So funktionieren Lautsprecher

Einteilung nach Frequenzbereichen

Unser aller Ziel ist es, Musik so originalgetreu als nur möglich über Lautsprecher wahrzunehmen. Ein einziger Schallwandler ist dazu nur bedingt in der Lage, was physikalische Ursachen hat. Tiefe Töne haben niedrige Frequenzen. Sie erfordern zum Beispiel sehr lange Klaviersaiten. Hohe Frequenzen erzeugen hohe Töne. Im Klavier braucht es dazu nur kurze Saiten. Geht es um die unverfälschte Musikwiedergabe, sind wir mit dem gleichen Prinzip auch beim Lautsprecher konfrontiert. Wirklich gut kann er nur tiefe Töne wiedergeben, wenn er groß ist. Für hohe Töne eignet er sich nicht wirklich. Nach dem gleichen Prinzip sind kleine Lautsprecher besser für hohe, als für niedrige Frequenzen geeignet. Deshalb wird im Hi-Fi-Bereich die Wiedergabe des hörbaren Frequenzspektrums auf mehrere Lautsprecher aufgeteilt, etwa auf Hoch-, Mittel- und Basslautsprecher. In den Boxen sorgen so genannte Frequenzweichen dafür, dass jeder Lautsprecher nur jenes Frequenzspektrum zugespielt bekommt, wofür er ausgelegt ist. Die Einteilung, welcher Teil des Hörspektrums einer bestimmten Lautsprechertype zufällt, ist nicht genormt, weshalb die folgende Einteilung nur als grober Richtwert zu verstehen ist. Welche und wie viele verschiedene Lautsprecher in einer Box eingebaut werden, hängt auch von dessen Einsatzzweck ab. So erfüllen etwa die Boxen einer Heimkino-Anlage unterschiedliche Aufgaben, die sich auch in den von ihnen abgedeckten Frequenzbereichen widerspiegeln.

Lautsprecher-Wirkungsgrad

Als Wirkungsgrad bezeichnet man das Verhältnis zwischen zugeführter und abgegebener Leistung. Da jedes Gerät auch Verluste hat, ist die abgegebene Leistung stets geringer als die zugeführte. Was vielen gänzlich unbekannt ist: Der Wirkungsgrad eines üblichen Lautsprechers ist extrem gering. Er beträgt im Mittel nur 0,1 bis 1 Prozent! Das heißt, dass 99 Prozent in Verlustwärme umgewandelt werden. Nur elektrodynamische Lautsprecher sind etwas besser. Sie bringen es auf 0,2 bis 5 Prozent. Die üblichen Wirkungsgrad-Werte für HiFi-Lautsprecher und Studiomonitore liegen zwischen 0,2 und 2 Prozent. Was Wirkungsgraden von 0,002 bis 0,02 entspricht. Die Verlustwärme eines Lautsprechers entsteht großteils in der Schwingspule, die im schmalen Spalt des Magneten eingebaut ist. Hier kann sie, wenn der Lautsprecher zu stark belastet wird, leicht überhitzen und durchbrennen, was letztlich den Tod des Lautsprechers bedeutet. Lautsprecher und Verstärker müssen also zusammenpassen. Werden an einen Verstärker unterdimensionierte Lautsprecher angeschlossen, werden diese überlastet, sollte der Lautstärkeregler zu sehr aufgedreht werden. Nett zu wissen: Würde ein Lautsprecher einen Wirkungsgrad von 100 Prozent haben, könnte man einen Raum mit 1 Watt Eingangsleistung mit 104 dB Schalldruck bespielen.

Kennschalldruck

Anstatt des Wirkungsgrads wird beim Lautsprecher der Kennschalldruck angegeben. Er wird in 1 Meter Entfernung vom Lautsprecher gemessen, während dieser mit einer Eingangsleistung von 1 Watt belastet wird. Der Kennschalldruck wird in dB/W/m angegeben. Er ist insofern relevant, weil davon bei gegebener Belastbarkeit die maximal erreichbare Lautstärke abhängt. Hat ein Lautsprecher einen geringen Kennschalldruck ist mit ihm trotz höherer Wattzahl mitunter eine deutlich geringere Maximallautstärke erreichbar als mit einem geringerwattigen mit höherem Kennschalldruck. Wer also denkt, dass zum Beispiel ein 30-Watt-Lautsprecher mit 95 dB/W/m lauter als ein 25-Watt-Modell mit 101 dB/W/m ist, der irrt.

Belastbarkeit

Die Belastbarkeit eines Lautsprechers wird durch die im Bereich der Spule entstehende Verlustwärme und durch die Auslenkung der Membrane begrenzt. Bei zu hoher thermischer Belastung kann die Spule durchbrennen. Bei zu stark aufgedrehtem Verstärker wird die Membran bis über ihre Grenzen mechanisch belastet und kann reißen. Was insbesondere bei tiefen Frequenzen, und somit bei Basslautsprechern, der Fall sein kann. Wie stark ein Lautsprecher beansprucht wird, hängt auch von der Art des wiederzugebenden Signals ab. Übliche Musiksignale ähneln in ihrer Zusammensetzung im zeitlichen Mittel dem Rosa Rauschen. Was einen Lautsprecher eher weniger belastet. Eine echte Herausforderung für ihn sind aber Sinussignale, Stichwort: 1-kHz-Pfeifton. Sie sorgen vor allem bei Hoch- und Mitteltönern für sehr große Auslenkungen. Weiter spielt auch die Dauer der Lautsprecher-Überlastung eine Rolle. Da die Schwingspule bei einem Tieftöner massiver ausgeführt ist, braucht sie länger, um sich zu erwärmen. Womit sie Überlastungen bis zu etwa 30 Sekunden zumindest thermisch wegzustecken vermag. Die Spulen von Mittel- und vor allem Hochtönern sind ungleich zierlicher aufgebaut. Für sie kann bereits eine sehr kurze zeitliche Überlastung zu einem nicht reparierbaren Schaden führen.