Lautsprecher sind Geräte, die durch Aussenden eines Signals Schall erzeugen können. Diese Lautsprecher bestehen in der Regel aus einem kegelförmigen Teil aus Kunststoff, Stoff oder Leichtmetall. Der Kegel ist ähnlich wie ein Trommelfell geformt, und sein äußerer Teil ist an einem Metallrand befestigt, während der innere Teil an einer Eisenspule befestigt ist. Diese Spule befindet sich in einem ausgehöhlten Ring und enthält einen gelben Dauermagneten. Elektrische Signale werden in die Spule eingespeist und verwandeln sie in einen temporären Magneten, der es dem Lautsprecher ermöglicht, Schall zu erzeugen.
Elektromagnete
Elektromagnete in Lautsprechern funktionieren durch die Umwandlung eines elektrischen Signals in mechanische Energie. Die Membran des Lautsprechers bewegt sich, wenn ein Audiosignal an sie angelegt wird. An diesem Konus ist eine Eisenspule befestigt, die bei Anlegen eines elektrischen Stroms magnetisiert wird. Diese Spule pumpt dann Töne in die Luft. Diese Geräte werden technisch als Treiber bezeichnet.
Lautsprecher verwenden eine Kombination aus radialen und axialen Magnetfeldern. Die Größe des Magnetfelds ist wichtig für die Leistungsabgabe des Lautsprechers. Eine größere Schwingspule mit einem schwereren Magneten erzeugt mehr Leistung. Für die Empfindlichkeit und den Frequenzgang spielt die Größe der Magnete jedoch eine geringe Rolle.
Die Stärke des Elektromagneten und seine polare Ausrichtung bestimmen den Betrag der Auslenkung, den der Lautsprecher erzeugen kann. Je mehr Kraft der Lautsprecher hat, desto größer ist die Auslenkung. Um Klang zu erzeugen, muss der elektrische Strom Hunderte von Malen pro Sekunde bewegt werden. Bei einigen High-End-Modellen werden für verschiedene Frequenzen unterschiedliche Konusgrößen verwendet.
Ein Elektromagnet ist ein Bauteil, das ein Magnetfeld erzeugt, wenn ein elektrischer Strom durch es fließt. Sobald der Strom aufhört zu fließen, baut sich das Magnetfeld ab. Der Lautsprecher benötigt außerdem einen Isolator, um Schall und Wärme abzuhalten. Um die Rolle eines Elektromagneten in Lautsprechern zu erforschen, können sich die SchülerInnen das Science Friday Video mit dem Titel “How to Make a Junk Guitar” ansehen. Sie sollten die Materialien beschreiben, die im Video verwendet werden, und erklären, warum ein Magnet notwendig ist. Anschließend erforschen sie einen einfachen Lautsprecher, der aus Haushaltsmaterialien hergestellt werden kann.
Die Elektromagnete in Lautsprechern werden zur Erzeugung von Schallwellen verwendet. Je mehr Induktion, desto mehr Klang. Je größer die Spule, je mehr Windungen und je stärker der Magnet, desto besser ist die Klangqualität des Lautsprechers. Die Induktionsmenge ist jedoch begrenzt. Daher kann der Lautsprecher ohne eine bestimmte Leistung keinen Ton erzeugen.
Magnete werden häufig in vielen alltäglichen Anwendungen eingesetzt. Sie verschließen nicht nur Türen, sondern auch Tresore. Sie verursachen auch Vibrationen und Bewegungen. In diesem Kurs lernen die SchülerInnen etwas über Elektromagnete in Lautsprechern und entwerfen ihren eigenen funktionierenden Lautsprecher.
Akustische Aufhängung
Das Prinzip der akustischen Aufhängung von Lautsprechern gilt für alle Lautsprecher mit geschlossenen Gehäusen. Es sollte jedem, der schon einmal Lautsprecher gehört hat, intuitiv einleuchten. Die akustische Aufhängung ist der beste Weg, um einen tiefen Bassbereich zu erreichen, ohne die Klarheit des Klangs zu beeinträchtigen. Dieses Prinzip gilt auch für die Bassgitarre, die einen großen Tonumfang hat und daher eine lange Schwingspule und gute Bewegungsfreiheit benötigt.
Die akustische Federung wird häufig bei herkömmlichen Tief- und Mitteltönern eingesetzt. Das Prinzip ist auch auf geschlossene Subwoofer anwendbar. Dieses Prinzip ist für diese Lautsprecher besonders wichtig, da es sehr schwierig ist, mit herkömmlichen Chassis einen Subwoofer mit einem flachen Frequenzgang bis hinunter zu 20 Hz zu bauen.
Die akustische Aufhängung von Lautsprechern ist für eine hohe Klangqualität sehr wichtig. Um eine hohe FAR zu erreichen, sollte ein Subwoofer eine hohe Konusmasse und eine hohe Nachgiebigkeit haben. Außerdem muss er über die richtige Magnetstärke für die vorgesehene Anwendung verfügen. Daher gibt es nur sehr wenige Vollbereichslautsprecher, die über eine echte akustische Federung verfügen.
Ein weiterer Vorteil der akustischen Aufhängung ist, dass sie einen flacheren Frequenzgang erzeugt. Dies ist besonders bei niedrigen Frequenzen wichtig, da die akustische Aufhängung weniger mit den akustischen Eigenschaften des Raums interagiert. Die akustische Aufhängung ist auch bei der Aufstellung von Lautsprechern praktisch, und sie lässt sich gut in das übrige Soundsystem integrieren.
Akustische Hängelautsprecher sind beliebt, aber heute nicht mehr so verbreitet wie noch vor Jahrzehnten. Sie waren von den späten 1950er bis zu den frühen 1970er Jahren sehr beliebt und erleben aufgrund der Beliebtheit von Desktop-Musiksystemen ein Comeback. Diese Lautsprecher sind in der Regel größer als portierte Modelle, aber die Klangqualität ist besser und die Stereoabbildung detaillierter.
Die gebräuchlichste Art, Lautsprecher mit akustischer Aufhängung auszuwählen, ist die Verwendung einer geschlossenen Box. Diese Lautsprecher benötigen mehr Leistung als Bassreflex-Lautsprecher. Sie werden in der Regel von einer externen Stromquelle gespeist.
Schwingspule
Eine Schwingspule in einem Lautsprecher ist ein elektroakustischer Wandler. Die Spule ist ein gewickelter Leiter, der sich in einer kreisförmigen Bewegung bewegt und normalerweise in einem Magnetfeld aufgehängt ist. Das Prinzip der Drehspule wurde erstmals von Ernst W. Siemens in einem Patent aus dem Jahr 1874 beschrieben. Siemens beschreibt den Wandler als eine Vorrichtung zum mechanischen Bewegen einer elektrischen Spule. Er erwähnt auch die Verwendung einer Drehspule in einem Lautsprecher zur Erzeugung hörbarer Signale.
Schwingspulen in Lautsprechern sind wichtige Bestandteile eines jeden Audiosystems. Ihre Qualität wirkt sich direkt auf die Leistung eines Tonwiedergabesystems aus. Aus diesem Grund arbeiten Ingenieure seit Jahren an der Entwicklung von hochwertigen Lautsprechern. Um einen hochwertigen Klang aus Lautsprechern zu erzeugen, müssen die Ingenieure zunächst ein Modell entwickeln, das einen virtuellen Prototyp verwendet. Anschließend können sie Experimente durchführen und das Modell verifizieren.
In den Anfängen der Lautsprechertechnologie wurden die Spulen häufig aus dünnen Drähten und einer Metalllegierung namens Alnico hergestellt. Alnico hatte eine geringe Magnetkraft pro Längeneinheit und eine hohe Flussdichte. Aufgrund dieser Eigenschaften mussten die Magnete lang und dünn sein, um eine ausreichende Kraft zu erzeugen. Dies bedeutete Kompromisse bei der Konstruktion von Lautsprechern.
Die bewegte Masse einer Spule bestimmt den Wirkungsgrad der Antriebseinheit. Kupferdraht ist aufgrund seiner hohen Leitfähigkeit und seiner hohen Dichte das ideale Material für die Spule. Aluminium ist jedoch in dieser Hinsicht besser. Im Allgemeinen sind Aluminiumdrähte effizienter als Kupfer. Darüber hinaus ist er leichter und dünner als Kupfer.
Eine Schwingspule in einem Lautsprecher kann einen hochwertigen Klang mit einem hohen Wirkungsgrad erzeugen. Ein Treiber mit hohem Wirkungsgrad benötigt weniger Strom, was zu einem kleineren Verstärker und einer kleineren Stromversorgung führen kann. Außerdem hat er einen breiten Frequenzgang, was die Empfindlichkeit des Lautsprechers erhöht.
Crystal-Lautsprecher
Während ihrer Arbeit bei Siltech in den Niederlanden entdeckten Crystal Audio und seine Mitarbeiter eine neue Methode zur Entwicklung von Lautsprechern mithilfe einer Computersimulationssoftware namens COMSOL. Diese Software hilft den Ingenieuren, das Resonanzverhalten eines Gehäuses zu untersuchen und herauszufinden, wie seine Form und die eingeschlossene Luftmasse den Klang beeinflussen können.
Die Lautsprecher wurden dann aus Streifen von 3/4 Zoll dickem Glas konstruiert, die einzeln mit Vakuumklebstoff aneinander geklebt wurden. Das Ergebnis war ein äußerst glattes Erscheinungsbild, das ohne Hohlräume oder interne Dämpfungsmaterialien auskam und die Lautsprecher extrem haltbar und verzerrungsfrei machte. Außerdem entfällt die Notwendigkeit teurer akustischer Dämpfungsmaterialien.
Der Lautsprecher stößt dann auf Moleküle in der Luft und erzeugt eine Reihe von Kollisionen. Diese Kollisionen senden Signale an die Nervenzellen im Ohr. Dieses Signal wird dann vom Gehirn verarbeitet und ermöglicht die Interpretation des Schalls. An diesem Prozess ist eine unvorstellbare Anzahl von Atomen beteiligt. Diese Teilchen bewegen sich in geraden Linien, bis sie aufeinander stoßen, und die Auswirkungen des Zusammenstoßes können eine große Entfernung zurücklegen.
Obwohl das Verfahren zur Herstellung von Kristallradios bereits im 19. Jahrhundert entwickelt wurde, fand es erst Mitte des 20. Jahrhunderts breite Anwendung. Diese Technologie wurde jedoch schließlich verbessert, und Kristallradios wurden zu einem praktischen Funkempfänger. Sie wurden zunächst in der frühen Funktelegrafie und in Morsegeräten eingesetzt. Dann wurden Kristallradios für die Sprachkommunikation eingesetzt.
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