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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Lautsprecher in einem Auto. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Lautsprecher Um ein gutes modernes Auto-Audiosystem zu schaffen, reicht es eindeutig nicht aus, vorgefertigte „Lautsprecher“ zu installieren und sie an das Radio anzuschließen. Deshalb ist es ratsam, nach der Geschichte über Radios auch über moderne Lautsprecherdesigns nachzudenken, die von Autoenthusiasten verwendet werden. Der zweite Teil dieses Artikels enthält eine Tabelle der Hauptparameter der im Inland hergestellten dynamischen Köpfe. In den nächsten Ausgaben des Magazins werden wir weiterhin die Phasen der Auswahl, Platzierung und Installation von Audiosystemkomponenten in einem Auto beschreiben. Bei der Auswahl elektrodynamischer Köpfe oder Lautsprecher für ein Car-Audio-System, umgangssprachlich auch „Lautsprecher“ genannt, müssen Sie bedenken, dass es in der Natur kein Ideal gibt. Jede Marke hat ihre eigenen Anhänger, daher ist es, gelinde gesagt, sinnlos herauszufinden, welche von ihnen „alles wert“ sind. Es sollten diejenigen bevorzugt werden, die ihre Aufgaben besser erfüllen. Vergessen Sie nicht, dass Entwickler bei der Verbesserung eines bestimmten Indikators oder Parameters häufig Kompromisse auf Kosten anderer eingehen. Daher kann und kann es keine universellen Lösungen geben, die in allen Fällen gleichermaßen anwendbar sind. Bitte beachten Sie auch, dass es keine einheitliche Methodik zum Testen von Fahrzeugakustiksystemen (AS) gibt. Zusätzlich zu einer Reihe standardisierter Methoden verwenden viele Hersteller ihre eigenen, übertreiben deren Vorzüge und greifen bei der Bewertung ihrer eigenen Produkte sogar auf völlige Lügen zurück. Denken Sie zum Beispiel an die fantastische Leistung von Hunderten von Watt, die auf einigen bescheiden aussehenden Köpfen zweifelhafter Herkunft angegeben ist. Von allen bekannten Arten von akustischen Wandlern in Car-Audio-Systemen haben Direktstrahlungs-Dynamikköpfe sowie piezokeramische Mittel- und Hochfrequenzstrahler weit verbreitete Verwendung gefunden. Der dynamische Lautsprecher wurde 1925 von den Amerikanern Rice und Kellogg erfunden und patentiert. Die auffälligsten Änderungen in seinem Design waren mit dem Aufkommen neuer Materialien für die Herstellung von Kegeln und Magnetsystemen verbunden. Trotz seiner inhärenten Nachteile ist es recht universell und alle anderen Arten von Strahlern (Band, elektrostatisch usw.) haben einen begrenzten Anwendungsbereich. Der Einsatz in einem Auto wirft eine Reihe von Problemen auf, kann jedoch bei der Entwicklung einzigartiger Audiosysteme von Interesse sein. Um die Navigation bei der Auswahl akustischer Strahler zu erleichtern, erinnern wir uns an deren Hauptparameter und die akzeptierten englischen Bezeichnungen, die von den meisten ausländischen Herstellern verwendet werden. Impedanz, Ohm - elektrischer Gesamtwiderstand des Lautsprecherkopfes, am häufigsten durch das Modul bei einer Frequenz von 1 kHz normiert und gleich 4 Ohm, seltener - 8 Ohm. Es gibt auch Köpfe mit einer Impedanz von 10 oder 6 Ohm (letzterer Wert ist typisch für Produkte japanischer Unternehmen). Früher waren Autolautsprecher mit einer Impedanz von 2 Ohm weit verbreitet (dadurch war es möglich, bei niedriger Versorgungsspannung eine erhebliche Leistung zu erzielen), heute sind sie sehr selten geworden. Weniger verbreitete Piezo-Emitter im Betriebsfrequenzband (über 5 kHz) haben eine ziemlich hohe kapazitive Impedanz – einige zehn bis hunderte Ohm. Dies müssen Sie bei der Auswahl eines Verstärkers berücksichtigen – einige von ihnen arbeiten bei kapazitiver Last instabil. Charakteristischer Empfindlichkeitspegel (SPL) - das ist der durchschnittliche Schalldruck, den der Lautsprecher entwickelt. Gemessen wird in einem Abstand von 1 m bei einer Eingangsleistung von 1 W (normalerweise mit einer festen Frequenz von 1 kHz, sofern in der Dokumentation des Kopfes nichts anderes angegeben ist). Die tatsächliche Empfindlichkeit von Autoköpfen liegt bei etwa 90 dB/W 1/2 m, obwohl einige NF-Treiber und Horn-Piezo-Treiber eine Empfindlichkeit von mehr als 100 dB/W 1/2 m haben. Es muss jedoch berücksichtigt werden, dass einige Hersteller Verwenden Sie eine feste Spannungsmessung von 2,8 B, was beeindruckendere Werte für Köpfe mit niedriger Impedanz liefert. Da Piezo-Emitter eine relativ hohe Impedanz haben, wird bei sehr hohen Spannungen eine Leistung von 1 W entwickelt, die oft über dem maximal zulässigen Wert liegt, weshalb ihre Empfindlichkeit auf einem höheren Spannungsniveau (normalerweise 5 bis 12 V) gemessen wird. Der Abstand, in dem der Schalldruck gemessen wird, kann bei manchen Strahlern sogar 0,5 m betragen. Deshalb Tipp: Um bei Ihrer Wahl keinen Fehler zu machen, achten Sie auf die Fußnote, in der die Bedingungen für die Messung dieses Parameters angegeben sind. Frequenzgangbereich, Hz, kHz, gibt Frequenzgrenzen an, innerhalb derer Schalldruckabweichungen bestimmte Grenzen nicht überschreiten. Manchmal ist eine deutliche Ungleichmäßigkeit des Frequenzgangs erkennbar, in anderen Fällen lässt sich dies anhand der dem Produkt beigefügten Grafik beurteilen. Oft gibt es überhaupt keine zusätzlichen Informationen. Elektrische Nennleistung (Nennbelastbarkeit), W - Langfristige Stromversorgung. Bezieht sich auf die Leistungsmenge, die ein Lautsprecher über einen längeren Zeitraum aushalten kann, ohne die Membransicke zu beschädigen, die Schwingspule zu überhitzen oder andere Probleme zu verursachen. Elektrische Spitzenleistung (Peak Power Handling), W - die maximale Eingangsleistung, die der Lautsprecher kurzzeitig aushalten kann, ohne dass die Gefahr einer Beschädigung besteht. Klirrfaktor (Total Distortion), %, wird äußerst selten angegeben. Da dieser Parameter frequenzabhängig ist, werden Werte für mehrere feste Frequenzen oder in Diagrammform angegeben. Für Mittelton- und Bassfelle gibt es noch einige weitere Parameter, die deren elektrische und mechanische Eigenschaften im Kolbenmodus vollständig beschreiben (mehr dazu weiter unten). Diese Parameter wurden zuerst von A. Thiele und später von R. Small eingeführt. Zu Ehren der Autoren werden sie Thiel-Small-Parameter genannt. Ihre vollständige Liste ist ziemlich umfangreich, aber der erforderliche Mindestsatz umfasst Folgendes. Eigenresonanzfrequenz (Fs), Hz, Lautsprecherköpfe im offenen Raum. An diesem Punkt ist seine Impedanz maximal. Äquivalentes Volumen (Vas), m3 . Hierbei handelt es sich um ein vom Kopf angeregtes, geschlossenes Luftvolumen, dessen Flexibilität der Flexibilität des beweglichen Systems des Kopfes entspricht. Gesamtqualitätsfaktor (Qts - dimensionslose Menge) Der Lautsprecherkopf bei der Resonanzfrequenz berücksichtigt alle Verluste. Die folgenden Parameter sind Bestandteile des Gesamtqualitätsfaktors und werden in der Dokumentation relativ selten angegeben. Mechanischer Gütefaktor (Qms - dimensionslose Größe) Lautsprecherköpfe bei der Resonanzfrequenz berücksichtigen mechanische Verluste. Elektrischer Qualitätsfaktor (Qes - dimensionslose Größe) Lautsprecherköpfe bei der Resonanzfrequenz berücksichtigen elektrische Verluste. Der Gesamtqualitätsfaktor des Kopfes beträgt weniger als 0,3...0,35 gilt als niedrig, mehr als 0,5...0,6 gilt als hoch. Wenn wir den vollständigen Gütefaktor und die Resonanzfrequenz des Fells kennen, können wir Rückschlüsse auf das dafür erforderliche akustische Design ziehen. Wenn das Fs/Qts-Verhältnis 50 oder weniger beträgt, ist der Kopf für den Betrieb in einer geschlossenen Box ausgelegt. Um im Bassreflex zu arbeiten, empfiehlt es sich, Köpfe zu verwenden, bei denen dieser Indikator 90 oder mehr beträgt. In den Türen oder auf der Hutablage montierte Autoköpfe funktionieren praktisch in einer geschlossenen Box. Um unter diesen Bedingungen arbeiten zu können, müssen Sie einen Kopf mit einem hohen Gesamtgütefaktor (nicht weniger als 0,5) und einer Resonanzfrequenz von mindestens 45 Hz wählen. Eines der wichtigsten Designmerkmale eines dynamischen Topteils ist das Material des Diffusors, von dem die Klangqualität maßgeblich abhängt. Der ideale Kopf sollte einen völlig starren und masselosen Diffusor haben, der auf einer völlig flexiblen Aufhängung montiert ist. Alle bestehenden Designs sind davon weit entfernt. Wenn die Signalfrequenz ansteigt, beginnend bei einer Frequenz, die als Kolbengrenzfrequenz bezeichnet wird, hört der Diffusor als Einheit auf zu schwingen. Die daraus resultierende Interferenz von Schallwellen aus verschiedenen Teilen des Diffusors führt zum Auftreten lokaler Spitzen und Einbrüche im Frequenzgang, die den Klang verfärben. Verformungen eines realen Diffusors aufgrund unzureichender Steifigkeit führen zum Auftreten von Eigenschwingungen im Diffusormaterial. Sie müssen wirksam unterdrückt werden, da es sonst zwangsläufig zu Intermodulationsverzerrungen (Obertönen) und einem „Verschmieren“ des Ansprechverhaltens des Pulssignals kommt. Die Nichtlinearität der Aufhängung verursacht auch Intermodulationsverzerrungen. Daher muss das Diffusormaterial ein niedriges spezifisches Gewicht mit hoher Steifigkeit und hoher Dämpfung kombinieren. Die Suche nach einem Kompromiss bei solch widersprüchlichen Anforderungen zwingt Designer dazu, neue Materialien zu verwenden, die erfolgreich mit den alten koexistieren. Gleichzeitig führt die Lösung einiger Probleme oft zur Entstehung neuer Probleme. So paradox es auch erscheinen mag, Papierdiffusoren vereinen bisher alle notwendigen Eigenschaften am erfolgreichsten. Papierdiffusoren werden seit ihrer „Geburtszeit“ in Köpfen verwendet. Ursprünglich wurden sie geklebt, heute werden sie hauptsächlich im Gieß- und Pressverfahren hergestellt und mit synthetischen Verbindungen imprägniert. Gepresste konische Diffusoren sind günstig und technologisch fortschrittlich, haben jedoch eine Reihe von Nachteilen (hauptsächlich geringe Steifigkeit) und werden nur in kostengünstigen Ausführungen verwendet. Hochwertigere Diffusoren werden durch Gießen hergestellt. Flüssiger Papierbrei wird auf eine Matrix, meist aus einem Metallgewebe, aufgetragen und bildet nach dem Aushärten einen Diffusorrohling. Mit dieser Technologie ist es aufgrund der Verwendung einer gekrümmten Erzeugenden und einer variablen Diffusordicke, die von der Mitte zu den Rändern hin abnimmt, möglich, das Problem der Steifigkeit teilweise zu lösen. Papierdiffusoren können in fast allen Kopftypen verwendet werden. Die Vorteile solcher Diffusoren sind eine hervorragende innere Dämpfung, nahezu vollständige Abwesenheit lokaler Resonanzen und ein reibungsloser Übergang vom Kolben- in den Zonenbetriebsmodus. Ein glatter Frequenzgang ermöglicht es Ihnen, sich keine Sorgen über das Verhalten des Kopfes außerhalb des Betriebsfrequenzbandes zu machen, was die Verwendung einfachster Crossover-Filter mit geringer Flankensteilheit und minimaler Phasenverzerrung ermöglicht. Die subjektive Beurteilung der Klangqualität ist hoch. Der Hauptnachteil von Papierdiffusoren ist ihre relativ geringe Steifigkeit, die die Ausarbeitung feiner Klangdetails beeinträchtigen kann. Die mechanische Festigkeit ist gering und dies begrenzt die maximale Leistungsaufnahme. Die technologische Streuung der Parameter von Massenköpfen ist relativ groß, was bei hohen Anforderungen an die Klangqualität deren Vorauswahl erforderlich machen kann. Die Parameter ändern sich im Laufe der Zeit und unter dem Einfluss der Atmosphäre, trotz Imprägnierung des Papierbreis und Schutzbeschichtungen. Letzterer Umstand schränkt die Verwendung von Köpfen mit Papierdiffusoren in Car-Audio-Systemen ein, ohne dass besondere Maßnahmen erforderlich sind. Leider behindert dies die Verwendung hochwertiger Köpfe, die für „Heim“-Audiosysteme gedacht sind, in Autos. Polypropylen wurde erstmals 1975 bei der Entwicklung von Monitoren für BBC-Tonstudios als Material für die Herstellung von Diffusoren verwendet und wird heute häufig in Köpfen für die unterschiedlichsten Zwecke verwendet. Aufgrund der relativ großen internen Dämpfung kann ein richtig konstruierter Polypropylen-Diffusor einen gleichmäßigen und gleichmäßigen Frequenzgang bei hohen spezifischen Schalldruckwerten liefern. Zur Erhöhung der Härte werden mineralische Zusätze verwendet – Quarz, Glimmer, Magnesiumsilikat. Die Vorteile von Köpfen mit Polypropylen-Diffusoren sind ein sehr gleichmäßiger Frequenzgang, neutraler Klang, gute Impulseigenschaften, sanfter Übergang in den Zonenmodus und Witterungsbeständigkeit. Die besten Beispiele für Diffusoren aus Polypropylen stehen denen aus Papier hinsichtlich der Schalltransparenz in nichts nach, sind jedoch aufgrund der begrenzten Steifigkeit hinsichtlich der „Detailliertheit“ des Klangbildes unterlegen. Hauptanwendungsgebiet sind Breitband- und Niederfrequenzköpfe. Verbundwerkstoffe aus Kohlefasergewebe zeichnen sich durch eine einzigartige Kombination aus niedrigem spezifischem Gewicht und sehr hoher Steifigkeit aus. Aufgrund unzureichender innerer Dämpfung und der komplexen anisotropen Struktur des Materials geht der Übergang in den Bandmodus jedoch mit zahlreichen Spitzen und Einbrüchen im Frequenzgang nahe der Oberkante des Betriebsbereichs einher. Um unerwünschte Obertöne erfolgreich zu unterdrücken, sind Trennfilter mit großer Flankensteilheit erforderlich, manchmal ist auch der Einsatz selektiver Korrekturschaltungen oder spezieller Korrektoren erforderlich. Dies verkompliziert das Systemdesign erheblich und führt zu Problemen mit Phasenverzerrungen. Haupteinsatzgebiet sind Subwoofer. Kevlar ist insbesondere als Material für kugelsichere Westen bekannt. Die ersten Kevlar-Köpfe wurden Mitte der 80er Jahre von der französischen Firma Focal und der deutschen Firma Eton auf den Markt gebracht. Die Steifigkeit von Kevlar-Diffusoren ist ungewöhnlich hoch, sodass die für Diffusoren mit hoher Steifigkeit charakteristischen Probleme mit voller Wucht auftreten. Bei Frequenzen von 3...4 kHz und höher erscheint ein charakteristischer „Kevlar“-Sound – ein gezackter Frequenzgang, eine Folge des scharfen Übergangs des superstarren Diffusors in den Zonenmodus. Für das Ohr wird dies als harter, aggressiver Klang wahrgenommen, der im unteren Teil des Mittelfrequenzbereichs deutlich dissonant zum Klang des gleichen Fells ist. Entwickler solcher Systeme sind gezwungen, ziemlich komplexe Crossover-Filter vierter Ordnung (24 dB/Okt.) zu installieren, ergänzt durch eine Korrekturschaltung, die auf die „Kevlar“-Resonanzfrequenz abgestimmt ist – normalerweise im Bereich von 5...7 kHz . Der „Kevlar“-Soundeffekt ist eine Folge der Kombination von hoher Steifigkeit mit geringen inneren Verlusten. Um die Dämpfung zu verbessern, hat Eton ein dreischichtiges Material entwickelt, das aus zwei Lagen Kevlar-Verbundwerkstoff und einer dazwischen geklebten starren Wabenschicht besteht. Ein ähnliches Material namens Aerogel wird von Focal verwendet. Andere Hersteller verwenden eine dämpfende Gummierung an der Unterseite des Diffusors oder einen breiten Aufhängekragen, um unerwünschte Resonanzen zu unterdrücken. Haupteinsatzgebiet sind Tieftonköpfe und Subwoofer. Versuche, Metalldiffusoren zu verwenden, können nicht als erfolgreich angesehen werden, da ihre erhebliche Masse die Empfindlichkeit der Köpfe auf 84...87 dB reduziert. Die fehlende interne Dämpfung führt zum Auftreten ausgeprägter Spitzen bei Frequenzen von 5...10 kHz. Der durchdringende, heisere Klang von Hornglocken, die in Parks oder auf Plätzen aufgestellt sind, ist der Albtraum eines jeden Musikliebhabers. Metalldiffusoren werden nur in bestimmten Modellen von Subwoofern und Kalotten-HF-Köpfen verwendet. Starre dreidimensionale Strukturen mit einer flachen Abstrahlfläche und einem inneren Füllstoff in Form von Waben oder geschäumtem Polymer sind seit Anfang der 70er Jahre bekannt. Sie erhielten oft eine rechteckige oder polyedrische Form mit abgerundeten Ecken. In einer der S-90-Lautsprechervarianten kamen dynamische Niederfrequenztreiber mit Flachtreiber zum Einsatz. Die hohe Masse des Diffusors reduziert in diesem Fall die Empfindlichkeit des Kopfes stark und die Biegeschwingungen herkömmlicher Diffusoren im zonalen Strahlungsbereich weichen volumetrischen Schwingungen und Querschwingungen eines schweren Diffusors. Letzteres zu dämpfen ist sehr schwierig. „Hochtöner“ mit weichen Kalotten aus Seide oder synthetischen Materialien haben mittlerweile diffuse HF-Strahler praktisch ersetzt. Das Konstruktionsmerkmal von Kuppelköpfen besteht darin, dass sich die gesamte Abstrahlfläche innerhalb der Schwingspule befindet und nicht außerhalb, wie bei Diffusorköpfen. Der Vorteil weicher Kalotten besteht darin, dass eine hervorragende interne Dämpfung die Voraussetzungen für einen gleichmäßigen Frequenzgang mit sanftem Abfall am oberen Rand des Betriebsbereichs und ein gutes Einschwingverhalten schafft. Ihr Nachteil ist ihre begrenzte Überlastfähigkeit, die erhöhte Anforderungen an die Frequenz und/oder Flankensteilheit des Crossover-Filters stellt. Das hohe Profil der Kuppel (aus Gründen der Steifigkeit) verschlechtert das Strahlungsmuster im Vergleich zu flacheren Metallkuppeln und erfordert häufig die Verwendung divergenter akustischer Linsen, was eine potenzielle Ursache für Beugungsverzerrungen im Frequenzgang darstellt. Mit dem Aufkommen von Kalottenhochtönern wurde versucht, das Konzept der Hartkalotte umzusetzen. Nach Experimenten mit Polymeren entschieden sich die Designer für Metall. Ab Mitte der 80er Jahre begann man mit der Einführung ultradünner Kalotten aus Titan und Aluminium; Für ihre Herstellung wurden Methoden der Präzisionselektrolyse und Vakuumabscheidung eingesetzt. Wie es sich für Köpfe mit starrem Diffusor gehört, weisen „Hochtöner“ mit Metallkalotten eine charakteristische Frequenzgangspitze bei Frequenzen von 25...30 kHz von bis zu 3...12 dB auf. Unter bestimmten Bedingungen kann es vorkommen, dass diese Komponenten mit anderen im Audiobereich intermodulieren. Für das Ohr kann dies als „metallische“ Klangfarbe wahrgenommen werden. Es ist zu beachten, dass der Klang der besten Beispiele von Metallkuppeln transparent und sauber ist und dem Klang elektrostatischer Strahler nahekommt. Der Vorteil einer Hartkalotte besteht darin, dass sie im gesamten Betriebsfrequenzbereich ohne Verformung arbeitet und so eine hohe Detailtreue und Klangtransparenz bietet. Die Richtcharakteristik aufgrund des niedrigen Profils einer solchen Kuppel ist viel besser als die von weichen Kuppeln, allerdings kann die charakteristische Spitze des Ultraschall-Frequenzgangs zu unangenehmen Klangverfärbungen führen. Die Reichweite vorhandener HF-Strahler mit Keramikdiffusoren ist leider unzureichend. Infinity war das erste Unternehmen, das kompakte Keramik-Hochtöner für Autos herstellte. Tatsächlich handelt es sich um Metallkeramik: Eine noch dünnere (5...10 Mikrometer) Schicht aus reiner Oxidkeramik, die eine außergewöhnliche Härte aufweist, wird auf eine dünne Metallbasis aufgetragen. Durch die geringe Dicke der Beschichtung erhöht sich die Steifigkeit der Kuppel leicht, das Fehlen „metallischer“ Obertöne trägt jedoch zu einer möglichst präzisen Klangwiedergabe der oberen Frequenzen bei. Autoköpfe haben mehrere Standardgrößen, die auf dem Zollsystem basieren: 7,5 cm (3"), 8,7 cm (3,5"), 10 cm (4"), 13 cm (5"), 16 cm (6"), 20 cm ( 8"), 25 cm (10"), 30 cm (12"). Neben runden Köpfen werden häufig elliptische 4x6, 5x7 und vor allem 6x9 Zoll große Köpfe verwendet (sie werden auch „Klette“ genannt). Dieses Design bietet außer dem Layout keine besonderen Vorteile. Die meisten Hersteller geben in der Modellbezeichnung die Kopfgröße in Zoll oder Zentimetern an, was ihnen die „abwesende“ Auswahl etwas erleichtert. Im Lieferumfang sind Kopfschutznetze und Befestigungselemente enthalten. Köpfe, die als Ersatz für die Werksköpfe in Standardteilen des Fahrzeugs vorgesehen sind, werden ohne Bildschirme („Custom Fit“) geliefert. In Autos verwendete Lautsprecher können aufgrund ihrer Funktionen und Designmerkmale in mehrere Gruppen eingeteilt werden. Breitbandlautsprecher basieren auf elektrodynamischen Köpfen mit einem einzelnen Diffusor oder mit einem zusätzlichen Kegeldiffusor, der auf eine gemeinsame Schwingspule geklebt ist. Darüber hinaus verwenden Breitbandlautsprecher Köpfe mit Koaxialtreibern oder zusätzlichen Hochfrequenztreibern, die auf einem gemeinsamen Diffusorhalter montiert sind. In teureren Car-Audio-Systemen werden Komponentenlautsprecher (separate Lautsprecher) verwendet: Niederfrequenz-, Mittelfrequenz- und manchmal in zwei Bändern kombinierte Tief-Mittelton- und Hochfrequenz-„Hochtöner“. In den meisten Breitbandsystemen kommen auch Tieftonlautsprecher (Subwoofer) zum Einsatz. Die akustische Gestaltung der Köpfe erfolgt über deren Integration in Karosserieelemente oder über die Implementierung in separaten Gehäusen. Nun genauer zu den Eigenschaften von Lautsprechern in verschiedenen Audiofrequenzbändern. Durch den Übergang des Diffusors von der Kolbenbetriebsart in die Zonenbetriebsart wird bei herkömmlichen Breitbandköpfen das Strahlungsdiagramm mit zunehmender Frequenz schmaler und die Leistung nimmt ab. Um dieses Phänomen zu kompensieren, wird ein zusätzlicher konischer Diffusor mit kleinerem Öffnungswinkel in das Design eingeführt. Die Wirkung seiner Einführung macht sich am deutlichsten bei Köpfen mit großem Diffusor bemerkbar. Das Material des Zusatzdiffusors ist Papier oder Aluminiumfolie. Der Hauptdiffusor von Breitbandköpfen besteht üblicherweise aus Papier oder Polypropylen. Die meisten Breitbandköpfe im Automobilbereich werden durch Modelle mit runden Diffusoren mit einem Durchmesser von 7,5...10 cm repräsentiert; es gibt auch Köpfe mit elliptischen Diffusoren. Das wiedergegebene Frequenzband ist bei einfachen Breitbandköpfen tatsächlich von oben auf 8...12 kHz begrenzt, bei Köpfen mit zusätzlichem Diffusor auf 12...16 kHz. Die untere Grenze der wiedergegebenen Frequenzen variiert je nach Kopfgröße zwischen 100 und 120 Hz bei kleinen Kopfgrößen und 40 bis 60 Hz bei Kopfgrößen mit der niedrigsten Frequenz. Um verschiedene Verzerrungen zu reduzieren, werden zusätzliche MF-HF-Emitter (bis zu vier) in Breitbandköpfe für Kraftfahrzeuge eingeführt. Sowohl Hersteller als auch Verkäufer bezeichnen solche Köpfe völlig fälschlicherweise als Multiband. Tatsächlich ist das Frequenzband des Hauptemitters in keiner Weise begrenzt, und zusätzliche Emitter werden über einfache Filter erster Ordnung (oft handelt es sich dabei um Oxidkondensatoren) angeschlossen. Um weitere Sender nicht mit einem starken Signal zu überlasten, liegt die Grenzfrequenz eines solchen „Filters“ relativ hoch (6...10 kHz). Den Großteil der Köpfe dieser Art stellen Modelle mit rundem Diffusor (Durchmesser 10...16 cm) oder elliptischem (ca. 15x23 cm) dar. Das von den Lautsprechern dieser Gruppe wiedergegebene Frequenzband wurde auf 18...25 kHz erweitert. Die untere Grenze des wiedergegebenen Frequenzbandes ist dieselbe wie bei ähnlichen Köpfen mit einem einzelnen Diffusor. Als zusätzliche Mitteltöner kommen kleine Dynamikköpfe und Diffusor-Piezotreiber zum Einsatz. HF-Strahler werden normalerweise auf der Basis kleiner dynamischer Kuppelköpfe oder piezokeramischer Platten (in preiswerten Modellen) hergestellt. Da der zusätzliche Emitter innerhalb des Diffusors des Hauptkopfes in der Nähe seiner Achse oder koaxial dazu installiert ist, werden Köpfe dieser Art als „koaxial“ bezeichnet. Strukturell sind diese Strahler auf einer „Brücke“ montiert, die auf einem Diffusorhalter montiert ist, oder auf einem Ständer, der am Kern des Magnetsystems befestigt ist. Alle Breitbandköpfe im Automobilbereich benötigen für den normalen Betrieb ein relativ großes Volumen hinter dem Diffusor. Wird diese Bedingung verletzt, nimmt die Ungleichmäßigkeit des Frequenzgangs im Niederfrequenzbereich stark zu. Lautsprecher dieser Gruppe sind als Hauptlautsprecher nur in Car-Audio-Systemen der Einstiegsklasse einsetzbar. In hochwertigen Systemen werden Breitbandköpfe als Hinterköpfe eingesetzt, deren zugeführtes Frequenzband auf 400...2500 Hz begrenzt ist. Auch der Einsatz einfacher Breitbandköpfe als Mittelfrequenzstrahler in Drei-Wege-Systemen ist möglich. In High-End-Audiosystemen werden mehrere Köpfe verwendet, um tiefe, mittlere und hohe Frequenzen getrennt wiederzugeben. Dadurch können Sie sie an den am besten geeigneten Stellen im Auto platzieren und so das Tonbild besser übertragen. Eine separate Frequenzweiche sorgt für eine optimale Auswahl der Trennfrequenz in Multibandsystemen. Beachten Sie, dass Kopfsätze auch als fertiges Set verkauft werden, das Komponenten für Trennfilter enthält. Solche Kits sind für Audiosysteme der mittleren Preisklasse gedacht. Allerdings kann die Qualität von Crossover-Elementen stark variieren. Oxidkondensatoren und Magnetkernspulen sind mittlerweile selbst in teuren Bausätzen üblich, aber die höchste Ausstattung verwendet nur hochwertige Crossover-Filter oder verwendet eine Zwei- oder Drei-Wege-Verstärkung. Tief- und Mittelbassfelle haben in der Regel einen Durchmesser von 13...20 cm und sind wie Breitbandfelle auch für den Einsatz in einem relativ großvolumigen Gehäuse ausgelegt. Es ist schwierig, eine klare Grenze zwischen ihnen zu ziehen: Es hängt alles davon ab, ob die Köpfe in einem Zwei- oder Drei-Wege-Lautsprecher arbeiten sollen. Einige von ihnen funktionieren gut in geschlossenen Gehäusen und Bassreflexen. Das Diffusormaterial kann sehr unterschiedlich sein – von Papier bis Kevlar, daher ist die Obergrenze des wiedergegebenen Frequenzbandes bei jedem Modell sehr individuell – von 2...3 bis 5...8 kHz. Bei den besten Modellen liegt die untere Grenze sogar bei 30...40 Hz, was es mit etwas Einfallsreichtum ermöglicht, ein Car-Audio-System mit originalgetreuer Klangwiedergabe ohne separaten Subwoofer zu erstellen. Tiefton-Subwooferköpfe haben einen Durchmesser von über 16 cm und benötigen für den Normalbetrieb ein spezielles akustisches Design (z. B. geschlossenes Gehäuse, Bassreflex). Bei Eigenfertigung muss man entweder auf die Empfehlungen des Herstellers vertrauen oder sich für das entscheiden Entwerfen und berechnen Sie es selbst [1]. Hierzu können Sie auch Berechnungsprogramme großer Fertigungsunternehmen im Internet nutzen [2-4]. Die hierfür notwendigen Thiel-Small-Parameter sind häufig in der Begleitdokumentation der Köpfe zu finden. In der Regel reproduziert ein Subwoofer bei einer Autoinstallation ein Frequenzband unter 80...90 Hz, obwohl auch andere Möglichkeiten der Frequenzverteilung bekannt sind. Subwoofer-Designs werden hier nicht besprochen. Als HF-Strahler in Car-Audio-Systemen werden Köpfe mit weichen Textil- oder Hartmetallkalotten eingesetzt. Der Klang dieser Strahler unterscheidet sich nach subjektiver Einschätzung erheblich und beide Kopftypen haben ihre Anhänger. Wie man so schön sagt: „Es kommt auf den Geschmack und die Farbe an...“. Der Durchmesser der Kalottenstrahler der Hochtöner variiert deutlich – von 15 bis 50 mm. Die meisten Hersteller bieten die Möglichkeit, die Köpfe mithilfe spezieller Installationsteile auszurichten, die im Kit enthalten sind. Es gibt einige Besonderheiten bei der Konstruktion von Hochfrequenzsendern, die in Car-Audio-Systemen eingebaut sind. Aufgrund ihrer geringen Größe können sie fast überall platziert werden und sind daher praktisch für den Bühnenaufbau. Um die Effizienz dieser Methode zu erhöhen, wird die Grenzfrequenz des HF-Filters teilweise auf 1,5...2 kHz gesenkt, während die den Emittern zugeführte Leistung auf 30...40 % der gesamten Systemleistung erhöht wird. In solchen Fällen schützt das Füllen des Magnetspalts mit einer ferromagnetischen „Flüssigkeit“ die Spule vor Überhitzung. Eine Kopfüberlastung wird durch einen komplexeren Sperrfilter und einen Strombegrenzer auf Barretter-Basis verhindert. Unter Amateurbedingungen verwenden sie zu diesem Zweck eine Glühlampe mit einer Spannung von 6...12 V und schalten sie in Reihe mit dem Kopf. Horn-Mitteltöner und Hochtontreiber in Car-Audio-Systemen sind zwar exotisch, doch das Interesse an ihnen nimmt allmählich zu. Die Empfindlichkeit der Hornköpfe kann 97...105 dB/W1/2m erreichen, was eine Reduzierung der Verstärkerleistung ermöglicht. Ein Horn ist eine besondere Form der akustischen Konstruktion und kann leicht unabhängig hergestellt werden [5]. Zu Beginn der 90er-Jahre waren vorgefertigte Gehäuse-Mehrwegelautsprecher von sehr hoher Qualität in Autos weit verbreitet, doch mittlerweile sind sie praktisch von der Bildfläche verschwunden und haben den Koaxial- und Komponentenlautsprechern Platz gemacht. Die derzeit im Handel erhältlichen sogenannten „Autolautsprecher“ – dünnwandige Plastikboxen mit winzigen Köpfen – sind nichts weiter als ein Spielzeug. Massenmodelle von dynamischen Autoköpfen von Kenwood, Pioneer, Sony, Clarion, Panasonic, Philips, Prology und Pyramid sind jetzt weit verbreitet im Handel erhältlich. High-End-Modelle werden von Focal, Infinity, Kicker, Precision Power, Rockford Fosgate, MTX, Phoenix Gold, Jensen und anderen hergestellt. Die hohen Kosten dieser Produkte zwingen sie dazu, auf heimische Köpfe zu achten. Inländische dynamische Köpfe für Autolautsprecher sind erst vor relativ kurzer Zeit auf den Markt gekommen, und wenn es unmöglich ist, sie zu kaufen, müssen Funkamateure auf Köpfe für den allgemeinen Gebrauch zurückgreifen. Am Ende dieses Artikels finden Sie eine Liste inländisch hergestellter dynamischer Köpfe, die sich gut für den Einsatz in Autolautsprechern eignen. Da Funkamateure möglicherweise über veraltete Typen dynamischer Köpfe verfügen, sind diese auch in der hier aufgeführten Tabelle enthalten.
Informationen zu den Parametern wurden vom Autor aus vielen Quellen entnommen, insbesondere aus [1, 5]. Sie waren jedoch nicht immer vollständig; dies allein erklärt die „leeren Stellen“ in der Tabelle. Leider sind für inländische dynamische Köpfe keine Thiel-Small-Parameter angegeben, sodass einige Parameter experimentell ermittelt wurden. Alternative Bedeutungen (bei Unstimmigkeiten zwischen verschiedenen Quellen) werden in Klammern angegeben. Der Autor dankt allen, die bei der Zusammenstellung der Tabelle mitgeholfen haben. Literatur
Autor: A. Shikhatov, Moskau
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▪ Abschnitt der Website Wissenschaftliches Kinderlabor. Artikelauswahl ▪ Artikel Strahlungsaufklärung. Grundlagen des sicheren Lebens ▪ Artikel Ingenieur (Systemadministrator) der Schule. Jobbeschreibung ▪ Artikel Multirate-Funkmodem. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
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