen Draht (Leiter) sind die Magnetfeldlinien in Kreisen um den Leiter, parallel zum Leiterquerschnitt angeordnet. Wird dieser Draht nun zu einer Spule gewickelt, bilden die Feldlinien eine Art Sog durch die Spule. Am Anfang und am Ende der Spule bilden sich Nord- und Südpol. Die Stärke einer solchen Magnetspule ist um einiges höher als die Stärke eines geraden, stromführenden Leiters. Je länger und dünner der Draht ist, desto höher ist sein Widerstand, und je grösser der Widerstand desto stärker ist auch das erzeugte Magnetfeld. Der Widerstand wird in Ohm gemessen und ist beim Lautsprecherbau sehr wichtig. Denn wenn das erzeugte Magnetfeld stärker ist, sind auch die Schwingungen grösser und somit die Lautstärke höher. Normalerweise haben die Magnetspulen von Lautsprechern einen Widerstand von 6-8 Ohm, dementsprechend bringen handelsübliche Verstärker auch ihre Leistung (z.B. 150 Watt) bei diesen Widerständen. Wenn der Widerstand eines Lautsprechers nun über 8 Ohm liegt, haben handelsübliche Verstärker nicht mehr genug Leistung um die gesamte Watt Zahl durch die Spule zu bringen, dies führt dann zu einem Lautstärkeverlust.

1.3 Akustik und Schall

Die Akustik ist die Lehre vom Schall und seiner Ausbreitung. Schall bezeichnet allgemein Geräusch, Töne und Klänge, die sich als kleinste Druckschwankungen in der Luft oder einem Medium (Gase, Flüssigkeiten, Festkörper) ausbreiten und so zu unserem Gehör gelangen. Schall entsteht beispiels-weise durch eine Schwingung eines Gegenstandes. Wenn man an einem gespannten Gummiband zupft entsteht ein Geräusch. Bei Saiteninstrumenten werden die Saiten auch in Schwingung versetzt, die Schwingungen werden durch den Klangkörper des Instruments verstärkt. Bei Lautsprechern wird eine Membran durch Strom in Schwingung versetzt und so eine Schallwelle erzeugt (vgl. 1.1).Je schneller eine Welle auf die nächste folgt, also je kürzer eine Welle ist, desto höher ist die Fre-quenz und somit die Tonhöhe. Die Frequenz wird in Hertz (Hz) angegeben. Die Lautstärke einer Welle wird durch die Amplitude bestimmt. Die Amplitude gibt an wie hoch eine Welle ist.

Schall welle (Schema)

2. Theorie Gehäuse

Das Gehäuse eines Lautsprechers ist für die Montage sehr wichtig und es beeinflusst auch die Cha-rakteristik des Klangs. Wichtig ist es vor allem, um einen akustischen Kurzschluss zu verhindern. Der akustische Kurzschluss entsteht, wenn der von der Unterseite der Membran erzeugte Luftdruck aus dem Lautsprecherkorb strömt und den Weg zur Membranoberseite findet. Dann wird aufgrund des höheren Drucks auf die Membran der Schalldruck reduziert, was wiederum die Lautstärke negativ beeinflusst. Es gibt viele verschiedene Gehäusearten die den Schall der Vorder- und Rückseite der Membran unterschiedlich führen.

2.1 Gehäusearten

2.1.1 Geschlossenes Gehäuse

Das geschlossene Gehäuse ist das einfachste Gehäuse und schützt optimal vor einem akustischen Kurzschluss. Es besteht, wie der Name schon sagt, aus einer geschlossenen Kiste mit einem Loch in der Vorderseite, in welches der Laut sprecher eingesetzt wird. Die Innenseite wird mit Schalldämmmaterial ausgelegt, um Gehäuseschwingungen zu verhindern. Dieses Prinzip hat den grossen Nachteil, dass es die Schwingungen der Membranunterseite nicht nutzt und so Potenzial, vor allem in den tieferen Frequenzen, verschwendet.

Geschlossenes Gehäuse

2.1.2 Bassreflex-Gehäuse

Das Bassreflex Gehäuse ist eigentlich aufgebaut wie ein geschlossenes Gehäuse. Es gibt aber den grossen Unterschied, dass durch ein weiteres Loch im Gehäuse ein Bassreflexrohr eingesetzt wird. Durch dieses Rohr können auch die Schwingungen der Rückseite genutzt werden. Die Luft strömt dabei nicht einfach durch das Rohr hinaus, sondern beginnt darin zu schwingen und wirkt so wie eine eigene Schallquelle.

Bassreflex-Gehäuse

Transmissionline-Gehäuse

Dieses Gehäuse besteht aus einem geschlossenen Gehäuse, in welches ein langer Kanal verbaut ist. Das Ziel dieser Box ist es, die tiefen Frequenzen durch den Kanal nach draussen zu bringen. Die höheren Frequenzen sollen durch die Vorderseite der Membran nach aussen gelangen. Die Innenseite des Kanals wird mit Dämmmaterial ausgelegt, damit die hohen Frequenzen der Membranunterseite absorbiert werden.

Transmissionline-Gehäuse