Mikrofone und Lautsprecher

Mikrofone und Lautsprecher

 

Zur Übertragung akustischer Signale sind elektroakustische Wandler erforderlich, die auf der Senderseite Schalldruckänderungen in elektrische Signale (Mikrofone) und empfängerseitig elektrische Schwingungen wieder in Schall wandeln (Lautsprecher). Mikrofone und Lautsprecher enthalten dazu als aktives Element eine Membran.

 

 Aufbau eines Mikrofons

 

Am häufigsten eingesetzt wird das Tauchspulmikrofon, ein elektrodynamisches Mikrofon, bei dem die Schalldruckänderung eine an der Membran befestigte Spule bewegt, die in den Luftspalt eines Permanentmagneten eintaucht. In den Windungen der Spule werden tonfrequente Wechselspannungen induziert. Beim Kondensatormikrofon (elektrostatisches Mikrofon) wird die Kapazität eines Kondensators in Abhängigkeit der Schalldruckänderung in elektrische Spannungen umgewandelt. Im elektromagnetischen Mikrofon verändert sich der Luftspalt eines Magneten in Abhängigkeit der Schalldruckänderung. Durch die resultierende magnetische Flussdichteänderung wird eine Spannung in den Spulen induziert.

 

 Kenngrößen

 

Der Übertragungsfaktor T ergibt sich aus dem Verhältnis der abgegebenen Spannung zur einwirkenden Schalldruckänderung. Er wird bei Normfrequenz (1 kHz) im reflexionsfreien Raum bei Leerlauf des Mikrofons gemessen und sollte möglichst groß sein. Die obere und untere Grenzfrequenz wird durch Messen des Übertragungsmaßes bei unterschiedlichen Frequenzen und gleicher Schalldruckänderung ermittelt.

 

Die Richtcharakteristik eines Mikrofons, d. h., von welchen Seiten es Schall aufnehmen kann, hängt von seiner Konstruktion ab. Ist der Raum hinter der Membran geschlossen, kann der Schalldruck nur von vorne auf die Membran einwirken, und die Schallwellen können bei entsprechender Membrananordnung aus allen Richtungen gleich gut empfangen werden. Befindet sich die Membran offen im Mikrofongehäuse, so dringen die Schallwellen von vorne und von hinten ein (offenes System). Durch die Kombination von offenem und geschlossenem System ergeben sich Richtmikrofone, die ihre besondere Bedeutung in der stereophonen Aufnahmetechnik haben.

 

 Lautsprecher

 

Für Hifi-Anlagen werden fast nur elektrodynamische Lautsprecher eingesetzt, deren Wandelprinzip dem eines dynamischen Mikrofons entgegengesetzt ist. Das Magnetfeld wird durch einen ringförmig ausgebildeten Permanentmagneten erzeugt, in dessen Luftspalt eine Schwingspule eintaucht. Fließt durch sie ein tonfrequenter Wechselstrom, so ergeben sich um die Leiter der Spule magnetische Felder. Die Spule wird von Kräften, die zwischen diesen magnetischen Feldern und dem Feld des Dauermagneten auftreten, in Bewegung gesetzt. Sie ist mit einer Membran verbunden, die die Schalldruckänderungen erzeugt.

 

 Lautsprecherboxen

 

Die Übertragung tiefer Frequenzen ist umso besser, je größer die Membran des Lautsprechers ist; für hohe Frequenzen ist aber ein kleiner Membrandurchmesser erforderlich. Zur Abdeckung des gesamten Frequenzspektrums sind also mehrere Membranen nötig. Für eine naturgetreue Musikwiedergabe benutzt man Kombinationen aus Tief-, Mittel- und Hochtönern. Frequenzweichen (Filter) sorgen für die Aufteilung des gesamten Tonfrequenzbereiches und die entsprechende Ansteuerung der Einzellautsprecher (Chassis). Für Hochtonlautsprecher setzt man häufig Kalottenmembranen ein (Kalottenlautsprecher), die wegen ihrer halbkugeligen Oberfläche den Schall in einem weiteren Winkel als die Konusmembranen abstrahlen. Um akustische Kurzschlüsse zu vermeiden, werden die Lautsprecher in eine geschlossene Box eingebaut. Dämmwatte im Gehäuse dient dazu, eventuell auftretende Resonanzen im Inneren abzuschwächen. Eine Bassreflexöffnung verbessert die Abstrahlung der tiefen Töne bei kleineren Gehäuseabmessungen. In Aktivboxen sind Lautsprecherchassis und Frequenzweichen mit zwischengeschalteten Leistungsverstärkern, einer für jeden Frequenzbereich, eingebaut.

 

Alle Lautsprechermembranen neigen aufgrund ihrer Masse zur Trägheit, sodass sie auf Impulse verzögert reagieren. Bei einer geregelten Aktivbox werden die Bewegungen der Membran mit dem Ausgangssignal verglichen und korrigiert (Rückkopplung). Dabei wird die Ausgangsgröße durch Messwertwandler in einen elektrischen Wert umgewandelt. Neue Entwicklungen, Soundprozessoren, setzen anstelle der Frequenzweiche einen Analogrechner ein, bei dem schon alle Eigenschaften des Lautsprechergehäuses und -chassis einprogrammiert sind. So bieten sie z.B. mit fest programmierten Akustiksimulatoren die Möglichkeit, eine Konzertatmosphäre im Wohnraum herzustellen.