Ratgeber
Der Klang von Sprache, Musik oder Warntönen gehört zum menschlichen Alltag und findet viele Anwendungsfälle in der Elektronik, etwa bei der Nutzung von Sirenen, Lautsprechern oder Verstärkern. Möchten Sie mit einem Schallwandler arbeiten, um Projekte rund um Haustechnik und Unterhaltung umzusetzen oder auch industrielle Nutzungsmöglichkeiten erkunden, entstehen viele Fragen. Was macht ein Schallwandler und wo wird die Technik eingesetzt? In unserem Ratgeber gehen wir den wichtigsten Fragen auf den Grund.
Es handelt sich um ein Gerät, mit dem Energie in eine Schallwelle umgewandelt werden kann. Elektrische Signale werden durch den Wandler zum hörbaren Schall. Eine typische Anwendung dieses Vorgangs ist ein Lautsprecher. Das System funktioniert jedoch auch in die andere Richtung und wandelt akustische in elektrische Signale um. Ein Mikrofon ist hierfür ein bekanntes Beispiel.
Das Wandlerprinzip elektrisch zu akustisch kommt in vielen Geräten zum Einsatz, doch sehr häufig begegnet man ihm in zwei Ausprägungen:
Signalgeber
Signalgeber sind einfach aufgebaut und besitzen einen kleinen Übertragungsbereich. Oft handelt es sich um einen einzelnen Ton oder maximal zwei bis drei Töne. Der Klang kann je nach Tonhöhe als summend oder wie ein Piepen wahrgenommen werden. Üblich ist die Wiedergabe von Dauertönen oder Intervalltönen.
Lautsprecher
Diese Schallwandler verarbeiten auch komplexere elektrische Signale und geben beispielsweise Melodien und Sprache aus.
Der Grundgedanke ist es, elektrischen Strom in Schallwellen (und umgekehrt) zu wandeln. Die Überführung der Energie von einer Form in die andere kann auf unterschiedliche Weise erfolgen.
Elektrodynamischer Schallwandler
Das Audiosignal wird über Schwingspule, Magnet und Membran erzeugt. Ein elektrisches Signal überträgt sich an die bewegliche Spule, die im Magnetfeld schwingt und ihre Bewegung auf die Membran überträgt. Diese wellenförmigen Druckveränderungen der Luft werden für die Ohren als Schall wahrnehmbar. Die elektrodynamischen Wandler werden am häufigsten eingesetzt.
Elektrostatischer Schallwandler
Eine Membran befindet sich eingespannt zwischen zwei Metallplatten und wird durch anliegende Spannung unmittelbar in Bewegung versetzt. Durch den Wegfall der Schwingspule ist die Klangqualität überdurchschnittlich, doch da die technische Umsetzung schwieriger ist, sind die Kosten für elektrostatische Schallwandler höher.
Balanced-Armature-Schallwandler
BA-Schallwandler nutzen einen Anker (armature) und einen Permanentmagneten. Sobald ein Stromfluss aktiviert ist, wird der Anker magnetisiert und bewegt sich. Mit seiner Verankerung ist eine Membran verbunden, die Schall erzeugt. Da für die Umsetzung dieses Funktionsprinzips eine sehr geringe Baugröße ausreicht, werden diese Schallwandler gern in In-Ear-Kopfhörern eingesetzt.
Es gibt eine Reihe von Kaufkriterien, die vor dem Kauf bedacht werden sollten:
Lautstärke
Ob kleiner Signalgeber oder Lautsprecher, der Schallwandler muss die gewünschte Lautstärke in Dezibel erreichen. Viele Modelle bewegen sich zwischen 60 und 120 dB.
Wie laut sollte die Tonausgabe werden?
Das hängt vom Einsatzbereich ab. Während die Gesprächslautstärke bei rund 55 dB liegt, soll ein Lautsprecher mit Warnfunktion seine Töne oft mit mindestens 90 dB ausgeben.
Art der Tonwiedergabe
Signalgeber geben einen Dauerton aus oder können Intervalltöne erzeugen. Lautsprecher geben komplexere Tonfolgen wieder, sind aber ebenso für einfache Anwendungen nutzbar.
Spannung
Kleine Wandler nutzen 1,5 Volt, es gibt jedoch auch Bauteile, die bis zu 240 Volt nutzen.
Belastbarkeit
Sie wird in Watt angegeben und kann einen Bereich zwischen 0,03 und 30 Watt abdecken.
Frequenz
Sie wird in Hertz (Hz) gemessen und beginnt bei 4,5 Hz. Der Bereich deckt jedoch ein breites Spektrum ab, denn Lautsprecher können bis zu 16.000 Hz erreichen.
Gut zu wissen: Das menschliche Hörvermögen kann zwischen 20 und 20.000 Hz wahrnehmen.
Impedanz
Die Impedanz zeigt das Verhältnis aus Spannung und Stromstärke und bildet den elektrischen Widerstand ab. Für viele Schallwandler liegt sie bei 8 Ohm, wobei auch niedrigere Widerstände mit 4 oder höhere Widerstände mit 16 Ohm Impedanz existieren.
Befestigungsart
Als kleine Bauteile werden viele Wandler auf einer Platine verschraubt oder verlötet. Alternativ gibt es Lautsprecher samt Gehäuse, die ideal für den Fronteinbau sind.
Wofür werden Schallwandler eingesetzt?
Sie werden in verschiedenen Kommunikationsgeräten verbaut, etwa als Kleinlautsprecher in Headsets, Smartphones und Tablets. Darüber hinaus befinden sie sich in Geräten der Unterhaltungselektronik, beispielsweise im Radio, Fernseher oder in einer tragbaren Spielekonsole. In der Haus- und Sicherheitstechnik dienen sie auch als Alarmgeber. Weitere Einsatzgebiete sind medizinische Geräte wie Ultraschallgeräte und Hörgeräte.
Wie werden Schallwandler installiert?
Grundsätzlich kann zwischen der Installation als Bauteil auf einer Platine und dem Einbau als Gerät mit eigenem Gehäuse unterschieden werden. Kleine Signalgeber liegen oft als Komponente mit Lötfahne vor und werden darüber auf einer Leiterplatte befestigt. Das Löten und alternativ die Arbeit mit Stecksystemen sind an weitesten verbreitet. Andere Modelle besitzen Ausstanzungen am Gehäuse und eigenen sich für den Fronteinbau via Verschraubung und den Anschluss über offene Kabelenden. Es gibt auch Signalgeber mit Anschluss-Adaptern.
Wie werden Schallwandler mit Energie versorgt?
Die Stromversorgung erfolgt entweder im Netzbetrieb, wobei der Schallwandler mit dem Stromnetz verbunden ist, oder es wird auf einen mobilen Batteriebetrieb zurückgegriffen. Bluetooth-Lautsprecher etwa setzen auf interne Akkus.
Wie ist die Soundqualität von Schallwandlern?
Aufgrund der kompakten Bauweise fällt die Klangqualität gering aus, denn der Frequenzbereich ist klein. Hilfreich: Der Frequenzgang ist im Idealfall linear, um ein bestmöglich authentisches Klangbild zu erhalten.
Was sind die Vorteile von Kleinlautsprechern?
Die kompakte Größe erlaubt Installationen auf engstem Raum und in tragbaren Geräten. Als Akustik-Bauteile lassen sich die Komponenten sehr vielseitig einsetzen und Bastler können viele Projekte umsetzen. Gleichzeitig sind Schallwandler kostengünstig und arbeiten dank niedriger Leistungsaufnahme sehr energiesparend.