Autor Thema: Nichtlineare Effekte dynamischer Lautsprecherchassis  (Gelesen 1208 mal)

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Offline KSTR

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Ein kurzer Blick über die drei wesentlichen nichtlinearen Mechanismen bei dynamischen Lautsprecherchassis:

1. Kraftfaktor
Der Kraftfaktor gibt an, wieviel Kraft die Schwingspule pro fließendem Strom auf die Membran überträgt, und wird gemessen in N/A (Newton pro Ampere). Dieser Faktor ist jedoch selten konstant, sondern ändert sich mit der Auslenkung der Spule, üblicherweise so, dass mit größerer Auslenkung um die Ruhelage der Faktor kleiner wird. Dadurch kommt es zu nichtlinearen Verzerrungen (Wellenformstauchung) bei Ansteuerung mit großen Signalen, jedoch auch zu Dynamikkompression (Signal wird leiser) für den Kleinsignalbereich, wenn unter diesem ein langsames Großsignal liegt, das die Position der Schwingspule verändert. Ein leises 200Hz-Signal wird z.B. duch ein großes 10Hz-Signal (Plattenspieler-Rumpeln etwa) in der Lautstärke moduliert. Dem Effekt kann man z.B. dadurch begegnen, dass man die Dichte der Schwingspulenwicklung zu den Enden des Bereichs etwas größer macht, was dem Abfall entgegenwirkt.

2.Membranaufhängung
Bei größer werdender Auslenkung wird die Federsteife (die die Rückstellkraft erzeugt) der Aufhängung größer, was intuitiv einleuchtet, denn irgendwann ist Schluss mit dem Federweg. Die Auswirkungen sind ähnlich wie oben. Ein wichtiger Effekt ist, dass sich die Eigenresonanzfrequenz des Chassis mit zunehmender Steife erhöht, der Faktor 2 zu den äusseren Rändern hin kommt durchaus vor. Die Federsteife ist zudem frequenzabhängig und auch von Zeitfaktoren beeinflusst (z.B. ändert sich das Verhalten nach längerer Großsignalansteuerung im Kleinsignalbereich, die Feder "kriecht" dann langsam zurück zu ihrer ursprünglichen Form und Federsteife).

3.Spuleninduktivität
Als dritten wesentlichen Einfluss gibt es noch die positionsabhängige Spuleninduktivität, die ebenfalls zu nichtlinearen Verzerrungen und Kompressionseffekten führt. An ein Chassis wird ja im Normalfall vom Verstärker eine konstante Spannung angelegt, als Stellgröße. Jedoch ist der Wirkmechanismus der durch die Schwingspule fließende Strom. Dessen Größe wird aber vom Innenwiderstand der Spule bestimmt (und ist damit meist temperaturabhängig), bei höheren Frequenzen wirkt dann auch die Induktivität bremsend. Wenn diese nichtlinear sit, kommt es wieder zu Verzerrungen. Die Abhilfe sind hier Kurzschlussringe an passender Stelle, die die Induktivität insgesamt und auch gezielt von der Auslenkung abhängig verringern.

Es gibt noch einige weitere Nichtlinearitäten, z.B. die Modulation der Stärke des Magnetfeldes durch den Spulenstrom, nichtlinear bremsende Wirbelströme in leitenden Spulenträgern (aus Aluminium z.B.) usw.

Ein interessanter Effekt ist, dass alle um die Ruhelage asymmetrischen Nichtlinearitäten gleichrichtende Wirkung haben, es entstehen DC-Offsets verschiedenster Art (Richtung und Stärke). Diese ziehen die Schwingspule aus der Ruhelage, teilweise mit chaotischem Verhalten ("Weglaufen" der Null-Position, wird dann erst durch die zunehmenden Rückstellkräfte bei hoher Auslenkung zum Stillstand gebracht). Mit Glück kompensieren sie sich gegenseitig, zumindest teilweise.

Quelle:
http://www.klippel.de

Grüße, Klaus