Technologien

Technische Begriffe

EINIGE GRUNDLAGEN:

„Seit ich in die Welt der High-Fidelity eingetaucht bin, musste ich im Gespräch mit allen möglichen Spezialisten alle grundlegenden Begriffe, die ich in der Elektronikschule so einfach gelernt hatte, neu überdenken. All diese einfachen Daten wie Watt, Impedanz, Widerstand usw. wurden mit so subjektiven Begriffen, mit so viel manipulierter Anwendung behaftet, dass – und das habe ich seitdem festgestellt – selbst die offiziellen Labore anfangen, den Überblick zu verlieren.

Deshalb wollte ich, nur um meine Neuronen zu reinigen, all diese grundlegenden Konzepte genauer überprüfen und Sie an meinen Wiederentdeckungen teilhaben lassen.

In populärwissenschaftlichen Büchern, in Geschäften, sieht sich der unglückliche Verbraucher oft mit einer Menge widersprüchlicher Daten über die Leistung von Systemen konfrontiert. Lassen Sie uns daher die in diesem Bereich verwendeten üblichen Begriffe wieder aufgreifen und ihnen ihren richtigen Platz und vor allem ihre richtige Bedeutung zurückgeben.“

Guy Le Cornec

 

MEHR ÜBER…

Die Frequenz oder Pulsation pro Sekunde wird in Hertz (Hz) ausgedrückt. Der hörbare Frequenzbereich für den Menschen liegt theoretisch zwischen 20 und 20.000 Hz. Die Empfindlichkeit des Ohrs, sowohl in Bezug auf den Druck als auch auf die Frequenzen, nimmt mit dem Alter ab.

 

Der dBspl ist die Maßeinheit für den Schalldruck. Sein Nullpegel ist am Hörschwellenwert des menschlichen Ohrs festgelegt: 2.10 ^-5 Pascal. Es ist eine Einheit mit logarithmischer Progression, wie jede Dezibel-Skala.

 

Der dB(A) ist eine Messskala in dBspl, die frequenzabhängig gewichtet ist.

 

Vergleichstabelle der Schallpegel in dB(A)

SCHALLDRUCK Pascal (Pa)	SCHALLDRUCKPEGEL dB (A)	GERÄUSCHWAHRNEHMUNG	ART DER GERÄUSCHE
		SUBJEKTIVER EINDRUCK
< 2 .10 -5	< 0	Unmerklich	Schalltoter Raum
2 .10 -5	0	Hörschwelle	Audiometrie-Test
6,3 .10 -5	10	Leise	Aufnahmestudio
2 .10 -4	20	Sehr ruhig	Segelboot, Garten, Höhle
6,3 .10 -4	30	Ruhig	Schlafzimmer, leise Stimme
2 . 10 -3	40	Ruhig	Büro oder Wohnung. Ruhige normale Stimme
6,3 . 10 -3	50	Mäßig	Büro oder Wohnung. laute normale Stimme
2 . 10 -2	60	Erträglich	Wohnung + TV, laute Stimme
6,3 . 10 -2	70	Laut, stark	Belebte Straße
2 . 10 -1	80	Laut, schmerzhaft	Bahnhof, Werkstätten
6,3 . 10 -1	90	Schäden bei 8H/Tag	Mechanik, Weberei
2	100	Sehr intensiv	Presse, Motorräder, Dreherei
6,3	110	Unerträglich	Nieter, Dampfhammer
20	120	Ohrenbetäubend	Kein Gespräch, Diskothek, Konzert
63	130	Schmerzschwelle,	Reaktor
		Störungen, Taubheit

 

Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis zwischen der zugeführten und der abgegebenen Energie. In unserem Fall das Verhältnis zwischen der vom Verstärker gelieferten elektrischen Leistung und der vom Lautsprecher abgegebenen akustischen Leistung. Man muss jedoch wissen, dass unser Ohr nicht empfindlich auf akustische Leistung, sondern auf Druck reagiert. Bei gleicher akustischer Leistung steigt der Druck mit abnehmendem Abstrahlwinkel. Dies ist also ein Wert, der sich schwer mit dem auditiven Empfinden in Einklang bringen lässt.

 

Die Empfindlichkeit ist der Schalldruckpegel, der von einem Lautsprecher an einem bestimmten Punkt im Raum, normalerweise in 1 m Entfernung in der Achse der maximalen Abstrahlung, für eine gegebene Versorgungsspannung (normalerweise 2,83 Veff für einen Lautsprecher, der in die, wieder einmal genormte, Kategorie der 8-Ohm-Impedanz fällt) abgegeben wird. Diese Messung wird normalerweise für eine Abstrahlung im Halbraum (2pi Steradiant, visuell: eine Halbkugel) angegeben.

 

Der Frequenzgang ist die grafische Darstellung der Empfindlichkeit des Lautsprechers bei allen Frequenzen. Er wird normalerweise von 20 bis 20.000 Hz, für ein Signal von 2,83 V bei 1 m in der Achse, erstellt. Er sollte „glatt“ und progressiv sein, keine engen Einbrüche oder Überhöhungen, noch „Stufen“ aufweisen.
Dies ist ein wesentliches Merkmal eines Lautsprechers.

 

Die Leistung, der am meisten missbrauchte Begriff in unserem Metier… Es gibt zwei Leistungsberechnungen, die für uns von Interesse sein könnten.

– Die Effektivleistung (oder RMS), die von einem Verstärker geliefert wird. Audioverstärker sind Spannungsgeneratoren, die Leistung wird daher in Abhängigkeit von der Last berechnet, in der sie dissipieren: Je geringer die Impedanz, desto leistungsfähiger ist der Verstärker, da er mehr Strom liefert (P = U x I). Dies gilt, bis die Versorgungsspannung abfällt oder die Komponenten der Ausgangsstufe aufgrund des durch sie fließenden Stroms nachgeben.

– Die zulässige elektrische Leistung eines Lautsprechers in Watt AES. Sie ist lediglich der Ausdruck der Fähigkeit eines Lautsprechers, eine elektrische Leistung aufzunehmen, ohne zerstört zu werden: entweder durch Ablösen des Drahtes vom Spulenträger oder durch Verbrennung des Isolierlacks des besagten Drahtes. Es ist praktisch eine thermische Grenze. Ein leistungsstarker Lautsprecher ist nicht von besserer Qualität, er ist einfach robuster… ein LKW-Reifen, der mit 8,2 bar aufgepumpt ist, hält die Straße nicht besser als ein Motorradreifen, der mit 2 bar aufgepumpt ist. Diese Leistung wird in Watt AES ausgedrückt, da die Messbedingungen in einer Norm, derzeit der Norm AES2-1984 (r2003), sehr genau festgelegt sind.

Alle Leistungseinheiten: Spitze, Impuls, Musik, Durchschnitt, Peak Music Power… haben keine Bedeutung. Die DIN- und IEC-Normen werden nicht mehr verwendet.

 

Der maximale Schallpegel, oder dBspl Max, ist ausschließlich an das bei einer bestimmten Frequenz verschobene Luftvolumen gebunden. Dieses Volumen ergibt sich aus der Membranfläche Sd und dem möglichen Hub Xmax des Lautsprechers. Ein großer Breitbänder von 21 cm mit einem Hub von 2 mm erzeugt mehr Druck und „spielt“ somit lauter als ein 13-cm-Tieftöner mit 5 mm Hub.

 

Der maximale Hub Xmax ist die positive oder negative, idealerweise symmetrische Auslenkung, die die Schwingspule im Luftspalt zurücklegen kann, bevor die durch den Verlust der Bl-Kraft erzeugte Verzerrung 10% überschreitet. Die Arbeiten von Dr. Klippel haben gezeigt, dass dies einem Abfall des Bl-Faktors von 18% entspricht. Unsere Xmax-Werte entsprechen diesem Kriterium, weshalb Xmax den physikalischen X-Wert überschreiten kann, der eine einfache Subtraktion der Spulenlänge von der Höhe des Luftspalts ist.

Die Verzerrung eines Lautsprechers wird durch die zahlreichen Nichtlinearitäten in seinem Inneren verursacht: Die Kraft des Motors Bl, die Induktivität der Spule Le, die Nachgiebigkeit der Aufhängung Cms sind nichtlinear und manchmal asymmetrisch, abhängig von der Intensität des Stroms (i), der die Spule durchfließt, und ihrer Position (x) im Luftspalt. All dies erfordert eine sorgfältige Untersuchung jedes einzelnen Bauteils eines Lautsprechers.

Unter sonst gleichen Bedingungen ist die Verzerrung höher, wenn der Hub zunimmt. Bei gleichem Hub hat ein gut konstruierter Lautsprecher natürlich eine reduzierte Verzerrung.

 

Das Breitband-Konzept.

Die meisten Lautsprecher auf dem Markt verwenden eine Mehrwegekonfiguration, die die Frequenzen über passive Filter auf verschiedene spezialisierte Lautsprecher verteilt. Diese Filter weisen bereits theoretisch vielfältige Mängel auf, die in der Praxis durch die Mängel der elektronischen Bauteile, aus denen sie bestehen, noch verstärkt werden.

Historisch gesehen wurde der erste Lautsprecher als „Breitbänder“ eingesetzt: ohne Filter, obwohl sein Frequenzgang nicht breitbandig, sondern eher mitteltönig war, diente er nur dem Hören von Stimmen.

Mit der Entwicklung des Rundfunks wurden die Lautsprecher in ihrer Wiedergabe verfeinert und ihr Frequenzbereich erweitert.

Erst später, als die geforderten akustischen Pegel anstiegen, spezialisierten sich die Lautsprecher. Die technischen Anforderungen an die Wiedergabe eines breiten Spektrums sind nicht mit einer Konzertnutzung auf dem Hell Fest vereinbar.

Im Heimeinsatz wird ein hochwertiger Breitbandlautsprecher die Abwesenheit eines Filters nutzen können.

Dieses Know-how hat Supravox bewahrt, weitergegeben und aufrechterhalten.

 

Vollpapierkegel.

Bei Supravox sind die Membranen unserer Breitbandlautsprecher vollständig aus Papier, von der Spulenverklebung bis zur Sicke. So war es bereits bei der Konstruktion des ersten elektrodynamischen Lautsprechers.

Das Papier sorgt durch seine homogene, aber zufällige Struktur in der Verteilung und Ausrichtung der Fasern für ein über den gesamten Frequenzbereich homogenes Steifigkeits-/Innendämpfungsverhalten. Die präzise Gestaltung einer Membran, ihr Profil, ihre Dicke, definieren ihren Frequenzgang: erweitert und ohne Unregelmäßigkeiten. Die Rezeptur des Papiermasse verleiht dem Lautsprecher die klangliche „Transparenz“. Die spezielle Behandlung der externen Papiersicke ermöglicht uns, den Frequenzgang und den Klang des Lautsprechers zu kontrollieren.

Wir verwenden die gleichen exponentiellen Membranen, aus denselben Formen, mit demselben Papier seit den Entwicklungen von Herrn Liebert an Breitbandlautsprechern in den 40er Jahren.

Unsere Lautsprecher sind manchmal mit einer Kalotte oder einem Bi-Konus kombiniert. Eine sehr steife, zu diesem Zweck behandelte Kalotte, die direkt auf den Spulenträger geklebt wird, ermöglicht es, den Frequenzbereich eines Lautsprechers über 12-15 kHz hinaus zu erweitern.

Der Bi-Konus, der durch seine Form und Oberfläche wie ein zweiter, kleinerer Lautsprecher wirkt, liefert bereits ab 4 kHz viel Energie.

Die Auswahl erfolgt während der sorgfältigen Entwicklung und Abstimmung jedes einzelnen Lautsprechers.

 

Welche Magnete?

Ein Magnet, unabhängig von seiner Technologie, ist in erster Linie eine permanente Quelle magnetischer Energie. Doch wie jedes irdische Element ist nichts perfekt. Jeder Magnet ist durch vier Hauptverhaltensweisen gekennzeichnet:

– Seine Remanenz, also seine Fähigkeit, ein mehr oder weniger hohes permanentes Feld aufrechtzuerhalten.
– Seine Koerzitivfeldstärke, die seine Fähigkeit ist, externen Gegenfeldern zu widerstehen, die ihn entmagnetisieren wollen.
– Seine maximale Betriebstemperatur.
– Sein Temperaturkoeffizient, der seinen reversiblen Feldverlust bei steigender Betriebstemperatur angibt.

Leider ist kein Magnet in allen Punkten hervorragend, und dazu kommen noch die Herstellungskosten.

Der Ferritmagnet ist der günstigste, seine Remanenz ist gut, seine Koerzitivfeldstärke hoch, eine komfortable Betriebstemperatur von 225°C, aber der schlechteste Temperaturkoeffizient von allen.

Neodym ist teuer, mit einer sehr hohen Remanenz und Koerzitivfeldstärke, einem korrekten Temperaturkoeffizienten, aber einer niedrigen Betriebstemperatur von 80°C für Standardqualitäten.

Alnico, eine der ältesten Legierungen neben Ticonal, bietet eine hohe Remanenz, einen nahezu perfekten Temperaturkoeffizienten, eine sehr hohe Betriebstemperatur von 450°C, aber eine geringe Koerzitivfeldstärke bei älteren und gebräuchlichen Qualitäten. Es ist ein sehr guter, sehr teurer Magnet, der bei der Konstruktion des Motors etwas Aufmerksamkeit erfordert, um ihn zu stabilisieren.

Eine weitere Quelle magnetischen Feldes ist die Erregerwicklung. In dieser Anordnung wird der Magnet durch eine Spule ersetzt, die unter der Wirkung des durch sie fließenden Stroms ein dazu proportionales Magnetfeld erzeugt, das ist die Induktion. Wenn die Stromversorgung der Spule stromgeregelt ist, ist das Feld im Luftspalt unveränderlich stabil.

 

Hörpegel, Wirkungsgrad und Leistung.

Wir haben gesehen, dass der Schallpegel nur mit der Verschiebung des Lautsprechers multipliziert mit seiner Fläche zusammenhängt. Wir haben auch festgestellt, dass ein Lautsprecher mit höherem Wirkungsgrad weniger Leistung für den gleichen Schallpegel benötigt.

Die in der Spule dissipierte Leistung erhöht ihren Widerstand proportional zur Temperaturerhöhung, was den Wirkungsgrad des Lautsprechers durch den Abfall des Stroms, der die Spule durchfließt, verringert, da der Verstärker sie mit Spannung versorgt i=U/Re. Dies nennen wir thermische Kompression.

Des Weiteren bedeutet mehr Leistung auch mehr Komponenten im elektronischen Schaltkreis, mehr Verlustleistung in diesen, mehr thermische und elektrische Nichtlinearitäten und somit Verzerrungen. Wenn wir uns mit wenig Leistung zufrieden geben können, können wir uns für einfache, effiziente Schaltungen entscheiden, sogar in Class A, die linearer sind, eine reduzierte Verzerrung aufweisen und eine anerkannte Musikalität besitzen.

Wir sehen deutlich, dass ein Lautsprecher mit hoher Empfindlichkeit indirekt zu weniger Verzerrungen im Gebrauch führt, auch in der zugehörigen Elektronik.

 

SCHLUSSFOLGERUNGEN

Aus diesem Vortrag sollten Sie drei wesentliche Punkte bei der Auswahl Ihrer Lautsprecher mitnehmen:
– Die zulässige Leistung eines Lautsprechers sagt nichts über seine Qualität aus.
– Die subjektiven Qualitäten eines Breitbänders sind eng mit dem Papier und dem Profil der verwendeten Membran verbunden. Dies ist ein seltenes und wertvolles Know-how.
– Ein Lautsprecher mit hoher Empfindlichkeit ermöglicht die Verwendung von Verstärkern geringer Leistung, Transistor- oder Röhrenverstärkern, die von Natur aus linearer und somit musikalischer sind.