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SCHALLWANDLER IM ÜBERBLICK

Elektrische Spannung, Schallwellen und Schallerzeugung – Begriffe, die viele an den Physikunterricht erinnern. Für Musikliebhaber haben sie aber noch eine ganz andere Bedeutung: Wer verstehen möchte, wie man Musik über Kopfhörer genießen kann, stößt früher oder später auf den Begriff Schallwandler. Das Bauteil ist in Kopfhörern, Lautsprechern, aber auch Mikrofonen entscheidend für die Audioübertragung.  

Die Physik, die hinter jedem Hörgenuss steckt, kurz und knapp erklärt: Bei einem Kopfhörer wandelt der Schallwandler elektrische Signale (elektrische Spannung) in akustische Signale (Schallwellen) um. Dies funktioniert auch umgekehrt: Bei einem Mikrofon zum Beispiel werden akustische Signale in elektrische Signale umgewandelt. Der wichtigste Bestandteil dabei ist die Membran. Durch Wechselstrom wird diese in Schwingung gesetzt und ein sogenannter Wandler überträgt die Audiosignale in elektrische Impulse.

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arten von schallwandlern

Das ist aber natürlich noch nicht alles. Im Laufe der Jahre hat sich die Technologie immer weiterentwickelt. Heutzutage gibt es verschiedene Arten von Schallwandlern, die unterschiedliche Einsatzgebiete haben und sich durch ihren Aufbau unterscheiden. Für Technik- und Physikbegeisterte ein kleiner Überblick der verschiedenen Schallwandler:

1. Elektrodynamisch
2. Magnetostatisch
3. Balanced-Armature-Schallwandler
4. Elektrostatisch

1. Elektrodynamisch:

Das Audiosignal wird auf eine Spule übertragen, die sich im Magnetfeld eines Permanentmagneten bewegt. Diese Bewegung überträgt sich auf eine Membran, womit Spannung in Schall umgewandelt wird. 

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2. Magnetostatisch:

Statt einer magnetisierten Schwingspulen sind beim magnetostatischen Schwallwandler Leiterbahnen auf der Membranoberfläche verbaut. Die konstant elektrisch aufgeladene Flachmembran bewegt sich in einem Magnetfeld zwischen zwei dauermagnetischen Metallteilen, den perforierten Statoren.

Wandlerprinzip-Magnetostat-2
Wandlerprinzip-Magnetostat-2
2. Magnetostatisch:

Statt einer magnetisierten Schwingspulen sind beim magnetostatischen Schwallwandler Leiterbahnen auf der Membranoberfläche verbaut. Die konstant elektrisch aufgeladene Flachmembran bewegt sich in einem Magnetfeld zwischen zwei dauermagnetischen Metallteilen, den perforierten Statoren.

3. Balanced-Armature-Schallwandler (BA):

Ein BA-Schallwandler arbeitet mit einem Permanentmagneten und einem Anker, der im Magnetfeld zentriert und beweglich gelagert ist. Fließt Strom durch die Spule des Ankers, magnetisiert dieser und wird leicht bewegt. Durch die Verankerung an die Membran werden dann Schallwellen erzeugt. 

4. Elektrostatisch:

Eine extrem dünne und Strom leitende Polyester-Membran sitzt zwischen zwei durchlöcherten Metallplatten und wird mit einer Vorspannung versorgt, welche die Membran zum Schwingen bringt. Dafür ist eine sehr hohe Spannung von 100 bis 1.000 Volt erforderlich. 

Wandlerprinzip-Elektrostat

Es gibt auch noch weitere Schallwandler, wie die elektromagnetischen oder piezoelektrischen Schallwandler – diese finden heute aber kaum noch Verwendung. Die oben genannten Schallwandler haben aufgrund ihrer Bauweise verschiedene Eigenschaften und Einsatzgebiete. Das elektrodynamische Prinzip ist am weitesten verbreitet und bietet eine hohe Wiedergabequalität. In unseren High-End Kopfhörern ist ein besonderer Schallwandler nach elektrodynamischem Prinzip verbaut – der von uns entwickelte Tesla-Schallwandler.

Der Tesla-Schallwandler

1 Tesla ist die magische Zahl für Schallwandler. Mit Tesla misst man die Stärke eines Magnetfeldes, das auf einen stromdurchflossenen Leiter einwirkt und 1 Tesla ist die Schwelle im Magnetfeld der Schallerzeugung. Werte über 1 Tesla gelten im Kopfhörerbau als schwer erreichbar. Eine Steigerung würde allerdings immense Vorteile bringen: Die Schwingspulen können filigraner ausfallen und damit schneller reagieren, der erzeugte Schall gewinnt an Präzision und Detailreichtum. Gleichzeitig steigt die Energieausnutzung, der Hörer kann lauter spielen. 

Benannt wurde die Maßeinheit nach dem Elektro-Ingenieur Nikola Tesla im Jahr 1960. Angetrieben durch den Wunsch, scheinbar unlösbare Probleme zu lösen, fing Tesla bereits sehr früh an, mit kabelloser Energieübertragung zu experimentieren. Und:  Bis heute regt er den Erfindergeist unsere Entwickler an, um Audio-Technologien immer weiter zu revolutionieren. So war Tesla auch Inspiration für den Tesla-Schallwandler der Tesla-Technologie, der nach dem elektrodynamischen Prinzip arbeitet. 

Der von uns entwickelte Schallwandler besteht aus einem Neodym-Ringmagnet mit optimiertem Magnetfeldverlauf. Dieser sorgt dafür, dass im Inneren des Schallwandlers ein Magnetfeld mit einer magnetischen Flussdichte von ca. 1,2 Tesla entsteht. Eingesetzt wird der elektrodynamische Schallwandler in unseren High-End Kopfhörern, wie zum Beispiel im T 1 oder im T 5 p der zweiten Generation.

Um einen möglichst räumlichen Klang zu erzeugen, sind die Schwallwandler in unseren High-End-Kopfhörern T1 und T5 der dritten Generation schräg angeordnet. So entsteht für den Hörer der Eindruck, dass die Musik von „vorne“ auf der Bühne kommt, quasi wie im Konzert. Dabei behält die Musik der Wahl bei der Wiedergabe all ihre musikalischen Details und kommt so nah wie möglich an die Originalaufnahme heran.

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Beim Tesla-Schallwandler müssen nur wenige Bauteile eingesetzt werden. Dadurch ergeben sich geringe Toleranzen. Das starke Magnetfeld konzentriert sich im Luftspalt im Inneren des Kopfhörers, wodurch das äußere Streufeld extrem gering ist und Verluste minimiert werden. Um exakt definierte Strömungsbedingungen für die bewegten Luftmassen im Schallwandler zu schaffen, wird statt eines Standard-Vlies‘ ein Präzisionsgewebe eingesetzt. Dadurch werden der Frequenz- und Phasengang optimiert. Ein Vollmetallgehäuse schirmt die Schwingspule des Tesla-Schallwandlers gegenüber elektromagnetischen Feldern ab. Im Zusammenspiel erreichen die einzelnen Bauteile den Wert von 1,2 Tesla. Also ein Wert, der über der magischen Grenze von 1 Tesla liegt.

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