[HowTo] Der Lautsprecher - Einzelteile & Funktion für Einsteiger

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Beitrag 19. Nov 2020 19:12

Servus zusammen,

dieser Artikel ist ein Schnelleinstieg für alle Einsteiger.
Betrachtet wird der einfache Aufbau eines Lautsprechers,
als auch wird das Thema Xmax/Auslenkung kurz behandelt, hierüber folgt aber ein separater Beitrag, unten verlinkt.


Aufbau eines Lautsprecherchassis

Das_Chassis_2020_2k.png


Das Bild samt Beschriftungen sollte den Aufbau und grobe Funktionsweise recht gut erklären.
Die wichtigsten Komponenten haben einen Schnitt von der Seite.
Dennoch gehe ich auf die einzelnen Teile jeweils ein.


Oben sehen wir die Aufhängung der Membran per Sicke am Korb, samt vorderer Dichtung.


Vordere Dichtung:
Diese ist auf der Sicke befestigt, teils auch halb Sicke, halb Korb.
Zwar nennt sich dieser "Kringel" Dichtung, kann aber aus verschiedenem Material sein,
von knüppelhartem Kunststoff, über Papier, bis zum weichen, dichtenden Schaumstoff.
Eine Abdichtung ist hier nur wichtig, sofern das Chassis von hinten an die Schallwand montiert wird.
Bei HiFi und CarHiFi gibt's hier teilweise auch ganz schicke Designs ;)


Korb:
Dieser wird manchmal überbewertet, teils auch unterschätzt.
Der Korb kann ebenfalls aus verschiednen Materialien gefertig werden,
einfache Chassis bestehen oft aus einem einfachen Blechkorb, um diesen zu stabilisieren, werden vor allem die Streben
außen abgekantet und die breiten Flächen mittig eingestanzt (erkennt man als Ausbeulungen).
Muss der Korb mehr aushalten, wird dieser gerne aus Guss gefertigt, bei modernen & leichten Lautsprechern aus Aludruckguss.
Körbe aus diesem Material können sich nicht verbiegen, dafür bei harten Stößen (z.B. durch Fallschaden) aber brechen.

Vor allem im Mittelton bis Hochtonbereich ist die Form und Anzahl der Streben recht wichtig, da hier rückwärtige Reflexionen entstehen können.
Für den Hersteller gilt es hier den richtigen Mix aus Stabilität und möglichst wenig Reflexionen zu finden.
Wobei Körbe auch rückseitig geschlossen sein können, was man im Regelfall bei reinen Mitteltönern vorfindet.

Moderne und hochbelastbare Lautsprecher haben im Korb noch diverse Kühllösungen integriert,
z.B. findet man im Bereich der Schwingspule/Magnet Öffnungen (mit Gitter/Netz) zur Luftzirkulation und somit Wärmeabfuhr.

Auch gibt's Speziallösungen, bei welchen der Korb den kompletten Magneten umschließt, oder auch inverse Körbe,
bei welchen der Magnet/Antrieb vor der Membran sitzt um möglichst flach zu bleiben (gerne bei CarHiFi).
Auch ein Korb, der zusätzlich über die Membranvorderseite ragt und als Phaseplug dient (bzw. diesen hält) hat man schon gesehen.


Sicke:
Sicken_2020_2k.png

Diese kann völlig verschieden geformt sein, als auch aus unterschiedlichem Material und sogar unten/oben speziell beschichtet. (Siehe z.B. L15P200AK)
Bei PA sehen wir häufig mehrfach gewellte Sicken, gerne aus dem Membranmaterial, oder auch Kunststoffgewebe.
Wobei auch bei PA die "klassischen" Gummisicken wieder im Kommen sind, welche man sonst oft bei HiFi und CarHiFi findet,
diese können auch invers ausfallen, das heißt Wölbung nach unten/innen.
Sehr günstige Chassis haben oft einfache Schaumsicken, von früher her haben diese einen sehr schlechten Ruf, da sich die damals gerne flott aufgelöst haben
und somit erneuert werden mussten. Heutige Schaumzusammensetzungen halten wesentlich länger stand.

Die Sicke dient als Einspannung, als auch als Feder. Diese kann von extrem weich, bis super progressiv/hart ausfallen
und kann in beiden fällen entweder recht großen oder auch nur geringen Hub "zulassen".
Je nach Auslenkung der Membran (Xmax) variiert hier die Kraft und Steifheit, bzw. Federwirkung, hierüber gibt es haufenweise Abhandlungen und Artikel,
recht Nette hat hier z.B. Sica bezüglich Gummisicken bei PA-Chassis.
Dies steht gesamt betrachtet auch im Zusammenspiel mit der Spider/Zentrierspinne.


Membran:
Diese kann, wie alles andere, aus den unterschiedlichsten Materialien bestehen, als auch die verschiedensten Formen aufweisen.
Ganz klassisch aus Papier, eventuell samt Beschichtung hinten/vorne/beidseitig, aus Gewebe, Kohlefaser, Kunststoff, Alu,
ja sogar aus Holz.
Die Form ist oftmals klassisch Konisch, kann aber variieren. Es gibt sogar völlig flache Membrane.
Bei typischen PA-Chassis sieht man oftmals "Kringel" mittig, diese dienen idR. als Membranversteifung,
denn je nach Auslenkung und Pegel verformt sich eine Membran im Betrieb und erzeugt somit ungewollte Schallanteile und Verzerrungen. (Partialschwingungen)
Gerade im PA-Bereich für große Stacks oder auch Hörner mit viel Kompression benötigt es extrem stabile "Pappen", damit diese sich nicht verformen,
vor allem aber nicht reißen oder knicken (Sie müssen dem hohen Strahlungswiderstand Stand halten).
Vor allem die Form der Membran wirkt sich auf die Abstrahlung im mittleren, bis oberen Frequenzbereich aus.
Auch sehr wichtig ist das Gewicht der Membran, je schwerer die Membran, desto potenter muss der Antrieb ausfallen (BL), primär die fs sinkt hier.
All dies zusammen (Form & somit Abstrahlung, Material, Versteifung, Gewicht) formen in großen Maßen den Klang und das Verhalten.


Dustcap:
Diese dient, wie der Name schon vermuten lässt) primär dazu den Luftspalt vor Staub und Schmutz zu schützen.
Form und Material wirken sich auch auf den oberen Frequenzbereich aus, Frequenzverlauf als auch Abstrahlung.
Bei Breitbandlautsprechern sieht man oft die "wildesten" Ausführungen und Formen um dem Hochton Herr zu werden.
Bei Koaxiallautsprechern muss die Dustcap schalldruchlässig sein und besteht oftmals nur aus einem ganz dünnem Netz,
darunter sitzt dann ein kleines Horn (von mir gerne Stummelhorn genannt), hinter welchen dann ein Hochtöner befestigt wurde.
Alternativ kann das Horn auch größer ausfallen und bis über die Membran reichen, hier finden wir entsprechend keine klassische Dustcap mehr.
Solch ein großes Horn bringt dann wieder Probleme mit sich, wie Beeinflussung von Mittel- und Hochton, als auch der Abstrahlung und Reflexionen,
dies ist aber was für ein ausführliches, gesondertes Thema.



Unten sehen wir den gesamten Antrieb, samt Zentrierspinne.


Zentrierspinne:
Spider_2k.png

Diese dient, wie der Name schon sagt, als Zentrierung der Schwingspule,
im Zusammenspiel mit der Sicke aber auch als Feder, vor allem um die Position wieder in die Nullage zu richten.
Als Material wird hier oftmals ein gröberes Gewebe gewählt, teils beschichtet.
Im PA-Bereich wird die Spider auch gerne mit Silikon bedämpft, bei hochpotenten Chassis
haben wir teils sogar zu 3 Zentrierspinnen die direkt aufeinander liegen, dazwischen mit einem material, wie Silikon (Sandwich).
Dies soll vor allem gegen DC-Displacement helfen, also einer Verschiebung der Nullage im Betrieb.
Auch kann bei besonders ausgefallenen Modellen die Zentrierspinne vorne unter der Dustcap liegen, oder auch Rückseitig,
wie man es von den bekannten Monacor Raptor kennt.

Die Spider verbindet die Schwingspule mit dem Korb.
Vor allem bei diesem Bauteil ist eine genaue Montage, samt ordentlichem Kleber nötig (wie auch bei Membran an Schwingspule).
Sofern verfügbar, empfiehlt es sich beim DIY Reconing von potenten Subwoofer-Chassis, bereits fertig verklebte Kits zu nutzen ,
Sprich Schwingspule, Membran und Spider schon vormontiert, idR. ist die Sicke hier auch schon angebracht.


Schwingspule:
Eines der wichtigsten Bauteile eines Lautsprechers.
Sie besteht aus einem Draht, welcher um einen Körper gewickelt wird, den Schwingspulenträger.
Als Material wird oft Kupfer genutzt, soll Gewicht (oder Preis) reduziert werden, dann Aluminium, aber auch CCA ist möglich.
Der Träger kann aus unterschiedlichem Material bestehen, oftmals sieht man hier Kapton.
Auf diesem Träger wird der Draht aufgewickelt, als auch verklebt. Die Wicklung und der Träger bilden zusammen die sogenannten Schwingspule,
abgekürzt als VC, für Voice Coil.
Eine Schwingspule kann von außen (typisch) oder innen,
aber auch beidseitig bewickelt sein, sprich außen und innen vom Träger, dies soll primär zu besseren Wärmeabfuhr führen.
Oder auch als klassische Doppelschwingspule ausgelegt, im Regelfall werden auf einem Träger dann 2 Wicklungen mit etwas Abstand zueinander angebracht.

Die Anzahl der Wicklungen, Stärke des Drahts als auch Wickeldurchmesser (Durchmesser der VC)
entscheiden über die Elektrische Belastbarkeit. Das verwendete Material des Trägers als auch dessen Kleber und Beschichtung
entscheiden über die thermische Belastbarkeit.
Ja, es kann sein, dass die VC elektrisch den 1000W stand hält, dabei aber so heißt wird, dass der Träger, eher aber die Kleber
der Wärmeentwicklung nicht Stand halten und sich Draht oder auch Träger ablösen.
Teils bieten Hersteller hier gegen Aufpreis auch Speziallösungen, am bekanntesten dürfte die Lösung von 18 Sound sein, welche einem u.a. beim Reconen angeboten wird.

Da die Wickelhöhe in Verbindung mit der Dicke der oberen Polplatte über die Auslenkung (Xmax) entscheidet,
Drahtstärke, Wickeldurchmesser und Länge über die Impedanz (inkl. dem Polkern),
dies alles inkl. Kühlung des Chassis über die Belastbarkeit,
das Gewicht dieser Gesamtkonstruktion noch mit an der Membran hängt,
muss der Hersteller genau entscheiden, wie die Schwingspule für den jeweiligen Lautsprecher und dessen Einsatzgebiet auszufallen hat.
Kaum zu übersehen ist hier wohl, dass je nach Fall, immer Kompromisse eingegangen werden müssen.


Magnet:
Ganz einfach erklärt, hat jeder Magnet 2 Pole, einen Süd- und einen Nordpol.
Dieser "magnetisiert" die sogenannten Polplatten, welche darüber und darunter sitzen.
Im Regelfall hat die vordere Polplatte den Südpol, die hinter Polplatte, samt dem Polkern den Nordpol.

Ganz klassisch sitzt der Magnet, wie im Bild, zwischen den beiden Polplatten, als Ferritmagnet kennen wir
das Ganze als großen Ring, mit Neodym gibt es diverse Ausführungen, oftmals werden hier keine Nedoympallets rundherum angeordnet.
Es gibt aber auch weitere Designs, wie z.B. Magnet mittig, auf Position des Polkerns etc.


Polplatten & Polkern
Die Polplatten werden quasi vom Magnet "durchströmt" und sind für den magnetischen Fluss, somit die Bewegung der VC, bzw. Membran verantwortlich.
Zwischen diesen sitzt im Regelfall der Magnet mit seinen 2 Polen.
Auf der hinteren Polplatte sitzt der Polkern, dieser befindet sich quasi im inneren der Schwingspule und schließt in der Höhe idR. mit der vorderen Polplatte ab.
Zwischen der vorderen (eigentlich oberen) Polplatte und dem Polkern sitzt die Schwingspule, in Nullposition ist die Wicklung genau in der Mitte.
Somit bilden die vordere Polplatte außen um die Wicklung und der Polkern im Inneren der Wicklung einen Pol und einen Gegenpol.

Zwischen Polkern und vorderer Polplatte befindet sich der sogenannte Luftspalt, in welchem die Schwingspule sitzt.
Diese wird primär von der Spider, sowohl vertikal als auch horizontal, in Mittelposition gehalten, im Stillstand als auch im Betrieb.

Der Polkern kann zur besseren Kühlung eine Bohrung aufweisen, die sogenannte Polkernbohrung.
Aber auch bei Koaxiallautsprechern ist der Polkern "durchbohrt", hier allerdings um einen Hochtöner zu verbinden.

Mit der Tiefe des Luftspaltes (Polplattenhöhe) als auch Wickelhöhe bestimmt man das Xmax, also die maximale lineare/physikalische Auslenkung.
Abgekürzt wird das ganze mit (Magnetic) Gap height "Hg" und Voicecoil "winding" height "Hvc".
Es ergibt sich für klassische Lautsprecher, also Überhangspule, folgende Formel: (Hg-Hvc)/2 = Xmax
Beispiel: Wicklungshöhe 10mm - Luftspalttiefe 5mm = 5mm Gesamtauslenkung. 5mm/2 = 2,5mm Xmax. also 2,5mm Auslenkung pro Seite (Vor/Zurück)

Spulenarten_2k.png

Es gibt 3 Aufbauarten, bzw. Spulenarten, die Überhangspule und die Unterhangspule sind die wohl Bekanntesten.
man findet aber auch Bauarten vor, bei welchen Polplatte und Wicklung die gleiche Höhe aufweisen.
Ganz klassisch ist die Überhangspule, (siehe Bild), diese ist höher gewickelt als die Polplatte und nur ein Teil der Wicklung befindet sich Magnetfeld.
Bei der Unterhangspule, ist die Wicklung kleiner als die Polplattenhöhe, somit befindet sich die Spule immer im kompletten Magnetfeld.
Die Formel dafür ist quasi identisch, üblicherweise bietet dieser Aufbau wesentlich weniger Auslenkung.
Beide Arten haben ihre jeweiligen Vor- und Nachteile. Dies zu erläutern, würde diesen Artikel aber sprengen ;-)

Der Luftspalt kann recht eng sein, aber auch recht breit.
IdR. ist es gut einen möglichst engen Spalt zu haben (Spule näher am Magnetfeld),
aber je nach Auslenkung und Belastung wird eine Membran und somit auch Spule, sich nie völlig linear im Spalt hoch und runter bewegen.
Vor allem bei unsymmetrischen Belastungen, wie einige Hornbässe (Beispiel Punisher Horn), ist es gut einen breiteren Luftspalt zu haben,
damit die Spule bei leichter Schräglage keinen Kontakt zur Polplatte oder Polkern bekommt und damit Schaden nimmt.




Das Thema Xmax behandeln wir separat, der Link hierzu folgt hin Kürze: Templink.

Diskutiert hier gerne über das Thema und stellt Fragen.
Falls ich was nicht ausreichend oder falsch erklärt habe, bitte ich um Information, dann
werde ich dies natürlich gerne ergänzen oder entsprechend korrigieren.

Vielen Dank für's Lesen.

Änderungen:
- 20.11.20 Je ein Bild für Sicken-, Spider- und Spulenarten hinzugefügt.

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