Einführung, Begriffe, Elektro-magnetisch, Freischwinger, Dynamik, Elektrodynamik,
Elektrostat, Permanentdynamik, Greencone, Typ-Erkennung
Beispiele, Hersteller, Lautsprecher-Boxen, 3-D-Technik, Zeittafel,
Der Kopfhörer und der Lautsprecher wandeln das verstärkte und demodulierte Hochfrequenzsignal eines Rundfunksenders nach ausreichender Niederfrequenzverstärkung in akustische Signale um.
Dabei wird durch eine Spule in einem Magnetfeld eine Membran in mechanische Schwingungen einer (zumeist Papier / Pappe) gewandelt, die exakt dem elektrischen Signal entsprechen. Die Membran ist am Rand über eine Sicke mit dem Lautsprecher-Chassis verbunden.
Es haben sich verschiedene Schallwandlerprinzipien schon in den ersten Jahren des Rundfunks durchgesetzt. In den ersten Jahren spielten die elektromagnetischen, hochohmigen Kopfhörer (bei Detektorempfängern, aber auch bei Radio) eine grosse Rolle. Diese wurden bald durch effektivere elektromagnetische, hochohmige Lautsprecher (bei Radios) abgelöst. Mit der Einführung der elektrodynamischen aber noch mehr der permanentdynamischen niederohmigen Lautsprecher hat die Entwicklung ihren (vorläufigen?) Abschluss gefunden. Details zur Zeitentwicklung finden Sie hier.
Lautsprecher (bis auf die Elektrostat- und Kristall-Systeme) brauchen möglichst starke Magneten, in deren - oder möglichst dicht bei diesem - stärksten magnetischen Fluss-Bereich sich das beweglich antreibende Teil befinden sollte. Eine Vielzahl von Patenten und kleinen und grossen Sensationen wurden dem geneigten Käufer in Prospekten und Katalogen offeriert, vieles war mehr Schein als Realität. Man darf nicht vergessen, der NF-Frequenzgang des Sendersignals ging über 4,5 bis 5 Khz auf den AM-Bereichen nicht hinaus. Trotzdem wurden Piano-, Konzert-, Reinklang-, elektromagnetische Lautsprecher mit grosser Tonfülle, mit klarer Wiedergabe, grosser Tonreinheit, unverzerrter Wiedergabe, wundervoll weichem vollem Ton, kräftigem Ton, warmem Ton, unerreichter schöner natürlicher Tonwiedergabe, strahlender Klangwiedergabe, usw, usw. angepriesen.
Es wurden in der Frühzeit der Radiotechnik viele Lautsprechersysteme entwickelt. Ziel war eine höherer Wirkungsgrad, eine höhere Lautstärke, eine höhere Verzerrungsfreiheit, ein besserer Klang, eine bessere Übertragungsbandbreite, eine bessere Bassabstrahlung. Die Lautsprecher sollten das alles verarbeiten können. Die typische trichterförmige Form der Membran und des Konus bildete sich erst durch viele Versuche heraus. Metall-, Stoff- Holz-, Papier-Trichter wurden genutzt.
Es ist beim elektromagnetischen Typ (mit einer Impedanz von ca. 2000 Ohm) nicht immer ganz einfach, bei einem unbekannten Lautsprecher den richtigen Typ per Augenschein zu erkennen.
Dieser Artikel kann bei der Bestimmung des Typs helfen. Gerade Standard-Zungenlautsprecher und Freischwinger müssen genau betrachtet werden, um die Bestimmung vornehmen zu können.
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(vom Siemens-D-Zug)
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Auf dieser Seite tauchen immer wieder die Begriffe "Gleichstromauslenkung" und "Magnetische Vorspannung" und "Mechanische Vorspannung" auf:
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Elektromagnetischer , hochohmiger Lautsprecher. Allen elektromagnetischen Lautsprecher ist der U-förmige Magnet eigen. Sonderformen arbeiteten auch mit 2 Magneten . Einige der Systeme können mechanisch nachjustiert werden.
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Hier werden jetzt beide Varianten angesprochen: |
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Dynamischer Lautsprecher. Alle elektromechanischen Lautsprecher haben mehr oder weniger das Problem mit der magnetischen Vorspannung. Auch die mechanische Vorspannung ist teilweise recht hoch. Elektrodynamische Lautsprecher dagegen ((6)) (auch Dynamo-Lautsprecher genannt) schaffen Abhilfe.
Das Magnetfeld wird elektrisch fremderregt und kann hohe Werte annehmen. So kann nun die Antriebsspule sich im Magnetfeld bewegen und den Pappkonus direkt antreiben. Anders als beim elektromagnetischen Lautsprecher, wo die Erregerspule fest montiert ist.
Es ist kein Dauermagnet nötig. Da die Impedanz aufgrund der geringen Windungszahl recht gering ist, wird eine Transformatorankopplung an die Lautsprecherröhre notwendig.
Demgegenüber steht der Vorteil einer nicht mehr vorhandenen Gleichstromauslenkung. Geringe mechanische Vorspannung. Allerdings verbraucht ein Radio mit fremderregten Magneten deutlich mehr Strom. Man kompensiert das teilweise durch Nutzung der Magnetierspule als Siebdrossel im Netzteil.
Der Wirkungsgrad ist recht hoch und die Übertragungsbandbreite grösser als beim elektromagnetischen Lautsprecher. Auch die Verzerrungen sind geringer. Die Impedanz liegt um 5 Ohm. Der Gleichstromwiderstand liegt um 1-5 Ohm.
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Dynamischer Lautsprecher. Sinngemäss gilt hier auch das zum elektrodynamischen Lautsprecher gesagte. Beim permanentdynamischen Lautsprecher ((6)) wird aber keine fremderregte Magnetfeldspule benötigt, der zusätzliche Strom hierfür entfällt. Die Feldspule wird durch einen starken Permanentmagneten ersetzt.
Die Entwickung ging zur Entwicklung von Formen und Materialien, die einen möglichst hohen magnetischen Fluss im Luftspalt erzeugen.
Mit Einführung der Hifi-Anlagen und abgesetzten geschlossenen Lautsprecherboxen wurde eine andere Art der Konus- oder Flachmembran-Aufhängung erforderlich.
Hatten alle Radio-Lautsprecher bis dahin relativ harte Aufhängungen am äusseren Rand der Pappmembran and der Rand-Sicke und an der Führung des Konus nahe der Spule im Luftspalt, wurden diese Aufhängungen jetzt weich. ... mehr dazu hier. Zumeist aus Gummiartigen Material.
Die Konusmembran kann jetzt viel leichter bewegt werden. Da diese Lautsprecher in geschlossenen oder halbgeschlossenen Gehäusen montiert sind, wird ihr Hub begrenzt. Eine bessere Basswiedergabe wird so erreicht.
Die Impedanz liegt um 5 Ohm. Der Gleichstromwiderstand liegt um 1-5 Ohm. Impedanzen zwischen 4 und 16 Ohm waren in Gebrauch.
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(ohne die Randsicke dargestellt)
Permanentdynamischer Lautsprecher, niederohmig. Vorn die elektrischen Anschlüsse.
Derselbe niederohmige permanentdynamische Lautsprecher von vorn. Gut ist die zusätzliche kleine Hochton-Kalotte in der Mitte der Membran erkennen. Diese kleine Kalotte kann besonders gut die Höhen abstrahlen. Die Bässe und Mitteltöne werden von der großen Kalotte ausgestrahlt. Am äußeren Rand ist die gewellte Sicke zu erkennen, die das freie Durchschwingen der Membran bei höherer Lautstärke, insbesondere bei den Bässen sicherstellt.
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Andere Lautsprecher-Systeme: | ||||
Elektrostatischer, hochohmiger Lautsprecher
Neben einigen Anwendungen als Vollautsprecher hat sich dieser Typ hauptsächlich als Hochtöner geeignet erwiesen. Typische Gleich-Vorspannung um 100-150 Volt. Das Wechselspannungssignal wird oft über die Primärseite des Lautsprechertrafos kapazitiv entnommen. Die Impedanz ist hochohmig.
In den Siebziger Jahren kamen einige Hochleistungskopfhörer nach diesem Prinzip heraus, die einen hervorragenden linearen Frequenzgang bei hoher Klanggüte lieferten. Als Beispiel sei der Unipolar von Sennheiser genannt.
Der Gleichstromwiderstand ist extrem hochohmig bis unendlich.
... mehr zu Elektrostaten ... noch mehr zu Elektrostaten
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Spezielle Lautsprecher
Saba Greencone *: In einigen Spitzengeräten von Saba (z.B. Saba Freiburg Automatic) wurden Lautsprecher mit Umgangsnamen "Greencone" verwendet. Diesen Lautsprechern werden gewisse Wunderfähigkeiten nachgesagt. Freaks und Ablehner argumentieren auch gern mit den Thiele-Small-Parametern.
Ein Lautsprechertyp, der die Interessierten in zwei Lager spaltet. Es geht von glühender Verehrung bis zu völliger Gleichgültigkeit. Der Autor dieser Seite versucht sich herauszuhalten ...
Jedenfalls gibt es die Greencones mit verschiedenen Magnetmaterialien (z.B. Alnico) und auch Hochtöner und Mitteltöner, sowie Ovalsysteme. Es wurden 20 cm und 25 cm - Durchmesser-Modelle mit Bügel- oder Teller-Magneten bei den runden Tieftönern erwendet. Bei den den ovalen Tieftönern gab es 22 - 24 cm - Modelle mit Bügel- oder Tellermagneten, bei den Hochtönern gab es Rund- und Oval-Systeme zwischen 11 / 13 / 15 cm mit Bügel- oder Tellermagneten.
Noch heute gibt es Bauvorschläge für Boxen, Schallwände mit den Greencones.
Gern werden die Greencones auch als Ersatz in Klangfilm-Produkten angeboten.
* greencone = grüner Trichter, grüne Membran.
... mehr Informationen (extern) hier und hier
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Niederohmiger Saba Greencone-Chassis |
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3-D-Technik: Mitte der fünfziger Jahre (noch vor Einführung der Stereo-Zweikanaltechnik) ging man bei höherwertigen Radios dazu über, nicht nur einen Frontlautsprecher (vielleicht auch mit danebenliegenden Hochton-Zusatzlautsprecher) zu nutzen, sondern an den Seitenwänden oder gar an der Oberwand weitere Hochton-Lautsprecher anzubringen.
Der Schall der Radiolautsprecher breitet sich im Zimmer im Bereich der Bässe Kugelförmig aus. Erst der Hochtonbereich (ab ca. 8 Khz aufwärts) wird vom Lautsprecher in Achsenrichtung der Membran abgestahlt. Das führt dazu, dass man bei "normalen" Radios nur unmittelbar vor dem Gerät sitzend, den oberen NF-Bereich gut hören kann.
Brachte man nun Zusatzlautsprecher an den Seiten an, verteilte sich der Hochton-Anteil viel beser im Zimmer. Das wurde 3D genannt (obwohl der Ton nach wie vor Mono abgestrahlt wurde.
In der Praxis kamen oft kleine Hochtöner zum Einsatz, die einfach so wie große Lautsprecher aussahen. durch die kleine Membran wurden hauptsächlich nur hohe Töne angestrahlt. Kleine Flächen-Lautsprecher nach dem Elektrostat-Prinzip sowie Druckkammersysteme wurden ebenfalls angewendet. Bei den Druckkammersystemen wurde der Schall gern auch über Schlauch- oder Rohrsysteme zu Trompetenöffnungen an den Seiten (auch nach unten) geleitet. Schließlich gab es es noch einfache Umlenkbleche oder Umlenkpappen, die den Schall vom Hauptlautsprecher im Gerät zu Seitenöffnungen leiteten.
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Kristall-Lautsprecher |
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Zeittafel der verfügbaren Schallwandler seit Einführung des Rundfunks in Deutschland:
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Bekannte Lautsprecher-Hersteller (Modelle) der ersten Jahre (1923-1933)
Einige Lautsprecher sind auch im "Wumpus Welt der alten Radios" - Online-Museum zu finden
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Nora L27 als Beispiel für einen typischen 4-Pol-elektromagnetischen hochohmigen Lautsprecher:
... dieser Lautsprecher im Online-Museum |
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Kann man einen alten hochohmigen (ca 2000 Ohm) Lautsprecher an einen modernen Verstärker, Radio, Player mit niederohmigen Ausgang (4 - 5 Ohm) anschließen? Ja, wenn man einen alten Lautsprecherausgangstrafo ** anders herum nutzt, also an den modernen Ausgang (4 -5 , 8 Ohm) die niederohmige Seite eines solchen Trafo ankoppeln, den alten hochohmigen Lautsprecher an die hochohmige Seite des Trafos. Sicherheitshinweise beachten. Nicht zu laut einstellen und bedenken, dass die alten hochohmigen Lautsprecher nur ein begrenztes Klangvolumen haben.
Solche Trafos kann man aus einem alten Radio ausbauen, es gibt aber auch noch sogenannte Audio-100 Volt-Transformatoren (Beispiel, unverbindlich: elma TT IZ 1892 Impedanz: 4 - 16 Ω Primärspannung: 100 V)
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Wer weitere Photos von frühen Lautsprechern (mit Urheberrecht) hat, bitte einsenden an diese Email-Adresse.
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Chassis, offene Box, halboffene Box, Bassreflex-Box, geschlossene Box, Mehrweg-System, Transformator, Sicken-Formen. Lautsprecher nach ca. 1935 (Ausnahmen gab es weiter) waren in der Regel niederohmige elektrodynamische oder permanentdynamische Lautsprecher. Ein reines Lautsprecherchassis (ohne akustische Kurzschluß-Verhinderung durch Schallwand (1) , usw) hat einen schlechten Wirkungsgrad, insbesondere die Bässe werden unterdrückt. Deshalb ist eine möglichst großflächige Schallwand (2), in die der Lautsprecher eingepasst ist, eine Notwendigkeit.
Bis zur Einführung der geschlossenen Lautsprecher-Boxen (4) bei HiFi-Anlagen waren die Membranen in den Lautsprechern am äußeren Rand "hart" mittels einer wellenförmigen Sicke aufgehängt. Klassische Radios stellten bezüglich des Lautsprechers (mit harter Aufhängung) und des Radiogehäuses halboffene Systeme (3) dar.
Der Übergang von der Membran zum Chassis wurde durch eine klein auskränkende Mehrfach-Wellen-Form der Sickenhaufhängung realisiert. Im Gegensatz dazu die zumeist gummiartige Aufhängung der Sicke mit einer großauskränkenden Welle: Sickenformen der Membran-Aufhängungen: Hart = geringer Hub, offene Boxen oder Schallwände Weich = großer Hub, geschlossene Boxen mit oder ohne Resonanzöffnung
Um nicht ein riesiges Konstrukt hinsichtlich der Schallwand nutzen zu müssen, wurde gedanklich die Schallwand "umgebogen" (3), um ein Gehäuse zu erhalten, wo der Schall nicht kurzgeschlossen ist. Das so entstandene halboffene Gehäuse wurde bei Radios zum absoluten Standard. Die Rückwand des Radios war (quasi) offen, Die großen Löcher ließen den Schall fast ungehindert durch.
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Lautsprecher-Boxen
Mit Einführung der Stereotechnik und HiFi-Technik ergab sich die Notwendigkeit, externe (vom Radio getrennte) Lautsprecher-Boxen zu verwenden. Zuerst waren die externen Boxen ebenfalls halboffen (3). Die Hifi-Technik verlangte besseren Frequenzgang und höhere Ausgangsleistungen. Typische Radio-Röhren-Verstärker lieferten 5-15 Watt. Damit konnten offene und halboffene Boxen zwar gut betrieben werden, aber der Trend ging zu Transistor-Verstärkern mit Ausgangsleistungen über 15 Watt bis bald 50 Watt und mehr.
Es stellte sich heraus, dass geschlossene Boxen (4) , insbesondere bei Mehrwege-Systemen (getrennte Bass-, Mittelton- und Hochtonsyteme) insgesamt ein besseres Klangbild bieten konnten. Allerdings brauchten geschlossene Boxen deutlich mehr NF-Leistung, das geschlossene Gehäuse bedämpfte das freie Ausschwingen der Membran beim Tiefton-System. Mehrwege-Systeme benötigten Frequenzweichen, um das NF-Spektrum auf die Lautsprecher zu verteilen. Oft mußten die Mitteltöner und Hochtöner vor dem Schalldruck des Basslautsprechers geschützt werden. Das konnte duch luftdichte Abdeckungen erreicht werden. Eine Probe, ob bei einer geschlossenen Box der ungehinderte Luftaustausch wirksam begrenzt ist, kann mit vorsichtigem Druck beider Hände auf die Membran erfolgen. Die Membran darf nur leicht verzögert wieder in die Ruhestellung zurückgehen.
1= Lautsprecher-Chassis (hart) 2= Lautsprecher-Chassis (hart) und Schallwand 3= Lautsprecher-Chassis (hart) holboffen 4= Lautsprecher-Chassis (weich) geschlossen 5= Lautsprecher-Chassis (weich) Bassreflex
Einen gewissen Kompromiß bei der Leistungsansteuerung brachten Bassreflex-Boxen (5), wo ein definiertes "Loch" Bass-Resonanz-Überhöhungen aufbaute und damit den Wirkungsgrad im Bass-Bereich verbesserte. Allerdings verfälschten Bassreflexboxen leicht einen möglichst linearen Frequenzgang.
Röhrenendstufen benötigten in aller Regel Transformatoren (Ausnahme: Eisenlose Endstufe), um die NF-Leistung an niederohmige Lautsprecher abzugeben. Transistorendstufen kamen bald ohne Transformatoren aus. Es gab externe Lautsprecher, die eingebaute Anpasstransformatoren hatten.
Um auch größere Räume mit langen Zuleitungen beschallen zu können, gab es die 100 Volt-Technik. Dabei wurde von dem NF-Verstärker ein NF-Signal mit 100 Volt Wechselspannung ausgegeben. In der Lautsprecher-Box wurde dann auf die Niederimpedanz des Lautspreches heruntertransformiert. So konnten auch lange Strecken recht verlustarm überbrückt werden.
A = Frühes Radio mit externem Lautsprecher B = Mono-Radio mit eingebautem Lautsprecher C = Stereo-Radio mit eingebauten Links/Rechts-Lautsprechern D = Hifi-Anlage mit extra Links/Rechts-Boxen
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Heute übliche Multimedia-Niederfrequenzverstärker mit Stereo- und / oder fünf Raumklang-Känälen. Dabei wird unterschieden zwischen:
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... mehr Informationen zum Design von Lautsprechern in Radios und Lautsprecherboxen hier.
Heute haben sich neben den Zwei-Kanal-Kompakt-Lautsprechern ("Brüllwürfeln") (1 Tiefton/Mittelton-Lautsprecher mit Bassreflex, 1 Hochton-Lautsprecher) in Standard-Wohnungen hauptsächlich Säulenlautsprecher durchgesetzt, wenn nicht 2.1 - oder 5.1 - Anlagen mit Mono-Subwoofern verwendet werden.
Bei den Säulenlautsprechern werden oft auch zwei Bass-Systeme in Bassreflex betrieben. Man geht davon aus, daß zwei kleinere Basslautsprecher einen größeren Lautsprecher ersetzen können. Ich habe da so gewisse Zweifel, aber das ist Ansichtssache. Die Säulenlautsprecher nehmen wenig Grundflche ein, ein Vorteil auch in kleinen Wohnungen. Lautsprecher mit eher quadratischer Fontseite werden fast zu Nischenprodukten.
Niederohmige Säulenlautsprecher-Kombinationen: -- Anklicken --
Wie erkenne ich den Lautsprecher-Typ?
Hier Beispiele der einzelnen Systeme:
1) Hochohmige Elektromechanische Lautsprecher:
Typische Merkmale: Nichtmittensymmetrische Magnete, keine Erregerspulen an Membran, zwei elektrische Anschlüsse. Hochohmige externe Lautsprecher wurden in den Jahren bis ca. 1930/34 insbesondere in Radios ohne eingebauten Lautsprecher verwendet, es gibt aber auch Ausnahmen. Man erkennt solche Radios daran, dass sie keinen Lautsprecher-Ausgangstransformator haben.
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2) Niederohmiger elektrodynamischer Lautsprecher
Typische Merkmale: Mittensymmetrischer hinterer Ansatz zur Erzeugung des Magnetfeldes, dabei sitzt eine elektrische Feldspule auf dem Magnetismuserzeuger, an der Membran befindet sich versteckt die Erregerspule. Vier elektrische Anschlüsse. Es gab in den zwaniger(dreissiger Jahren Lautsprecher in Gehäusen, abgesetzt vom Radio, die von diesem Radio Strom für Lautsprecher-Chassi mit Feldspule zusätzlich bezogen.
3) Niederohmiger Permanentdynamischer Lautsprecher:
Typische Merkmale: Mittensymmetrischer Magnet, der keine Feldspule benötigt. An Membran befindet sich versteckt die Erregerspule. Zwei elektrische Anschlüsse. Dieser Lautsprechertyp kann ohne Zusatztransformator nicht an alten Radios mit hochohmigen Ausgang verwendet werden.
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