Lautsprecher in alten Radios

Online seit 25.05.2007. Letzte Bearbeitung 17.04.2010

(Copyright 2007-2010, Berlin, Rainer Steinführ)

Der Kopfhörer und der Lautsprecher wandeln das verstärkte und demodulierte Hochfrequenzsignal eines Rundfunksenders nach ausreichender Niederfrequenzverstärkung in akustische Signale um.

Es haben sich verschiedene Schallwandlerprinzipien schon in den ersten Jahren des Rundfunks durchgesetzt. In den ersten Jahren spielten die elektromagnetischen Kopfhörer (bei Detektorempfängern, aber auch bei Radio) eine grosse Rolle. Diese wurden bald durch effektivere elektromagnetische Lautsprecher (bei Radios) abgelöst. Mit der Einführung der elektrodynamischen aber noch mehr der permanentdynamischen Lautsprecher hat die Entwicklung ihren (vorläufigen?) Abschluss gefunden. Details zur Zeitentwicklung finden Sie hier.

Lautsprecher (bis auf die Elektrostat- und Kristall-Systeme) brauchen möglichst starke Magneten, in deren - oder möglichst dicht bei diesem - stärksten magnetischen Fluss-Bereich sich das beweglich antreibende Teil befinden sollte. Eine Vielzahl von Patenten und kleinen und grossen Sensationen wurden dem geneigten Käufer in Prospekten und Katalogen offeriert, vieles war mehr Schein als Realität. Man darf nicht vergessen, der NF-Frequenzgang des Sendersignals ging über 4,5 bis 5 Khz auf den AM-Bereichen nicht hinaus. Trotzdem wurden Piano-, Konzert-, Reinklang-, elektromagnetische Lautsprecher mit grosser Tonfülle, mit klarer Wiedergabe, grosser Tonreinheit, unverzerrter Wiedergabe, wundervoll weichem vollem Ton, kräftigem Ton, warmem Ton, unerreichter schöner natürlicher Tonwiedergabe, strahlender Klangwiedergabe, usw, usw. angepriesen.

Es wurden in der Frühzeit der Radiotechnik viele Lautsprechersysteme entwickelt. Ziel war eine höherer Wirkungsgrad, eine höhere Lautstärke, eine höhere Verzerrungsfreiheit, ein besserer Klang, eine bessere Übertragungsbandbreite, eine bessere Bassabstrahlung. Die Lautsprecher sollten das verarbeiten können. Die typische Form der Membran und des Konus bildete sich erst durch viele Versuche heraus. Metall-, Stoff- Holz-, Papier-Trichter wurden genutzt.

Es ist beim elektromagnetischen Typ nicht immer ganz einfach, bei einem unbekannten Lautsprecher den richtigen Typ per Augenschein zu erkennen. Dieser Artikel kann bei der Bestimmung des Typs helfen. Gerade Standard-Zungenlautsprecher und Freischwinger müssen genau betrachtet werden, um die Bestimmung vornehmen zu können.

Trichterlautsprecher

.
Freischwinger für Volksempfänger

Begriffsbestimmungen.

Auf dieser Seite tauchen immer wieder die Begriffe "Gleichstromauslenkung" und "Magnetische Vorspannung" und "Mechanische Vorspannung" auf:

• Gleichstromauslenkung. Üblicherweise werden die elektromagnetischen Lautsprecher direkt in die Anodenleitung der NF-Endstufenröhre eingefügt. Dadurch fliesst natürlich auch der Anodengleichstrom durch den Lautsprecher und lenkt deren Membran oder Zunge damit aus der mechanischen Ruheposition aus. Dadurch werden die Halbwellen des NF-Signal unsymmetrisch verarbeitet, was zu gewissen Verzerrungen führt. Durch Kondensatorkopplung oder Trafo-Kopplungen kann dieser Effekt umgangen werden. Gleichstromauslenkung = Anodenstromgleichstromauslenkung.
  Ein Effekt, der z.B. bei Freischwingern zur Beachtung der Polarität der Leitung zur Röhrenendstufe zwingt, denn bei einer hochohmigen Röhrenendstufe fließt eben auch Gleichstrom durch den Lautsprecher. Nichtbeachtng würde zu stärkerem Zerren des Tons führen.
  
• Magnetische Vorspannung. Liegt ein magnetisierbares Teil nicht mittensymmetrisch im magnetischen Kraftfeld eines Magneten, wird es in diese Mitte gezogen. Dadurch werden die Halbwellen des NF-Signals unsymmetrisch verarbeitet, was zu gewissen Verzerrungen führt.
• Mechanische Vorspannung. Die Membran oder der Konus eines Lautsprechers, aber auch des eigentlichen Antriebelementes müssen irgendwo befestigt werden. Das ist die Position, die ein Lautsprecher ohne Aussteuersignal einnimmt. Allerdings unter Berücksichtigung dessen, was in den beiden Vorpunkt ausgeführt wurde. Je geringer diese mechanische Vorspannung ist, desto besser der Klang.

Elektromagnetischer Lautsprecher.

Allen elektromagnetischen Lautsprecher ist der U-förmige Magnet eigen. Sonderformen arbeiteten auch mit 2 Magneten . Einige der Systeme können mechanisch nachjustiert werden.

• Trichterlautsprecher nach dem Kopfhörerprinzip. Bei ganz frühen elektromagnetischen Lautsprecher wurde quasi ein Kopfhörersystem verwendet, wo an die Schallöffnung ein Trichter ((2)) - ähnlich wie bei einem Hörrohr - angebracht wurde (Trichterlautsprecher). Bewegliches Antriebselement ist keine Spule, sondern ein magnetisierbares Metallteil, dass gleichzeitig auch der Schallgeber ist.
  
  Der Wirkungsgrad beim Lautsprecher nach diesem Prinzip ist nicht hoch, da die Polschuhe weit auseinander stehen und das dünne Membran-Metall diesen Bereich nur unzureichend überbrückt. Ein Nachteil ist die magnetische Vorspannung und die Gleichstromauslenkung.
  
  
  Beim Kopfhörer ((1)) hat die Membran Scheibenform, beim Lautsprecher Trichter oder Konusform. Das angetriebene Metallteil ist direkt das schallerzeugene Teil. Dabei gibt es diverse Formvarianten. Auf einen meist u-förmigen Permanentmagneten wird eine oder mehrere Wicklungen Spulendraht angebracht und eine dünne Metallmembran dicht an die Polschuhe gebracht. Wenn Wechselstrom durch die Treiberspule fliesst, wird die Membran stärker und wieder schwächer angezogen und Schallwellen generiert.
  
  Die Impedanz dieser Systeme liegt in der Grössenordnung von ca. 2000 Ohm. Der Gleichstrom-Widerstand beträgt ca. 200-2000 Ohm. So können die NF-Endstufenröhren vieler Radios direkt mit dem Lautsprecher verbunden werden. Die Auslenkung der Membran wird bei Annährung der Membran an den Magneten (grossen Amplituden) noch stärker, so treten weitere Verzerrungen auf. Eine Variante stellte ((3)) dar.
  
  
• Zungenlautsprecher. Verbesserte Variante des elektromagnetischen Lautsprechers. Das angetriebene bewegliche Metallteil ist nicht mehr direkt Schallwandler und kann deshalb besser in den stärksten magnetischen Flussbereich gebracht werden, was den Wirkungsgrad und die erreichbare Lautstärke deutlich anhebt. Damals wurden die Zungenlautsprecher gern als Flächenlautsprecher oder Grossflächenlautsprecher bezeichnet. So sollten sie sich von den trompetenartigen Trichterlautsprechern begrifflich absetzen. Auch der Begriff "trichterloser" Lautsprecher wurde verwendet. Dabei gab es sprachliche Ungenauigkeiten. So mancher Trichterlautsprecher, der in einem Gehäuse versteckt wurde, galt plötzlich auch als trichterloser Lautsprecher.
  
  Mittels eines Verbindungsteils (Zunge) wurde erst der eigentliche Schallgeber angetrieben (Pappkonus, usw). Es gab Varianten (wie z.B. das Zungensystem mit Tiefenkompensation - Gealion, AEG), die weitere Klangverbesserungen brachten.
  
  Man unterscheidet dabei zwischen 2-Pol-Systemen und 4-Pol-Systemen ((4)). Das 2-Pol-System hat noch gewisse Probleme mit der magnetischen Vorspannung. Der 4-Pol-Antrieb reduziert das in Grenzen. Die 4-Poligkeit wird entweder durch einen weiteren Magneten oder durch konstruktive Massnahmen an den Polschuhen erreicht. Auch die mechanische Vorspannung wird geringer. Die Bezeichnung reicht bis zu 8-Polsystemen, wobei der Begriff etwas missverständlich eingesetzt wurde. Ein Magnet ist immer ein Dipol, hat also 2 Pole. Man verstand es aber so: Bekam ein Polschuh eine Einkerbung oder einen mittigen Rückbau, war es dann schon ein 4-Polsystem (2 * 2 Pole). Im echten Sinn müssten bei einem 4-Polsystem 2 Magnete beteiligt sein, auch diese Lautsprecher gab es.
  
  
• Induktordynamischer Lautsprecher. Zungenlautsprechervariante. Bei den anderen elektromagnetischen Lautsprechern - unter Ausnahme der Systeme nach dem Kopfhörerprinzip - wird das bewegliche Teil im Bereich des stärksten magnetischen Flusses quasi quer oder 90 Grad zu diesem im Takt der NF verschoben.
  
  Dadurch kann der notwendige Spalt zwischen den Polschuhen sehr klein gewählt werden. Jeder Polschuh hat ein eigenes Antriebselement, dass nichtmagnetisch mechanisch verbunden ist. Diese beiden Elemente sind aber im Luftspalt etwas seitlich versetzt. Nur so kann es sich im Takt der NF im Spalt vewegen.
  
  Vorteil ist die konstante Auslenkung auch bei hohen Lautstärken. Mechanische und magnetische Vorspannung ist gering. Guter Wirkungsgrad und hohe Übertragungsbandbreite. Allerdings ist eine exakte Justage erforderlich.
  
  
• Freischwinger. Dieser Typ ((5)) ist eine Zungenlautsprechervariante und vermeidet weitgehend die magnetische Vorspannung und verstärkt auch nicht bei grossen Amplituden zusätzlich die Auslenkung. Die Impedanz liegt um 2000 Ohm.
  
  Der bewegliche Zungenteil liegt nicht mehr zwischen den Polschuhen, sondern lediglich möglichst dicht daran. Bei starken Amplituden wird der Bereich des stärken magnetischen Flusses schon ein wenig verlassen, so können zusätzliche Verzerrungen wie bei den Standard-Zungenlautsprechern vermieden werden.
  
  Sicherlich der Höhepunkt der Entwicklung der elektromagnetischen Lautsprecher. Bekannt geworden sind diese Antriebssysteme auch in einigen Volksempfängern und bei den DKEs. In einigen Publikationen wird der Freischwinger auch als Induktor-Lautsprecher bezeichnet.

((1)) Kopfhörer

((2)) Lautsprecher mit Trichter
nach dem Kopfhörerprinzip

((3)) Lautsprecher mit Trichter
nach dem Kopfhörerprinzip.
Variante

((4)) Elektromagnetischer Zungenlautsprecher
4-polig.

((5)) Freischwinger-Lautsprecher

Freischwinger. Die Zunge befindet sich nicht im Luftspalt,
sondern kurz davor.

Elektrodynamischer Lautsprecher. (Tauchspulensystem)

Alle elektromechanischen Lautsprecher haben mehr oder weniger das Problem mit der magnetischen Vorspannung. Auch die mechanische Vorspannung ist teilweise recht hoch. Elektrodynamische Lautsprecher ((6)) (auch Dynamo-Lautsprecher genannt) schaffen Abhilfe.

Das Magnetfeld wird elektrisch fremderregt und kann hohe Werte annehmen. So kann nun die Antriebsspule sich im Magnetfeld bewegen und den Pappkonus direkt antreiben. Anders als beim elektromagnetischen Lautsprecher, wo die Erregerspule fest montiert ist.

Es ist kein Dauermagnet nötig. Da die Impedanz aufgrund der geringen Windungszahl recht gering ist, wird eine Transformatorankopplung an die Lautsprecherröhre notwendig.

Demgegenüber steht der Vorteil einer nicht mehr vorhandenen Gleichstromauslenkung. Geringe mechanische Vorspannung.

Allerdings verbraucht ein Radio mit fremderregten Magneten deutlich mehr Strom. Man kompensiert das teilweise durch Nutzung der Magnetierspule als Siebdrossel im Netzteil.

Der Wirkungsgrad ist recht hoch und die Übertragungsbandbreite grösser als beim elektromagnetischen Lautsprecher. Auch die Verzerrungen sind geringer. Die Impedanz liegt um 5 Ohm. Der Gleichstromwiderstand liegt um 1-5 Ohm.

Permanentdynamischer Lautsprecher. (Tauchspulensytem)

Sinngemäss gilt hier auch das zum elektrodynamischen Lautsprecher gesagte. Beim permanentdynamischen Lautsprecher ((6)) wird aber keine fremderregte Magnetfeldspule benötigt, der zusätzliche Strom hierfür entfällt. Die Feldspule wird durch einen starken Permanentmagneten ersetzt. Die Entwickung ging zur Entwicklung von Formen und Materialien, die einen möglichst hohen magnetischen Fluss im Luftspalt erzeugen. Mit Einführung der Hifi-Anlagen und abgesetzten geschlossenen Lautsprecherboxen wurde eine andere Art der Konus- oder Flachmembran-Aufhängung erforderlich. Hatten alle Radio-Lautsprecher bis dahin relativ harte Aufhängungen am äusseren Rand der Pappmembran und an der Führung des Konus nahe der Spule im Luftspalt, wurden diese Aufhängungen jetzt weich. Zumeist aus Gummiartigen Material. Die Konusmembran kann jetzt viel leichter bewegt werden. Da diese Lautsprecher in geschlossenen oder halbgeschlossenen Gehäusen montiert sind, wird ihr Hub begrenzt. Eine bessere Basswiedergabe wird so erreicht. Die Impedanz liegt um 5 Ohm. Der Gleichstromwiderstand liegt um 1-5 Ohm.

Elektrostatischer Lautsprecher
Belegt man eine Isolierplatte oder Folie hinreichender Grösse mit zwei metallisierten Platten oder Folien und versieht diese Platten mit einer Gleichspannung, kann ein zusätzlich angekoppeltes NF-Signal hörbar gemacht werden. Der Frequenzgang ist stark höhenbetont. Der Wirkungsgrad ist gering. Neben einigen Anwendungen als Vollautsprecher hat sich dieser Typ hauptsächlich als Hochtöner geeignet erwiesen. Typische Gleich-Vorspannung um 100-150 Volt. Das Wechselspannungssignal wird oft über die Primärseite des Lautsprechertrafos kapazitiv entnommen. Ich habe keine Literaturstelle gefunden, die auf die Frage der von mir vermuteten Gleichspannungsauslenkung in Analogie zur weiter oben beschriebennen Gleichstromauslenkung eingeht. Erzeugt diese Auslenkung eine zusätzliche Verzerrung oder Unlinearität? Die Impedanz ist hochohmig.

In den Siebziger Jahren kamen einige Hochleistungskopfhörer nach diesem Prinzip heraus, die einen hervorragenden linearen Frequenzgang bei hoher Klanggüte lieferten. Als Beispiel sei der Unipolar von Sennheiser genannt.

Der Gleichstromwiderstand ist extrem hochohmig bis unendlich.

Zeittafel der verfügbaren Schallwandler seit Einführung des Rundfunks in Deutschland:

Bekannte Lautsprecher-Hersteller (Modelle) der ersten Jahre (1923-1933)

Photos von Seitenbesuchern und Forumsbesuchern:
(Das Urheberrecht liegt bei den Einsendern.)

Wer weitere Photos von frühen Lautsprechern (mit Urheberrecht) hat, bitte einsenden an diese Email-Adresse.
Ich nehme sie dann in diese Seite unter Nennung der Email-Adresse und des Namens mit auf.

Chassis, offene Box, halboffene Box, Bassreflex-Box, geschlossene Box, Mehrweg-System, Transformator

Ein reines Lautsprecherchassis (ohne akustische Kurzschluß-Verhinderung durch Schallwand, usw) hat einen schlechten Wirkungsgrad, insbesondere die Bässe werden unterdrückt. Deshalb ist eine möglichst großflächige Schallwand, in die der Lautsprecher eingepasst ist, eine Notwendigkeit. Bis zur Einführung der geschlossenen Lautsprecher-Boxen bei HiFi-Anlagen waren die Membranen in den Lautsprechern am äußeren Rand "hart" aufgehängt. Der Übergang von der Membran zum Chassis wurde durch eine klein auskränkende Mehrfach-Wellen-Form der Sickenhaufhängung realisiert. Im Gegensatz dazu die zumeist gummiartige Aufängung mit einer großauskränkenden Welle:

Um nicht ein riesiges Konstrukt hinsichtlich der Schallwand nutzen zu müssen, wurde gedanklich die Schallwand "umgebogen", um ein Gehäuse zu erhalten, wo der Schall nicht kurzgeschlossen ist. Das so entstandene halboffene Gehäuse wurde bei Radios zum absoluten Standard. Die Rückwand des Radios war (quasi) offen, Die großen Löcher ließen den Schall fast ungehindert durch.

Mit Einführung der Stereotechnik und HiFi-Technik ergab sich die Notwendigkeit, externe (vom Radio getrennte) Lautsprecher-Boxen zu verwenden. Zuerst waren die externen Boxen ebenfalls halboffen. Die Hifi-Technik verlangte besseren Frequenzgang und höhere Ausgangsleistungen. Typische Radio-Röhren-Verstärker lieferten 5-15 Watt. Damit konnten offene und halboffene Boxen zwar gut betrieben werden, aber der Trend ging zu Transistor-Verstärkern mit Ausgangsleistungen über 15 Watt bis bald 50 Watt und mehr.

Es stellte sich heraus, dass geschlossene Boxen , insbesondere bei Mehrwege-Systemen (getrennte Bass-, Mittelton- und Hochtonsyteme) insgesamt ein besseres Klangbild bieten konnten. Allerdings brauchten geschlossene Boxen deutlich mehr NF-Leistung, das geschlossene Gehäuse bedämpfte das freie Ausschwingen der Membran beim Tiefton-System. Mehrwege-Systeme benötigten Frequenzweichen, um das NF-Spektrum auf die Lautsprecher zu verteilen. Oft mußten die Mitteltöner und Hochtöner vor dem Schalldruck des Basslautsprechers geschützt werden. Das konnte duch luftdichte Abdeckungen erreicht werden. Eine Probe, ob bei einer geschlossenen Box der ungehinderte Luftaustausch wirksam begrenzt ist, kann mit vorsichtigem Druck beider Hände auf die Membran erfolgen. Die Membran darf nur leicht verzögert wieder in die Ruhestellung zurückgehen.

Einen gewissen Kompromiß bei der Leistungsansteuerung brachten Bassreflex-Boxen, wo ein definiertes "Loch" Bass-Resonanz-Überhöhungen aufbaute und damit den Wirkungsgrad im Bass-Bereich verbesserte. Allerdings verfälschten Bassreflexboxen leicht einen möglichst linearen Frequenzgang.

Röhrenendstufen benötigten in aller Regel Transformatoren, um die NF-Leistung an niederohmige Lautsprecher abzugeben. Transistorendstufen kamen bald ohne Transformatoren aus. Es gab externe Lautsprecher, die eingebaute Anpasstransformatoren hatten. Um auch größere Räume mit langen Zuleitungen beschallen zu können, gab es die 100 Volt-Technik. Dabei wurde von dem NF-Verstärker ein NF-Signal mit 100 Volt Wechselspannung ausgegeben. In der Lautsprecher-Box wurde dann auf die Niederimpedanz des Lautspreches heruntertransformiert. So konnten auch lange Strecken recht verlustarm überbrückt werden.