Den perfekten Lautsprecher gibt es noch nicht

Artikel von Carla Columna am 19. Dezember 2018 um 15:40 Uhr im Forum Musik & Musiker - Kategorie: Technik

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Den perfekten Lautsprecher gibt es noch nicht

19. Dezember 2018     Kategorie: Technik
Im Zentrum eines jeden Lautsprechers sitzt die konusförmige Membran aus Papier, oder seltener aus Plastik oder Metall. Ihr äußerer Rand hängt elastisch in einem metallenen "Korb"; ihr schmales hinteres Ende ist mit einer Spule verbunden, die wiederum in einem ringförmigen Permanentmagneten steckt, dieser ist auch für das hohe Gewicht leistungsstarker Lautsprecher verantwortlich. Wird nun Strom durch die Spule geleitet, verursacht dies ein Magnetfeld welches zur Abstoßung oder Anziehung zum Magneten führt. Je nach Stromstärke stärker oder schwächer. Dabei kommt, die Membran ins Schwingen und überträgt so Schallwellen in die Luft.

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je kleiner der Lautsprecherdurchmesser desto höhere Töne kann er erzeugen, da so schnellere Schwingungen also höhere Tonfrequenzen möglich sind. Die Trägheit einer flächigeren Membran erschwert es so hohe Frequenzen zu erreichen. Für mittlere Töne von 300 Hertz bis 5 Kilohertz eignen sich Membranen mit 8 bis 16 Zentimeter Durchmesser, für tiefe Töne eigenen sich große Membran mit Durchmessern bis 40 Zentimeter. Da vor allem große Lautsprecher im Tiefton-Bereich auch Luft nach hinten verdrängen beim Schwingen, werden in die Gehäuse der Box Löcher an der Rückseite platziert um den Druck nach Außen freizugeben.

Diese Beschaffenheit macht es allerdings schwer einen "Original" Sound wiederzugeben, weil die Lautsprecher nur in eine jeweilige bestimmte Richtung ihren Schallkegel abgeben. Die kleineren Hochtöner strahlen einen engeren Schallkegel ab als Mitteltöner, außerhalb dieses Kegels hört man sie kaum noch. Deshalb verändert sich das Klangbild deutlich, wenn ein Hörer seine Position zur Box wechselt – die verschiedenen Frequenzen erreichen sein Ohr nicht mit der korrekten Lautstärke. Der Ton scheint dumpf, die räumliche Auflösung des Stereoklangs verschwindet.

Die Kunst einen guten Klang im Raum zu bekommen liegt also schon im Aufbau der Box und den darin verbauten hochwertigen Einbaulautsprechern. Weder Leistung noch Anzahl sind dafür direkt ausschlaggebend. Viel Mathematik und Physik ist gefragt um ein optimales Verhältnis zu bekommen, welches auch alle gemischten Tonlagen realistisch wiedergeben kann.

Es gibt aber auch einfache Lösungswege, die Boxen werden im Raum verteilt. Aber selbst das hilft nicht unbedingt, denn der Schallkegel der jeweiligen Boxen bleibt und die verschiedenen Frequenzbereiche werden so nicht besser überlagert sondern ggf sogar noch benachteiligt. Das heißt was für Kino-Effekte wie Surround gut ist, muss nicht gut für Musik oder andere Audiosignale sein. Tatsächlich hat sich gezeigt, das die 2.1 Soundsysteme hier das größte Spektrum an Anwendungsbereichen bieten zu verhältnismäßig kleinem Aufwand.

Andere Lösungen verschiedener Hersteller werden immer besser, doch eine Perfekte Lösung gibt es bisher noch nicht:

Der britische Hersteller KEF ist deshalb dazu übergegangen, Hochtöner und Mitteltöner in einem gemeinsamen Chassis zu integrieren (Uni-Q-Technik). Der Mitteltöner dient dabei als Wellenleiter für die Schwingungen des Hochtöners. Beide senden ein Summensignal in einem gemeinsamen Schallkegel. Membranlautsprecher sind in erster Näherung punktförmige Schallquellen; die Wellenfront entfernt sich also radial von der Quelle und bildet ein Kugelsegment (eine wirkliche Punktquelle würde eine Kugelwelle emittieren). Die Schallenergie nimmt deshalb mit der dritten Potenz des Kugelradius ab, oder technisch ausgedrückt: Mit jeder Verdopplung der Distanz verringert sich die Lautstärke um rund sechs Dezibel (zehn Dezibel entsprächen etwa einer Halbierung). Überlagern sich dann die Wellenfronten separater Boxen, ergibt sich nur in einem engen Raumbereich zwischen ihnen ein originalgetreues Schallfeld. Um dieses herum verschmieren Lautstärke- und Laufzeitunterschiede einmal mehr den Gesamtklang.

Auf Linie gebrachte Lautsprecher

Eine Lösung konzipierte der amerikanische Hersteller Bose für Bühnenauftritte. Damit ein Musiker klar im Gesamtklang ausgemacht werden kann, besitzt sein "Personalized Amplification System" einen Linienlautsprecher, der zylindrische Schallwellen abstrahlt. Der Vorteil: Die Energie sinkt im Kreissegment eines solchen Zylinders nur mit dem Quadrat des Radius, sodass die Lautstärke nur um drei Dezibel abnimmt. Um eine solche Linie zu bauen, werden Lautsprecher aus schwingenden Kristallen, so genannten Piezokeramiken, übereinander gesetzt.

Auch Flächenlautsprecher arbeiten ohne Membran. Vielmehr wird eine Platte durch einen Elektromagneten in Schwingung versetzt und strahlt eine ebene Wellenfront ab. In der Praxis vergrößert sich der Schallkegel so auf etwa 130 Grad, innerhalb dieses Winkels wird ein Ton gleich laut gehört. 1971 scheiterte ein solches Unterfangen, weil die über die Platte laufenden Biegewellen an ihren Rändern refl ektiert wurden und mit dem Ausgangssignal interferierten. Forscher des Elektronikkonzerns Siemens entwickelten einen schnellen Prozessor, der das Signal im Vorhinein analysiert und dann so modifiziert, dass die unvermeidlichen Reflexionen durch zusätzliche Wellen ausgelöscht werden. Gemeinsam mit dem deutschen Möbelhersteller Brinkmann brachte das Unternehmen kürzlich einen als Schranktür getarnten Hoch- und Mitteltöner (SieSonic) auf den Markt.

Fazit - auf das Output-Signal kommt es auch an
Doch letztendlich bringt all die Technik nichts, wenn das Dateiformat welches die Audiosignale speichert, komprimiert und beschnitten ist. Somit fehlen viele Frequenzbereiche, welche der normale Lautsprecher ohnehin nicht korrekt wiedergeben würde oder den Frequenzbereich gar nicht abdeckt.
 

Kommentare

#2 20. Dezember 2018
Theoretisch kann ein einziger (mitteltöner) Lautsprecher fast alle hörbaren Frequenzen erzeugen. Mehrere Lautsprecher sind aber nötig um Musik korrekt wieder zu geben. Denn zB bei einem Konzert oder in der "Realität" gibt es viele Tonquellen die sich Überlagern. Um das abzubilden, ist es nötig das mehrere Lautsprecher parallel ihre Frequenzen "überlagern". Das Problem wurde gut beschrieben, denn durch die unterschiedliche Position der Lautsprecher und der unterschiedlichen Größe, überlagern sich diese Töne nicht so wie es im original wäre. Das hinzubekommen bedarf also mehrerer Winkel in denen die Schallwellen abgegeben werden.

Ich habe noch von einer experimentellen Tonerzeugung gehört, diese versucht Stimmbänder zu imitieren. Allerdings habe ich schon lange nichts mehr dazu gehört. Die Technik wäre auch deutlich aufwendiger, zum einen wäre es nötig die Bänder zu formen zum anderen Luftstrom zu erzeugen. Es würde sich wohl alleine schon aufgrund der Komplexität nicht am Markt durchsetzen und wäre viel zu teuer.

Aber gut, für den PC um digitale MP3 abzuspielen reichen auch normale Boxen aus ^^ Lohnt sich höchstens für Schallplatten oder sonstige Analogmedien was besseres anzuschaffen. Sobald eine Digitalisierung stattfindet wird alles zwischen den "Bits" verworfen, was aber wohl kein großer Beinbruch ist, problematisch wird es, wie oben im Artikel steht, wenn die Kompression einsetzt, welche einige Audiodaten wegschneidet.

Aber bei dem Lärm den ich mir zeitweise angehört hab, war das eh egal ^^ An Feiertagen darf auch mal Vinyl aufgelegt werden.