DER NEUE BEYERDYNAMIC-TREIBER UNSERER PRO X KOPFHÖRER
Wir haben von euch viele Fragen rund um unseren neuen Treiber STELLAR.45 erhalten. In diesem Blogbeitrag greifen wir die Fragen auf und geben euch gemeinsam mit unseren Entwicklern tiefe Einblicke in die Entstehung und die Funktionsweise unserer neu entwickelten Technologie. Euer großes Interesse an den technischen Hintergründen freut uns außerordentlich, deshalb wünschen wir euch viel Spaß beim Lesen!
INHALTSVERZEICHNIS
In welchen Kopfhörern ist der Treiber STELLAR.45 verbaut?
Wir haben den STELLAR.45 für unsere neue PRO X Serie entwickelt, dementsprechend wurde er in unseren beiden neuen Kopfhörern DT 700 PRO X und DT 900 PRO X verbaut.
Was zeichnet den Treiber STELLAR.45 aus?
Bei der Entwicklung des Treibersystems für die PRO X Kopfhörer haben wir unser Augenmerk neben der Klang-Performance besonders auf eine hohe Effizienz des Schallwandlers gelegt – also die Eigenschaft des Wandlers, elektrische Signale möglichst verlustarm in Schall umzuwandeln. Mit einer hohen Effizienz wird sichergestellt, dass der Lautsprecher im Kopfhörer nicht nur an stationären Wiedergabegeräten wie Digital Audio Workstations oder Kopfhörerverstärkern, sondern eben auch an mobilen Geräten mit begrenzter Ausgangsleistung performant spielt. Mithilfe verschiedener technischer Maßnahmen konnten wir einen Treiber entwickeln, der in Sachen Wirkungsgrad unseren Classic-Treibern überlegen ist. Darüber hinaus haben wir intensiv am Schwingspulen-Design des Schallwandlers getüftelt. Das Ergebnis ist eine vergleichsweise lange und dennoch sehr leichte Schwingspule. In Kombination mit unserer neuartigen Membranstruktur haben wir einen Lautsprecher geschaffen, der auch bei hohen Pegeln das akustische Signal mit geringstmöglichen Verzerrungen wiedergibt.
Aus welchen Komponenten setzt sich der STELLAR.45 zusammen?
Der Treiber STELLAR.45 besteht aus vier Hauptkomponenten: der Membran mit Schwingspule, der Lagerung des Lautsprechers, dem Magnetpaket sowie der Schallwand.
Das Herzstück des STELLAR.45 Schallwandlers ist die Membran mit Schwingspule. Dieser Verbund wird von einer elektrodynamischen Kraft angetrieben, die infolge eines elektrischen Anregungssignals entsteht. Die in die Membran geprägte Struktur stellt dabei eine gleichbleibende und geführte Schwingung auch bei höhen Schalldruckpegeln sicher.
In der Lagerung des Lautsprechers werden alle Komponenten vereint. Bereits während des Herstellungsprozesses wird ein präzise gefertigter Metallring in die Lagerung integriert. Der Metallring und der Magnet bilden einen 0,6 mm breiten Luftspalt. Die Schwingspule muss genau zentrisch in diesem Luftspalt positioniert sein, um eine gleichförmige Schwingung der Membran zu ermöglichen.
Nicht zuletzt wird die hohe Effizienz des STELLAR.45-Schallwandlers durch die Verwendung eines Neodym-Eisen-Bor (NdFeB)-Magneten erreicht – dabei kommen ausschließlich Magneten der höchsten Güteklasse N52 zum Einsatz. Mit der geringen Luftspaltbreite und der hohen Güte des Magneten erreichen wir eine Feldstärke von über einem Tesla im Luftspalt.
Mit der Schallwand wird der Lautsprecher im Kopfhörer positioniert und über das auf die Schallwand aufgebrachte Vlies erfolgt das akustische Feintuning des Lautsprechers.
Weitere Details zu den einzelnen Komponenten erfahrt ihr in unserem Behind-the–Scenes–Video.
Wie unterscheidet sich der Treiber STELLAR.45 von den bisherigen beyerdynamic–Treibern?
Die Wurzeln des STELLAR.45 liegen klar im bewährten Classic-Treiber, der in all unseren Klassikermodellen wie dem DT 770 PRO, dem DT 990 PRO, dem DT 880 PRO aber auch im MMX 300 sowie anderen Headsets der DT 79X-Serie Anwendung findet.
Das Design des STELLAR.45-Magnettopfs ähnelt vom Grundaufbau dem des Classic-Treibers. Allerdings wurden Magnettopf und Schwingspule konstruktiv optimiert. In Kombination mit dem leistungsstarken NdFeB-Magneten wandelt der STELLAR.45-Treiber elektrische Signale ähnlich effizient in Schallsignale um wie unsere Tesla-Schallwandler. Das bedeutet, dass der Schallwandler bei derselben zugeführten Leistung nahezu vergleichbare Lautstärken erreicht. Beim Classic-Treiber wie auch beim STELLAR.45 befindet sich der Magnet im Zentrum des Topfes, also innerhalb der Schwingspule (Abb.1).
Abb. 1: Querschnitts-Darstellung der Spulenanordnung
STELLAR.45–Treiber
Tesla-Treiber
Die Schwingspule des STELLAR.45 ist für einen Kopfhörer-Treiber bemerkenswert lang und besitzt erstmals einen symmetrischen Überhang. Das bedeutet: Die Spule durchtaucht den Magnetspalt vollständig und ragt dabei symmetrisch auf Ober- und Unterseite um dasselbe Maß heraus. Dadurch wird die Spule vollständig vom magnetischen Fluss im Luftspalt durchsetzt. Die antreibende Kraft bleibt dabei im Betrieb selbst bei höheren Membranhüben konstant, sodass harmonische Verzerrungen auf ein Minimum reduziert werden.
Für die Schwingspule verwenden wir einen sehr dünnen kupferplattierten Aluminiumdraht mit hohem Kupferanteil. Der Draht hat ein Durchmesser von gerade mal 60 µm – das ist etwa so dünn wie ein menschliches Haar. Zur Verbesserung der Dauerbelastbarkeit ist der Draht zusätzlich mit einer speziellen Beschichtung versehen. Die Dichte des Materialverbunds ist nur halb so hoch wie die von reinem Kupfer, weist aber dennoch eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit auf. Das Spulengewicht der 3,2 mm langen STELLAR.45-Schwingspule liegt bei 80 mg und ist damit deutlich niedriger als bei Schwingspulen anderer Mitbewerber-Treiber.
Bei unseren Tesla-Treibern werden ebenfalls leistungsstarke NdFeB-Magneten eingesetzt, die allerdings ringförmig außerhalb der Schwingspule angeordnet sind. Infolge der größeren Fläche des Ringmagneten wird beim Tesla-Treiber ein höherer magnetischer Fluss in den Magnetkreis eingekoppelt, was für den Verlauf des Magnetfeldes im Luftspalt relevant ist. Der optimale Verlauf für den Schallwandler hängt vom eingesetzten Typ der Schwingspule ab. Anders als beim STELLAR.45-Treiber nutzt der Tesla-Treiber eine unterhängende Schwingspule (Abb. 1). Diese Schwingspule befindet sich auf einem Träger (Schwingspulen-Kragen), der die Spule mittig im Spalt positioniert. Die Höhe der unterhängenden Schwingspule ist mit 0,7 mm deutlich niedriger als die einer überhängenden Schwingspule, wie zum Beispiel beim STELLAR.45. Dadurch hat die filigrane Schwingspule der Tesla-Treiber ein Gewicht von gerade einmal 20 mg. Generell lassen sich durch diese unterhängende Anordnung ultraleichte Spulen mit geringer Wickelhöhe und geringem Gewicht realisieren.
Bemerkenswert ist, dass die Spulengewichte unsere Schallwandler deutlich unter denen anderer Treiberhersteller liegen – das wirkt sich auch auf den Klang aus. Das geringe Gewicht sorgt für eine hervorragende Transienten-Wiedergabe, da infolge der geringen bewegten Masse der Spule die Membran dem Anregungssignal schneller folgen kann.
Welchen Herausforderungen mussten wir uns bei der Entwicklung des STELLAR.45-Treibers stellen?
Die größte Herausforderung bei der Entwicklung des STELLAR.45 bestand darin, das Erbe unseres bewährten und herausragenden DT Classic-Schallwandlers weiterzuführen und ihn an der ein oder anderen Stelle – eben dort, wo es möglich war – noch weiter zu optimieren.
Der Fokus lag dabei vor allem auf der Verwirklichung eines hohen Wirkungsgrades und des maximal möglichen Schalldrucks des Wandlers. Das Konzept des Wandlers musste deshalb so gestaltet sein, dass dieser selbst bei höheren Schalldruckpegeln möglichst wenige eigene Verzerrungen verursacht. Solche Verzerrungen würden das ursprüngliche Tonsignal verfälschen und sollten daher im Betrieb möglichst klein gehalten werden. Trotz dieser Anforderungen musste natürlich die brillante Höhenwiedergabe erhalten bleiben, für die beyerdynamic-Kopfhörer beziehungsweise -Schallwandler bekannt sind. Eine weitere Herausforderung bestand darin, einen Treiber zu entwickeln, der sich gleichermaßen für offene wie auch geschlossene Kopfhörer eignet. Der Schalldruck des Wandlers sollte über den gesamten Hörbereich frei von Einbrüchen und Schmalband-Überhöhen sein. Auf diese Weise lässt sich der Treiber universell einsetzen und liefert optimale Voraussetzungen für das akustische Design des Kopfhörers.
Eine außergewöhnlich hohe Qualität und Konsistenz der produzierten Schallwandler zu gewährleisten, war für die Entwicklung ebenfalls ein wichtiges Kriterium. Infolge des hohen Automatisierungsgrads der Fertigungslinie musste besonderes Augenmerk auf die Prozesssicherheit der Fügeprozesse gelegt werden. Als besonderes Highlight möchten wir dabei den Fügeprozess der Baugruppe Membran mit Spule in die Lagerung des Lautsprechers zu nennen. Wie bereits erwähnt, beträgt der Luftspalt zwischen Magnet und Metallring gerade einmal 0,6 mm. Die Schwingspule wird ganz präzise zentrisch in diesem Luftspalt positioniert und fixiert. Um diese Präzision sicherzustellen, haben wir eigens für den STELLAR.45-Lautsprecher ein vollautomatisiertes Fügeverfahren entwickelt, bei dem alle Arbeitsschritte fein aufeinander abgestimmt sind.
Die Auswahl hochwertiger Materialien spielt ebenfalls eine wichtige Rolle, um einen gleichbleibend guten Sound jedes einzelnen produzierten Treibers sicherzustellen. Das Hochleistungs-Polymer PEEK (Polyetheretherketon) hat sich als das ideale Material für die Decklagen der Membranfolie herausgestellt. Es zeichnet sich sowohl durch eine hohe Formstabilität der Membranprägung wie auch hohe Beständigkeit gegenüber Umgebungseinflüssen wie Temperatur und Feuchte aus. Auch wurden alle Kunststoffteile aus hochwertigem Polyamid (PA6) mit einer Glasfaserverstärkung gefertigt, was eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber äußeren mechanischen Einflüssen gewährleistet.
Warum hat der STELLAR.45-Treiber 48 Ohm?
Die Zielsetzung bestand in der Entwicklung einer langen Schwingspule, die aber dennoch ein geringes Gewicht aufweist. Darüber hinaus sollte ein Lautsprecher entwickelt werden, der an mobilen Geräten eine performante Wiedergabe garantiert – das wird durch eine hohe Spannungsempfindlichkeit sichergestellt. Dementsprechend muss die Spule einen geringen elektrischen Widerstand aufweisen. Somit ergibt sich bei niedrigen Signalspannungen ein möglichst hoher Strom und daraus folgend eine hohe Antriebskraft (Lorentzkraft) der Spule.
Die 48 Ohm elektrischer Widerstand der Schwingspule ergeben sich somit aus den genannten Anforderungen und dem von uns gewählten Draht. Zudem hat dieser Wert für uns eine besondere Bedeutung, da er an die Legende des beyerdynamic DT 48 erinnert.
So viel in Wort und Schrift. Weitreichendere Einblicke in Produktion, Design und Produktmanagement erhaltet ihr im nachfolgenden Video.
