Wandler in Mobilgeräten

Mikrolautsprecher in Telefonen, Notebooks und Tablets sind dynamische Wandler mit rechteckiger Membran, wenigen Millimetern Bauhöhe und einem Rückvolumen von oft weniger als einem Kubikzentimeter. Aus diesen Größen ergibt sich unmittelbar, was möglich ist.

Die harte Grenze

Der abgestrahlte Schalldruck bei tiefen Frequenzen hängt vom verschobenen Luftvolumen ab, also von Membranfläche mal Auslenkung. Beides ist hier minimal. Deshalb fällt der Frequenzgang unterhalb von einigen hundert Hertz steil ab, unabhängig vom Aufwand.

Hinzu kommt das winzige Rückvolumen. Es wirkt als sehr steife Feder und hebt die Resonanzfrequenz des Systems an. Hersteller begegnen dem mit Materialien, die im Gehäuse Gas adsorbieren und dadurch ein größeres Volumen vortäuschen, was einige Hertz bringt, aber die Größenordnung nicht ändert.

Was Software daraus macht

Psychoakustische Basserweiterung. Fehlt der Grundton, lässt sich die Tonhöhe trotzdem vermitteln, indem man die zugehörigen Obertöne erzeugt. Das Gehör rekonstruiert daraus die fehlende Grundfrequenz. Der Effekt ist gut belegt und der Grund, warum kleine Lautsprecher überhaupt Bassanteile vermitteln, siehe Psychoakustik.

Dynamikkompression. Sie hebt leise Passagen an, damit sie in lauter Umgebung hörbar bleiben. Auf Kosten der Dynamik, aber für den Einsatzzweck sinnvoll.

Schutzalgorithmen. Aus Strom und Spannung wird laufend die Membranauslenkung und die Schwingspulentemperatur geschätzt. Nähert sich einer der Werte der Grenze, greift der Algorithmus ein. Dadurch lassen sich Mikrolautsprecher deutlich näher an der mechanischen Grenze betreiben als ohne diese Überwachung.

Mehrkanalige Tricks. Zwei Wandler an gegenüberliegenden Enden erzeugen eine Stereobasis, die es geometrisch kaum gibt. Mit Übersprechkompensation lässt sich der Effekt verstärken, allerdings nur für eine bestimmte Hörposition.

Smart Speaker und Soundbars

Hier ist mehr Volumen vorhanden, und die Bauform erlaubt echte Tieftöner mit Passivmembran oder Reflexöffnung. Der interessante Teil ist die Signalverarbeitung: Mehrere Wandler in einer Zeile lassen sich zeitversetzt ansteuern, sodass die Abstrahlung gezielt gerichtet wird. Soundbars nutzen das, um Anteile über Wände zu reflektieren und damit seitliche Kanäle vorzutäuschen.

Diese Verfahren funktionieren, solange die Raumgeometrie den Annahmen entspricht. In einem Raum mit offener Seite oder ohne passende Reflexionsflächen bleibt der Effekt aus, siehe Raumgröße und Raumform.

Einordnung

Mobilgeräte sind ein Musterbeispiel dafür, wie weit Signalverarbeitung physikalische Grenzen kaschieren kann, und wo sie es nicht kann. Was fehlt, ist der tiefe Grundton und die Dynamik. Was erstaunlich gut gelingt, ist Verständlichkeit und die Vermittlung von Tonhöhe.

Für die eigene Anlage lässt sich daraus ableiten: Wer echten Tiefton will, braucht verschobenes Luftvolumen, und das bedeutet Fläche oder Hub. Kein Algorithmus ersetzt das, siehe Subwoofer integrieren.