Biegewellenwandler
Der Biegewellenwandler (englisch bending shaft converter) ist eine neuere Lautsprecherbauart. Der klassische Lautsprecher beruht der Idee nach auf einer kohärenten, starr gleichförmigen Membranbewegung. Biegewellenwandler regen die Membran dagegen gezielt zu inneren Schwingungen, aus denen sich die Schallabstrahlung ergibt.[1] Dies erfordert entsprechende Membranmaterialien.[2] Die effektive Schallabstrahlung ist ein Netto-Effekt der räumlichen und zeitlich gewichteten, unterschiedlich bewegten Membranteile, die sich als komplex zu berechnender Mittelwert errechnen lässt.
Die umgangssprachliche Bezeichnung „Flachlautsprecher“ (englisch flat panel loudspeaker) verweist eher auf die Bauweise als auf das Funktionsprinzip.
Prinzipien
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Siehe auch: Biegewelle
Regelmäßige Schwingungsmuster
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Im Biegewellenwandler nach Joseph W. Manger[3] wird eine außen fest eingespannte, biegeweiche Kreisscheibe von einer zentralen Schwingspule angetrieben. Zu hohen Frequenzen bilden sich Schwingungsmuster auf der Membran aus. Denn die Laufzeit der Verformungen vom Anregungszentrum zum Rand hin wird zusehends größer als die Periodendauer des Anregungssignals (Partialschwingungen). Ist der Membranrand bei allen Frequenzen mit dem Wellenwiderstand abgeschlossen, läuft die Biegewelle reflexionsfrei aus. Eine weitere Bedingung für die effektive Schallabstrahlung ist eine starke Dämpfung der auslaufenden Welle auf der Membran. Die bisherigen Realisierungen zeigen jedoch Reflexionen und eine frequenzabhängig variable Dämpfung, sodass neben einem eher niedrigen Wirkungsgrad der Schalldruckfrequenzgang vergleichsweise unregelmäßig verläuft. Weil Dämpfung und Phasengeschwindigkeit wiederum von der aktuellen Form der Membran abhängen, ist das Funktionsprinzip anfällig für harmonische Verzerrungen und Intermodulationen.
Beim System nach Walsh[4][5] breiten sich Biegewellen auf einem gestreckten Konus aus. Diesem Prinzip, das in den 1970er Jahren entwickelt wurde,[4] liegt eine für tiefe Frequenzen biegesteife Membran, z. B. aus Titan zugrunde. Es ist möglich, den tieferen Teil des Spektrums nach Art eines konventionellen Lautsprechers abzustrahlen, indem der Konus als ganzes in Richtung seiner Achse bewegt wird.
Die Scheibe nach Manger als auch der Konus nach Walsh zielen auf ein regelmäßiges Schwingungsmuster auf der Membran ab. Mit Annahme des genau bekannten Schwingungsmusters wird die Berechnung des Schallfeldes durchgeführt und konstruktiv eine Optimierung gesucht.
Unregelmäßige Schwingungsmuster
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Der Distributed Mode Loudspeaker ist ebenfalls ein Biegewellenwandler[6]. Seine konstruktive Grundlage ist jedoch nicht ein regelmäßiges Schwingungsmuster. Vielmehr wird eine im Einzelnen derart wechselhafte Membranbewegung angenommen, dass eine statistische Behandlung sinnvoll wird. Die möglichst hohe Dichte von Teilschwingungen im Frequenzbereich wird durch eine stark reflektierende Einspannung der Membran, durch geringe Dämpfung und vielfache Anregung an verschiedenen Orten durch sogenannte Exciter (Oberflächenerreger oder auch surface transducer genannt) erzielt. Die gezielte Konstruktion verwendet die computertechnische Lösung der relevanten Partiellen Differentialgleichungen und ist demnach erst seit den 2000er Jahren praktikabel. Ebenso seit dieser Zeit gibt es NXT-Flatpanels, bei denen verschiedene Zonen angeregt werden. Die Position der Schallerreger ist computerberechnet; die Schallfläche wird nach einer Messung mit dämpfender Masse computergestützt abgeglichen.[4]
Allgemeines
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Je nach Ausführung sind Wirkungsgrade erzielbar, die denen konventioneller Lautsprecher vergleichbar sind. Das prinzipbedingt diffuse Schallfeld dieser Lautsprecher ist in schwierigen akustischen Umgebungen ein besonderer Vorteil.
Mit einem Biegewellenwandler lässt sich im Prinzip jede beliebige Oberfläche als Membran verwenden, sofern die Materialeigenschaften zum akustisch beabsichtigten Verhalten passen, und/oder das Signal entsprechend entzerrt wird.
Anwendungen
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Die Anwendung erstreckt sich von Beschallungsanlagen über Heimgeräte,[7][8] Smart Speaker[9] und Hifi-Lautsprecher,[10] "sprechende" Schaufensterverglasungen[4] bis zu schallaktiven Displays von Mobiltelefonen.
Weblinks
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- itwissen Lexikon itwissen Biegewellenwandler
- Berechnung des Biegewellenwandlers: Diplomarbeit Holger Hiebe, 2005 TU Graz
- Abendblatt.de: Wie funktioniert eigentlich ... ein Flachlautsprecher
Einzelnachweise und Anmerkungen
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- ↑ Diplomarbeit TU Graz, Holger Hiebe, 2005; Seite iii (11 MB, PDF-Datei)
- ↑ Biegewellenwandler, Mangerwandler - Lautsprecher - HiFi-Lexikon. In: fairaudio.de. 4. Juli 2016, abgerufen am 2. April 2023.
- ↑ Zu der Bauart sind kaum zitierfähige Erläuterungen erhältlich. Online oder in Papierform Erschienenes ist immer mit Eigenwerbung der Produktionsfirma verknüpft. Eine Änderung dieses Umstandes ist nicht zu erwarten, weil die Bauform einen verschwindend kleinen Marktanteil hat. Ingenieurtechnisch scheint dem Manger-Schall-Wandler (Eigenbezeichnung) kein Potential zugerechnet zu werden.
- ↑ a b c d Daniel Schmid: Die Entwicklung der Lautsprecherchassis - Von der Tauchspule zum Ionenwandler. In: avguide.ch. 4. Mai 2000, abgerufen am 2. April 2023.
- ↑ German Physiks - High End Technology Loudspeaker Manufactur - DDD Driver - The DDD Driver. Archiviert vom (nicht mehr online verfügbar) am 6. Mai 2018; abgerufen am 6. Mai 2018.
- ↑ James Lewis: Understanding the balanced-mode radiator - Electronic Products. 30. November 2012, abgerufen am 11. November 2017.
- ↑ Macally TunePro review. In: whathifi.com. 1. Februar 2009, abgerufen am 2. April 2023 (englisch).
- ↑ Thomas Bergbold: Macally Tune Pro. In: macwelt.de. 1. November 2007, abgerufen am 2. April 2023.
- ↑ Andreas Günther: BT-Speaker Braun LE01, LE02 & LE03: der Familientest. In: lowbeats. November 2020, abgerufen am 2. April 2023.
- ↑ Jürgen Schröder: Test: Aktiver Standlautsprecher Manger MSMs1. In: lowbeats. 9. März 2017, abgerufen am 2. April 2023.