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Zwei Schwingspulen im Vergleich
Der Magnet eines BRAUN Chassis
der runde Magnetspalt
Heco Bass Membrane 39 Gramm

Wie ein Lautsprecher funktioniert . . .

März 2011 - von Gert Redlich - Der elektrodynamische "Lautsprecher" soll die elektrisch angelieferte Musik in Schallschwingungen umsetzten. Dazu benutzt man einen dicken Magneten, eine Spule und eine sogenannte Membrane, eigentlich das übermäßig vergrößerte Gegenstück zu der Membrane in jedem unserer Ohren. Man nennt das auch das Lautsprecher-"Chassis" - im Gegensatz zur Lautsprecher-Box.

Bei den modernen ("permanent magnetisch" angetriebenen) Membranen
ist an der Membrane - solch einem Papptrichter - (oder einer Metallkalotte) eine runde Spule befestigt (angeklebt), - wir nennen sie Schwingspule - durch die der im Verstärker erzeugte Strom fließt.

Die Schwingspule befindet sich direkt im Zentrum eines permanenten Magnetfeldes. Dieses extrem starke Magnetfeld wird durch sogenannte Polschuhe in einem runden Luftspalt gebündelt bzw. konzentriert. Und genau zwischen den Polen dieses Magneten hängt die Schwingspule mitsamt der angeklebten Membrane. Und damit bewegen sich beide Teile entsprechend der Stärke und der Frequenz des angelieferten Stroms.

Die Membrane mit Schwingspule und einem Teil der Gummisicke (etwa die Hälfte der Sicke wird ja fast nicht bewegt) samt der Spulenanschlußdrähte des Heco TC200 Bass-Chassis (20cm rechts im Bild) wiegt etwas weniger als 39 Gramm und diese 39g müssen recht schnelle bewegt werden.
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Ein ganz wichtiges Teil ist dieser Magnet

Heco 200mm Bass Chassis aus der P4302 und P7302

Der für die permanente magnetische Kraft ausschlag- gebende Teil ist der Magnet hinten auf dem Chassis oder besser - dessen Kraft (im ringförmigen Luftspalt) gemessen in Gauss. Die Kraft bzw. Leistung des Audio End-Verstärkers ist also nur der eine Teil der Funktion. Schwache Magneten sind zwar billig aber ineffizient. Starke Magnete sind (waren) dagegen schwer und dazu auch noch teuer.

Je höher die magnetische Kraft des Magneten ist,
konzentriert auf den runden Magnetspalt, in dem sich die sogenannte Schwingspule befindet, desto sensibler reagiert der bewegliche Teil von Schwingspule und Membran auf die angelegten elektrischen Signale (die Ströme).
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2010 - Es hat sich viel geändert bei der Magnet-Technologie:
Gewaltige Entwicklungen in den letzten 20 Jahren

Die "Arme" einer 18 Gigabyte Festplatte aus 1990
eine alte Festplatte aus 1998
eine alte alte Kupfer-Spule aus 1990
einer der beiden Magneten auf seiner Halteplatte
eine verbesserte sehr leichte ALU-Spule aus 2002

Im Jahr 2011 steht die Speichertechnik bei den Computern überall im Vordergrund und zwar nur noch mit (non rotating) Festspeichern. Die (alten) rotierenden Speicher (Disketten, Platten, CDs, DVDs usw.) sind fast "out". Und doch haben uns Musikliebhabern die rotierenden Speicher in Form der Festplatte eine gigantische Innovation bei den Magneten hervorgebracht.

Bei den Antrieben der kleinen dünnen Arme, an denen die Magentköpfe montiert sind, brauchte man immer stärkere und kleinere flache und dann auch noch leichte Magnete. Rechts sehen Sie den Antriebsteil des Kopfträgers in einer hochwertigen Festplatte, eine sogenannten "Voice Coil", eine singende Spule, noch aus Kupfer Flachdraht aber bereits maschinell gewickelt. Der Fachmann nennt solch ein Teil auch "Linear-Motor".

Dieses Gebilde (der Arm mit der Spule hinten dran) bewegt (dreht) sich nur wenige Millimenter mit fast nicht mehr sichtbarem Rucken von Spur zu Spur. Die Spule befindet sich zwischen zwei solchen extrem starken Magnetplättchen.

Die gewaltige magnetische Kraft dieser Materialien ist fast nicht mehr vergleichbar mit den Werkstoffen der 30er Jahre. Selbst bis Mitte der 80er Jahre waren solche "eingefrorenen" Kräfte undenkbar, so wie wir heute (März 2011) über eine 2 Terabyte Platte unter 100.- Euro nicht mal mehr staunen.

Diese Entwicklungen gingen ab etwa 1985 nahezu unbemerkt kontinuierlich weiter
und diese "Super-Magnete" werden fast nur noch in China gefertigt. Ohne diese erheblich gesteigerten Gauss-Zahlen wären die CD- und DVD Spieler zum Beispiel gar nicht möglich. Natürlich profitieren die modernen Lautsprecher auch von solchen Hightech-Produkten für die EDV. In welcher mechanischen Form diese Materialien dann "gesintert" werden, ist nur vom Anwendungsfall abhängig. Doch davon später . . .
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Heute fast nur noch sogenannte NEODYM Magneten

uralter ALNICO Magnet von vor 1940

Prinzipiell kommt es bei einem Magneten erst mal auf die permanent gespeicherte magnetische Kraft an - auf weiter nichts. Auch bei unseren Lautsprechern hat die magnetische Kraft im Luftspalt absolute Bedeutung und Priorität. Sie bestimmt überwiegend die Effizienz, Leistungsfähigkeit und Kraft des Chassis.

Und wie die magnetische Kraft da rein kommt
, ist ebenfalls nebensächlich. Und damit ist die künstliche Hype oder Glorie von uralten ALNICO Magneten fast schon schwachsinnig und zeugt von ignorantem Nichtwissen oder völligem technischem Unverständnis. Dennoch werden sie diese dummen Legenden bei uralten Schrottlautsprechern im ebay immer wieder finden.
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Aus was besteht "der Magnet" ?

Ein BOSE 901/IV Magnet - man sieht ganz deutlich die Struktur des Materials
Der silberne Magnet oben drauf hat bestimmt die hundertfache Kraft im Vergleich zu dem runden Magneten unten drunter.

Der "Magnet" ist eine Umschreibung für einen Haufen Pulver, gemischt aus Eisen, Mangan, Nickel, Cobalt usw. usw. Dieses Pulvergemisch wird in einer sogenanten Kugelmühle erst mal sehr intensiv gemischt und dann unter Erhitzung und sehr hohem Druck in eine Form gepresst, die dem späteren Zweck entsprechend geformt ist. Bei den Lautsprechern sieht man diese Form an dem meist runden "Klumpen" hinten drauf.

Das ganze Herstellen (Pressen) nennt man "Sintern", denn physikalisch ist es es immer noch ein Haufen Pulver, auch wenn es unsere Hände und Augen als ein Stück Metall empfinden. Diese NEODYM Magneten haben den uralten ALNICO Magenten (kommt von Aluminium, Nickel, Cobalt) völlig abgelöst. Sie sind nämlich ganz erheblich kräftiger bei gleicher Größe (deutlich mehr als Faktor 20) oder sie sind bei gleicher Magnetkraft deutlich kleiner und damit auch leichter.

Ein NEODYM Magnet kann bis zu dem 50fachen seines Eigengewichtes magnetisch festhalten, auch sich selbst natürlich.

NEODYM ist ein anorganisches "Element" auf unserem Planeten wie zum Beispiel die Metalle Gold, Silber, Kupfer, Blei oder Zinn zählt zur Kategorie der "seltenen Erden". Es ist relativ rar auf der Welt, weil die Förderung mit ähnlichen (radioaktiven) Problemen behaftet ist wie die Uran- Förderung. Man braucht aber auch nur ganz wenige Promille Beimischung zu einem solchen späteren Hochleistungs- Magneten.

Wie kommt die Kraft da rein ?

ein alter schwacher Lautsprechermagnet
ein Magnet aus den 70er Jahren
eine Entmagnetisierungsmaschine

Ist der "Magnet" fertig gepresst und natürlich abgekühlt, ist er noch gar nicht magnetisch. Es ist ein neutrales Stück Metall wie ein Stück Eisenguß bzw. sogenannter Grauguß. Dieses metallische Pressteil muß erst mal magnetisiert werden.

Magnetisierenbedeutet, es werden die magentischen Elementarteilchen in einem elektrisch (in einer großen Spule) erzeugten, einem kurzen aber sehr sehr kräftigen Magnetfeld "ausgerichtet", in eine Richtung gezwungen. Dort bleiben sie auch auf ewig, solange man kein Unheil anrichtet.

Der "Magnet" ist jetzt magnetisch. Durch geheimes Mixen von Metallen und Elementen unterschiedlichster Art wird versucht, die magnetischen Eigenschaften bezüglich Kraft und Konzentration der Kraft auf den Nutzen (in unserem Fall auf den runden Magnetspalt) zu "optimieren". Da ist zwar irgendwann eine physikalische Grenze erreicht, doch die Technik schreitet voran. Da kommen außer Eisenoxid auch Nickel und Cobalt und Bor zum Einsatz und auch das neue Neodym.
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Wie bekommt man die Kraft wieder raus ?

Das ist eine rein hypothetische Frage, denn das will ja Keiner. Also was darf man nicht tun, daß der "Magnet" weniger oder gar unmagnetisch würde ?

Bei den meisten magnetischen Werkstoffen unserer Zeit liegt die maximale Temperatur (also die untere Grenztemperatur) bei etwa 80 Grad, ab der der gesinterte Werkstoff leidet. Die bislang völlig gleich ausgerichteten "Elemente" lösen sich (ändern teilweise ihre Richtung) und die Kraft läßt nach, je länger die Hitze dauert, desto mehr.

Viel drastischer ist ein wirklich harter Stoß oder Fall des "Magneten" auf einen harten Untergrund. Dann kann er innerhalb von Millisekunden einen großen Teil seiner Kraft verlieren. Das kann aber innerhalb einer Lautsprecherbox (theoretisch) nicht passieren, denn vorher zerspringt das Gehäuse in viel Stücke.

Kann man den Magneten wieder "aufladen" ? Im Prinzip ja . . .

hier solch eine riesige Spule

Sind also die magnetischen Strukturen innerhalb des (ehemaligen) "Magneten" kräftig durcheinander gewirbelt worden und ist er nur noch schwach magnetisch, dann kann man ihn wieder auf "volle Pulle" aufladen. Sie brauchen nur ein extrem starkes (meist elektrodynamisches) Magnetfeld, in einer Spule zum Beispiel, dann wird er, wie damals bei der Herstellung, wieder voll magnetisiert.

Da gibt es auch keine irreparablen Verluste wie bei Nickel-Cadmium Akkus zum Beispiel, die dann nach einem Aufladen jedesmal immer weniger Energie speichern. Nur steht diese große Spule zur Zeit in China und dort kommt der Strom aus der Steckdose, jedenfalls noch.

  • Anmerkung : Als dieser Artikel am 14.3.2011 geschrieben wurde, war gerade das 6-teilige Kernkraftwerk Fukushima in Japan zum Teil explodiert. Also dort kommt nicht mehr so viel Strom aus der Steckdose. Und nicht nur die Japaner warten in diesen Tagen danach auf den Supergau und auf die Wahrheit.

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In der Theorie verliert also ein einmal aufgeladener Magnet nichts von seiner Kraft.

Alle Legenden und Gerüchte und Stories sind also dummes Zeug und entbehren jeder physikalischer Grundlage. Und das hat natürlich für unsere guten und teuren Lautsprecher und viel wichtiger, die Generatoren in Windkraftanlagen den Nimbus des ewigen Lebens aufgebracht.

Wo gibt es diese Magnetkraft und diese Spule ?

DLT und LTO Magnetbänder
so sehen die Bandwickel aus

Als langjährige DLT und LTO Spezialisten haben wir viel mit der langfristigen Datensicherung auf Magnetband zu tun. Dennoch kommt sehr oft die Frage auf, wie lösche ich diese Magnetbänder, damit mit den Daten kein Unsinnn verzapft wird, (die von abtrünnigen kriminellen Mitarbeitern über diverse Hehler von unserer eigenen Regierung !!! aufgekauften geklauten Bankdaten aus Lichtenstein und der Schweiz lassen grüßen).

Diese Magnetbandspulen sind jetzt viele viele (gewickelte) Schichten
von ganz dünnen stramm gewickelten 12,6mm breiten Bändern, deren magentische Strukturen bei der Herstellung alle gleich ausgerichtet waren und die beim Beschreiben mit Daten im DLT Laufwerk jetzt physikalisch völlig wirr ausgerichtet sind. Solch ein (mit Daten gefüllter) Bandwickel ist damit per Definition nahezu unmagnetisch.

Zum Löschen muß jetzt genau das Gleiche erfolgen wie bei einem "entladenen Magneten", dessen Strukturen wieder exakt gleich ausgerichtet werden müssten. (Damit ware der dann gelöschte Bandwickel nämlich richtig magnetisch.) Aber: Auf einen sogar recht dicken Permanentmagneten würde das DLT Band überhaupt nicht reagieren. Wir haben das probiert. Es ist Zufall, wenn das Band danach nicht mehr zu lesen ist.
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Und jetzt kommen wir zu der großen Spule,

ein "kleiner" Magnetizer
ein "großer" mit 480V und 175A
eine mittelgroße Maschine

mit der man diese DLT Bänder löscht oder den "Magneten" auflädt. Das Teil gibt es nämlich zu kaufen.

Solch ein Magnetizer benötigt recht hohe Ströme. Ein kleiner braucht nur 16 Ampere bei 230 Volt, ein großer will bereits 3 x 175 Ampere bei 480 Volt Drehstrom haben. Das sind dann schon gewaltige Ströme und dicke Leistungen, die selbst unser Hausanschluß in der Redaktion mit 3 x 85 Ampere nicht mehr liefern könnte.

Die ernsthaften professionellen Löschgeräte haben mindestens einen 10KW Drehstromanschluß mit entsprechendem Netztrafo und speichern zudem die notwendige Entladungsenergie in einer "Batterie" von fast hundert Kondensatoren. Dann haben die eine Kupferspule mit ganz dickem Draht, in deren Mitte das Objekt massiv festgeklemmt wird.

Und dann wird die gesamte gespeicherte Energie in die Spule "geschossen".

Der Knall sei in etwa mit dem Absturz eines Jumbo Jets oder eines Airbusses zu vergleichen oder vielleicht dem Schuss einer Panzerhaubitze. In deutschen Wohngegenden ist (selbst in Mischgebieten) ein Betrieb solch einer Maschine völlig ausgeschlossen.

Wir sollten vor Jahren mehrere hundert Bänder einer großen Versicherung nachweislich überprüfbar löschen (für viel Geld sogar) und solch ein Gerät anschaffen. Das mußte ich dann ablehnen, von dem möglichen eigenen Gehörschaden ganz zu schweigen.
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Lautsprecher haben noch weitere Eigenschaften und Schwächen. Mehr steht hier.
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