Der dynamische Wandler: Konus, Kalotte, Schwingspule

Das elektrodynamische Prinzip ist über hundert Jahre alt und bis heute unangefochten: Eine Spule liegt im Luftspalt eines Permanentmagneten. Fließt Strom, entsteht eine Kraft, die Spule bewegt sich, und die daran befestigte Membran schiebt Luft.

Der Aufbau

Der Antrieb besteht aus Magnet, Polplatten und dem Luftspalt. Die Kraft auf die Spule ist proportional zum Produkt aus Magnetflussdichte und Drahtlänge im Spalt, dem sogenannten BL-Faktor. Er ist die wichtigste Kenngröße des Antriebs.

Die Schwingspule trägt den Strom und wandelt ihn in Bewegung. Sie ist zugleich die Stelle, an der die meiste Verlustwärme entsteht.

Die Membran überträgt die Bewegung auf die Luft. Ihre Form, meist Konus für tiefe und mittlere Frequenzen oder Kalotte für hohe, folgt aus dem Ziel, bei geringer Masse möglichst steif zu sein.

Zentrierspinne und Sicke halten die Spule im Spalt und führen die Bewegung. Beide wirken zugleich als mechanische Feder und bestimmen zusammen mit der bewegten Masse die Resonanzfrequenz.

Die vier Grenzen

Aufbrechen der Membran. Oberhalb einer bauartbedingten Frequenz schwingt die Membran nicht mehr als Einheit. Das erzeugt Resonanzen, die im Frequenzgang als Spitzen und im Wasserfalldiagramm als lange Grate sichtbar sind. Diese Grenze zwingt zur Mehrwegekonstruktion.

Nichtlinearitäten des Antriebs. Verlässt die Spule bei großem Hub den homogenen Bereich des Luftspalts, sinkt der BL-Faktor. Die Folge sind Verzerrungen, die mit dem Pegel überproportional steigen, siehe Klirrfaktor.

Nichtlineare Aufhängung. Sicke und Spinne werden bei großer Auslenkung steifer, und zwar oft asymmetrisch. Auch das erzeugt Verzerrungen.

Thermische Kompression. Erwärmt sich die Schwingspule, steigt ihr Widerstand, und der Lautsprecher wird bei gleicher Eingangsspannung leiser. Bei Dauerbetrieb an der Belastungsgrenze sind mehrere Dezibel möglich.

Was daraus für die Auswahl folgt

Für den Bassbereich zählen Membranfläche und maximaler linearer Hub, denn beide bestimmen zusammen die verschiebbare Luftmenge. Ein Chassis mit 17 Zentimetern Durchmesser und viel Hub kann so viel Volumen verschieben wie ein größeres mit wenig Hub, klirrt dabei aber mehr.

Für den Hochton zählt die Resonanzfrequenz der Kalotte, denn sie bestimmt, wie tief getrennt werden darf. Eine Kalotte mit Resonanz bei 800 Hertz lässt eine Trennung bei 2000 Hertz zu, eine mit 1500 Hertz nicht.

Der niedrige Wirkungsgrad ist kein Fehler, sondern eine Folge der Impedanzanpassung zwischen Membran und Luft. Er lässt sich durch größere Fläche oder durch ein Horn verbessern, beides mit Konsequenzen für Abstrahlverhalten und Baugröße, siehe Wirkungsgrad und Kennschalldruck.