IGS-Industrielle Gefahrenmeldesysteme GmbH

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Wissenswertes zum Thema Sprachalarmanlagen - Lautsprecher

Ein Lautsprecher ist ein elektromechanisches Bauteil mit dem elektrische Signale, wie z.B. die Ausgangssignalspannung die mit einem Mikrofon erzeugt wurde, wieder in Schallwellen umwandelt. Lautsprecher (auch Schallwandler) gibt es in den unterschiedlichsten Bauformen und Typen. Bei der Umwandlung des elektrischen Signals in eine Druck welle werden verschiedene physikalische Vorgänge genutzt.

Lautsprecher für Sprachalarmanlagen gemäß DIN VDE 0833-4 müssen der Produktnorm EN 54 – 24 entsprechen.

Auf dieser Seite finden Sie Informationen zu folgenden Lautsprechertypen (Beispiele):
Elektrodynamische Schallwandler
Magnetostatische Lautsprecher
Elektrostatische Lautsprecher
Piezolautsprecher (ferromagnetische Lautsprecher)
Druckkammerlautsprecher / Trichterlautsprecher / Megafone

Elektrodynamische Lautsprecher

Die elektrodynamische Schallwandlung ist bei diesem Lautsprechertyp der umgekehrte physikalische Vorgang wie bei dem elektrodynamischen Mikrofon. Der elektrodynamische Lautsprecher besteht aus einer Membrane, die mit einer zentralen Schwingspule verbunden ist. Diese Spule liegt im magnetischen Feld eines Dauermagneten. Wenn an diese Spule die Ausgangs- (wechsel) spannung eines Verstärkers gelegt wird, so entsteht ein elektromagnetisches Wechselfeld, welches eine Bewegung der Membrane verursacht und somit einen Schalldruck erzeugt.

Membrane, die mit einer zentralen Schwingspule verbunden ist

Abhängig von dem Frequenzbereich werden kleinere oder größere bzw. weichere oder härtere Membrane eingesetzt. Diese Membrane ist über die "Sicke" mit dem Gehäuse verbunden. Die Sicke besteht aus einem elastischen Material, welches die Bewegung der Kalotte ermöglicht.

Membranfläche von Lautsprechern

Elektrodynamische Lautsprecher eignen sich hervorragend zur Erzeugung eines hohen Schalldrucks.

Durch die große Membranfläche und die damit verbundene Trägheit ist der dynamische Lautsprecher für sehr hohe Frequenzen nicht besonders gut geeignet. Abhängig von der Bauart sind aber auch in diesem Bereich gute Ergebnisse zu realisieren. Elektrodynamische Lautsprecher für einfache Anwendungen können kostengünstig hergestellt werden. Dieses Verfahren wird häufig auch für Kopfhörer verwendet.

In der Beschallungstechnik ist der elektrodynamische Lautsprecher eine der am häufigsten genutzten Bauformen.

Magnetostatische Lautsprecher

Als Magnetostaten werden Schallwandler bezeichnet die keine Schwingspule besitzen, sondern deren "elektrischer Antrieb" über die ganze Fläche der Membrane verteilt ist (Folien-Magnetostat) oder ein Bändchen, welches gleichzeitig als Membrane genutzt wird.

Die Membrane besteht in der Regel aus einer dünnen Folie (z.B. Kunststoff) auf die eine strukturierte Metallschicht aufgebracht ist. Diese Membrane befindet sich im Zentrum zwischen mehreren Dauermagneten und verfügt über Anschlusskontakte für die Ausgangs- (wechsel) spannung eines Verstärkers. Durch diese Spannung in der Metallschicht der Folie (oder Bändchen) wird, in Verbindung mit dem im Feld der Dauermagneten, eine wechselseitige Bewegung verursacht und ein Schalldruck erzeugt.

Magnetostatische Lautsprecher werden wegen der großen Membranfläche auch als Flächenstrahler bezeichnet. Der Einsatzbereich von Magnetostaten für mittlere bis hohe Frequenzen findet sich überwiegend für Musikwiedergabe und im High-End Bereich der Audiotechnik.

Magnetostatischer Lautsprecher

Elektrostatische Lautsprecher

Bei einem elektrostatischen Lautsprecher wird die Membrane von einem elektrostatischen Feld angetrieben.

Das Wandlerprinzip nutzt den physikalischen Effekt der Abstoßung von gleichartigen Ladungen (und umgekehrt). Prinzipiell kann dieser Schallwandler mit einem Plattenkondensator verglichen werden, dessen Platten eine unterschiedliche elektrische Ladung haben. Zwischen den beiden elektrisch geladenen Flächen befindet sich die Membrane die, wie auch beim Magnetostaten, mit einer elektrisch leitfähigen Schicht bedampft ist und über Anschluss kontakte für die Ausgangs- (wechsel) spannung eines Verstärkers verfügt.

Durch diese Spannung in der Metallschicht wird, in Verbindung mit dem elektrostatischen Feld der Platten, eine wechselseitige Bewegung verursacht und ein Schalldruck erzeugt.

Für dieses Verfahren zur Schallerzeugung wird eine sehr hohe externe Spannung benötigt. Diese Hochspannung wird bei Transistorgeräten durch eine Transformation erzeugt. Üblicherweise werden aber elektrostatische Lautsprecher an Röhrenverstärkern betrieben.

Elektrostatische Lautsprecher haben ein hervorragendes Impulsverhalten und werden in der Praxis, wegen des hohen konstruktiven Aufwandes, nur für die Wiedergabe von höheren Frequenzen im High-End Bereich der Audiotechnik eingesetzt.

Piezolautsprecher

Kernstück des Piezolautsprechers ist ein Kristall. An diesen Kristall wird die Ausgangs- (wechsel) spannung eines Verstärkers angelegt und der Kristall durch diese Spannung verformt und in Bewegung gesetzt.

Piezolautsprecher werden nur für den höheren Frequenzbereich als Hochtöner oder Mitteltöner verwendet. Für Piezolautsprecher gilt: Hohe Impedanz – Geringe Leistungsaufnahme.

Druckkammerlautsprecher

Bei einem Druckkammerlautsprecher wirkt die Membrane auf einen sehr kleinen Raum – die Druckkammer. In dieser Druckkammer wird durch den kleinen Kammerquerschnitt die Geschwindigkeit der Luftpartikel erhöht.

Mit diesem Prinzip wird der Wirkungsgrad gegenüber anderen Bauformen erheblich verbessert. Durch die Formgebung eines Hornes bzw. Trichters für das Lautsprechergehäuse wird die Schallbündelung erhöht und eine Richtwirkung erzeugt. Durch den erreichbaren hohen Schalldruck und den ausreichenden Frequenzbereich der übertragen werden kann, sind Druckkammerlautsprecher ideal für die Beschallung von großen Flächen (auch Außenbereiche) und Hallen geeignet.

Druckkammerlautsprecher sind in der Regel witterungsunempfindlich und sehr robust.


Frequenzgang

Der Frequenzgang beschreibt die nichtlinearen Verzerrungen und die damit verbundene Klangverfärbung bei der Wiedergabe von Signalen.

Ein Lautsprecher gibt das "Eingangssignal" abhängig von der jeweiligen Frequenz mit einem unterschiedlichen Schalldruck wieder. Idealerweise sollte ein Lautsprecher das vollständige Frequenzspektrum des menschlichen Gehöres wiedergeben können. Die in der Praxis aber entstehende, unvermeidbare, Klangverfärbung spielt aber nur für Anwendungen von Bedeutung bei denen eine qualitativ hochwertige Wiedergabe gefordert ist (Musikwiedergabe, Konzerte etc.).

Impulstreue

Die Fähigkeit eines Lautsprechers einen Impuls zu verarbeiten, wird mit Impulstreue (auch Impulsverhalten) bezeichnet. Die Klangqualität ist umso höher, je genauer der (Signal-) Impuls von dem Schallwandler wiedergegeben wird.

Dabei ist es entscheidend, mit wie vielen Schwingungsvorgängen der Lautsprecher dem antreibenden Signal und seinem zeitlichen Verlauf folgt. Die Impulstreue von z.B. dynamischen Lautsprechern wird erheblich von der Festigkeit der Membrane und Sicke beeinflusst.

Klirrfaktor

Mit dem Klirrfaktor werden die pegelabhängigen Verzerrungen von Signalen bewertet. Bei der Übertragung von Frequenzen werden immer auch parasitäre Schwingungen, Reflexionen, Oberwellen usw. erzeugt die in der Originalschwingung nicht vorkommen. Hauptursache ist die Nichtlinearität des elektromechanischen Wandlers.

Ein Klirrfaktor von max. 1% ist für das menschliche Gehör praktisch nicht wahrnehmbar. Erst ab einer Größe von ca. 3% wird der Klirrfaktor (Verzerrungen) als unangenehm und störend empfunden. Elektrische Belastbarkeit

Die Belastbarkeit eines Lautsprechers wird als max. elektrische Leistungsaufnahme (in Watt, W) bezeichnet, mit der er ohne Verzerrungen und Beschädigung betrieben werden kann.

Die Belastbarkeit ist eine wichtige Größe für die Auswahl des Lautsprechers in Abhängigkeit der Leistung des Verstärkers, an dem er angeschlossen ist. Die Ausgangsleistung des Verstärkers sollte dem Lautsprecher angepasst sein und keinesfalls den Wert für die Belastbarkeit überschreiten.

Unabhängig von der Ausgangsleistung von Verstärkern können Lautsprecher durch starke Verzerrungen (Klirrfaktor) zerstört werden. Das bedeutet in der Praxis, dass gerade qualitativ minderwertige Verstärker mit geringer Ausgangsleistung, die im oberen Leistungsbereich betrieben werden, auch Lautsprecher zerstören können, die gemäß den technischen Daten eine wesentlich höhere Belastbarkeit aufweisen.

Wirkungsgrad

Mit dem Wirkungsgrad eines Lautsprechers kann die Effizienz bei der Umwandlung der elektrischen Energie in den Schalldruck bestimmt werden. Je höher der Wirkungsgrad (Angabe in %) ist, desto weniger Energie wird gebraucht, um einen bestimmten Schalldruck zu erreichen. Anders gesagt, der Lautsprecher arbeitet verlustarm und kann schon bei einer geringen Verstärkung einen geforderten Schalldruck produzieren. So kann ein angeschlossener Verstärker im optimalen Arbeitsbereich und nicht im Grenzbereich betrieben werden. Gerade bei batterie- oder akkubetriebenen Geräten hat der Wirkungsgrad des Lautsprechers auch einen Einfluss auf die mögliche Betriebszeit. Ein Lautsprecher mit einem schlechteren Wirkungsgrad erfordert eine höhere Verstärkerleistungen, die wiederum durch hohe zugeführte Energie als Wärme vom Lautsprecher abgeführt werden muss, um eine Beschädigung zu vermeiden.

In der Beschallungstechnik ist beispielsweise für Sprach- oder Alarmmeldungen eine hohe Verständlichkeit der Information bei einem hohen Schalldruckpegel erforderlich. Hierzu sind Druckkammerlautsprecher aufgrund ihres Funktionsprinzipes und dem guten Wirkungsgrad ideal geeignet.


Produktinformationen zum Thema Lautsprecher finden Sie hier:
Wandaufbaulautsprecher
Deckeneinbaulautsprecher
Soundprojektoren
Druckkammerlautsprecher
Kugellautsprecher, Tonsäulen & Boxen

Quelle: Schulungsinformationen der Firma Esser by Honeywell

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