Stereo-Lautsprecher

Hintergrund

Ein Lautsprecher ist ein Gerät, das elektrische Energiewellen in mechanische Energiewellen oder hörbare Töne umwandelt. Schall wird durch die Vibration eines Objekts erzeugt. Diese Vibration erzeugt eine Reihe von Wellen, ähnlich wie ein Stein, den man in einen Teich wirft. Lautsprecher geben Schallwellen (oder Töne) mit verschiedenen Frequenzen wieder. Die Frequenz ist die Geschwindigkeit, mit der die Teilchen in der Luft schwingen. Der für das menschliche Ohr hörbare Schall reicht von etwa 20 Hertz (Hz) bis 20.000 Hz oder 20 Kilohertz (kHz). Lautsprecher werden in allen Arten von Kommunikations- und Unterhaltungsgeräten verwendet, z. B. in Radio- und Fernsehempfängern, Kassettenrekordern, Anrufbeantwortern, Babyfonen und Stereo-Home-Entertainment-Systemen

Geschichte

Das Grundprinzip eines dynamischen Lautsprechers hat sich seit seiner Patentierung durch Ernst Siemens im Jahr 1874 kaum verändert. Siemens beschrieb seine Erfindung als ein Mittel zur mechanischen Bewegung einer elektrischen Spule durch elektrische Ströme, die durch die Spule flossen. Der ursprüngliche Zweck seiner Erfindung war die Bewegung eines Telegrafenarms. Alexander Graham Bell wandte die Prinzipien des Siemens-Geräts zwei Jahre später auf das Telefon an. Thomas Edison wird die Erfindung des Lautsprechers, wie er heute bekannt ist, zugeschrieben. Er bestand aus einer flexiblen Membran (Konus), die am Hals eines akustischen Horns befestigt war.

Die Membranen der frühen Lautsprecher bestanden aus verschiedenen Materialien wie dünnen Metallplatten, Leder und Papier. Papier wurde (und wird immer noch) für den Bau von Lautsprechermembranen verwendet, weil es billig und leicht erhältlich ist.

Rohmaterialien

Der dynamische Lautsprecher hat sich seit Jahrzehnten nicht verändert. Der Rahmen ist aus gestanztem Eisen oder Aluminium gefertigt. Der Permanentmagnet ist ein keramisches Ferritmaterial, das aus Eisenoxid, Strontium und einem keramischen Bindemittel besteht. Die Membran, die Sicke und die Spinne bestehen aus behandeltem Papier, das mit einem Klebstoff beschichtet ist. Die Schwingspule besteht aus einem Kunststoffspulenkörper, um den feiner, isolierter Kupferdraht gewickelt ist.

Konstruktion

Der am häufigsten verwendete Lautsprecher ist der dynamische Lautsprecher. Er besteht aus einem Rahmen, einem Dauermagneten, einem Weicheisenkern, einer Schwingspule und einem Konus. Der Rahmen trägt die Konus- und Dauermagnetanordnung. Die Schwingspule besteht aus einem isolierten Draht, der um einen Kunststoffspulenkörper gewickelt ist. Ein Ende des Spulenkörpers ist am Konus befestigt und der Körper des Spulenkörpers gleitet über den Weicheisenkern.

Die Drähte der Schwingspule sind mit einem Audioverstärker verbunden. Wenn elektrische Audiosignale vom Verstärker an die Schwingspule angelegt werden, wird ein elektromagnetisches Feld um die Schwingspule erzeugt. Dadurch bewegt sich die Schwingspule entlang des Weicheisenkerns hin und her, was das vom Dauermagneten erzeugte Magnetfeld unterstützt oder ihm entgegenwirkt. Die Bewegung der Schwingspule versetzt den angebrachten Konus in Schwingung und erzeugt Schall.

Es gibt vier Haupttypen von Lautsprechern: Vollbereichslautsprecher, Hochtöner, Mitteltöner und Tieftöner. Der Breitbandlautsprecher kann den größten Teil des Klangspektrums wiedergeben. Ein einzelner Lautsprecher kann jedoch nicht den gesamten Frequenzbereich des menschlichen Gehörs wiedergeben. Daher wurden andere Lautsprecher entwickelt, um die Einschränkungen des Breitbandlautsprechers zu überwinden.

Der Hochtöner ist für die höheren Audiofrequenzen oder Höhen im Bereich von 4-20 kHz bestimmt. Er ist sehr klein und hat in der Regel einen Durchmesser von höchstens 5,1 cm (2 Zoll). Der Mitteltöner reproduziert Töne im Frequenzbereich von 1.000 Hz bis 10 kHz. Sie haben einen Durchmesser von 5,1 bis 20,3 cm (2 Zoll bis 8 Zoll). Der Tieftöner gibt den Bass oder sehr tiefe Töne im Frequenzbereich von 20-1.000 Hz wieder. Ein Subwoofer kann diesen Bereich auf bis zu 3 Hz erweitern. Tieftöner haben einen Durchmesser von 10,2-38,1 cm (4 Zoll bis 15 Zoll), wobei 10-12 Zoll (25,4-30,2 cm) am gebräuchlichsten sind.

Der Herstellungsprozess

1. Der Dauermagnet wird durch Mischen von Eisenoxid mit Strontium und anschließendes Mahlen der Verbindung zu einer sehr feinen Masse hergestellt. Die Masse wird mit einem keramischen Bindemittel gemischt und dann in eine Metallform eingeschlossen. Die Matrize wird dann in einen Ofen gestellt und gesintert, um die Mischung zu verbinden.
2. Der Rahmen wird aus einem Aluminium- oder Stahlblech hergestellt. Das Blech kommt vorgeformt im Werk an. Dann wird es auf ein Förderband gelegt und zu einer Schneidemaschine transportiert, die mit einer hydraulischen Presse Löcher in das Blech schneidet, damit die Luft aus dem Konus frei fließen kann. Anschließend wird das Blech mit einer hydraulischen Presse geformt, die das Blech in eine Matrize mit der gewünschten Form presst. Die Befestigungslöcher werden dann an den richtigen Stellen gebohrt.
3. Der Konus, die Einfassung und die Spinne werden einzeln aus Verbundpapier geformt und dann als Baugruppe zusammengeklebt.
4. Die Schwingspule wird aus vielen Windungen sehr feinen, isolierten Kupferdrahtes auf einen Kunststoffspulenkörper gewickelt. Der Spulenkörper und die Schwingspule werden auf die Staubkappe der Konusbaugruppe geklebt.
5. Der Rahmen, der Weicheisenkern und der Dauermagnet werden als Baugruppe zusammengeschraubt.
6. Die Konusbaugruppe wird dann an der Rahmenbaugruppe befestigt, indem zuerst die Spinne von Hand an die Basis des Rahmens geklebt wird und dann die Sicke an die Oberseite des Rahmens geklebt wird.

Qualitätskontrolle

Inspektoren überwachen alle Schritte des Herstellungsprozesses. Der Permanentmagnet wird auf Späne oder Risse geprüft. Die Papierkegel werden auf Fehler oder Löcher im Material und die ordnungsgemäße Verklebung der Kegelanordnung geprüft. Die gesamte Baugruppe wird auf Gesamtqualität und Einhaltung der Spezifikationen geprüft.

Die fertige Lautsprecherbaugruppe wird an einen Audiogenerator angeschlossen, der den Frequenzgang und die Leistungsfähigkeiten des Lautsprechers testet, um sicherzustellen, dass er einen Klang innerhalb der erforderlichen Spezifikationen erzeugt.

Nebenprodukte/Abfälle

Metallschrott vom Rahmen und Papierabfälle von der Membran werden zur Wiederverwertung an Recyclingbetriebe geschickt. Exotische Materialien wie Strontium müssen entsprechend den gesetzlichen Vorschriften entsorgt werden.

Die Zukunft

Die Industrie experimentiert ständig mit Rohstoffen, um die Klangqualität, den Frequenzgang und die Ausgangsleistung von Lautsprechern zu verbessern. Neue Technologien werden in Form eines direkt angetriebenen Lautsprechers entwickelt, der keine Membran verwendet.