Elektroakustik

Die Akustik ist ein Teilgebiet der Physik, das die vielfältigen Erscheinungen des Schalls, die Entstehung, seine Struktur und die physiologischen Wirkungen untersucht. Wenn man sich mit der Verstärkertechnik und damit der Musik, den Synthesizern, verschiedenen Mikrofonen, unterschiedlichen Lautsprechern und dem Boxenbau beschäftigt, sollte man auch eine Vorstellung bekommen, was das Phänomen „Schall“ eigentlich darstellt.

In einem Zeitraum von einigen zehntausend Jahren hat sich die menschliche Sprache als wesentlichstes Mittel der Kommunikation zwischen den Menschen entwickelt. Da die Entwicklung der menschlichen Sprache und die des Menschen Hand in Hand fortschritten, ist es naheliegend anzunehmen, dass der menschliche Mechanismus zur Erzeugung der Sprache und das resultierende akustische Signal optimal an den Prozess der menschlichen Sprachaufnahme angepasst sind.

Zur Analyse der aufgebauten Schaltungen stellt das Simulationsprogramm eine Reihe von Instrumenten zur Verfügung, die in ihrem Aussehen und ihrer Funktionalität mit den realen Instrumenten in einem herkömmlichen Elektroniklabor vergleichbar sind. Durch die virtuellen Messgeräte ergibt sich eine Art von Mensch-Maschine-Schnittstelle. Dem Anwender stehen zahlreiche Messgeräte zur Verfügung, die normalerweise nur im technisch-wissenschaftlichen Forschungslabor zu finden sind.

Schon früh, nachdem die elektronische Nachrichten- und Verstärkertechnik einen gewissen Stand erreicht hatte, versuchte man, deren Möglichkeiten auch zur elektronischen Tonerzeugung und zum Bau elektronischer Musikinstrumente auszunutzen. Von der Art leicht zu gewinnender Tonsignale her lag es nahe, zunächst Musikinstrumente mit orgelähnlichem Klangcharakter zu entwickeln und zu bauen. Im Laufe der Entwicklung gelang es, nahezu jeden gewünschten Ton- und Klangcharakter nachzubilden und in elektronische Musikinstrumente einzusetzen. Trotzdem hat sich aus der ersten Zeit (um 1970) der Name für die elektronischen Orgeln als Oberbegriff für elektronische Musikinstrumente allgemein durchgesetzt.

Mikrofone dienen in elektroakustischen Übertragungssystemen als Umformer der Schallenergie in elektrische Energie. Hierzu wird prinzipiell eine Membran dem Schalldruckausgesetzt, welcher die Membran zu Schwingungen anregt. Diese Membranschwingungen werden dann in eine elektrische Leerlaufwechselspannung (Ausgangsspannung mit dem Effektivwert U₀) umgeformt. Eine Tabelle zeigt technische Daten der verschiedenen Mikrofone.

Bei der Klassifizierung von Verstärkern unterscheidet man zwischen folgenden Kriterien:

Unter einem Filter versteht man ein elektrisches Netzwerk, welches bestimmte Frequenzbereiche in einem Übertragungssystem unterdrückt oder hervorhebt. Filter weisen demnach einen frequenzabhängigen Widerstand bzw. ein frequenzabhängiges Übertragungsverhalten auf und werden deshalb auch als Frequenzfilter bezeichnet.

Ein niederfrequenter Verstärker besteht immer aus mehreren Stufen. Die Eingangsstufen eines NF- Leistungsverstärkers müssen in erster Linie den Verstärker an die unterschiedlichen Signalquellen anpassen. Wegen der Verschiedenheit möglicher Steuerquellen, wie Kristall- und Magnettonabnehmer für Plattenspieler, elektrodynamische und Kristallmikrofone, Magnetköpfe von Tonbandgeräten, Kassettenrecorder, CD-Geräte, DVD-Abspielsysteme oder Demodulatorstufen in Rundfunk- und Fernsehgeräten, müssen diese Stufen unterschiedliche Eingangswiderstände von etwa 100 Ω bis zu mehreren 100 kΩ aufweisen. Diese recht unterschiedlichen Anpassungswerte lassen sich durch die Emitter- oder Kollektorschaltung des Transistors weitgehend realisieren.

Die Aufgabe eines Lautsprechers (Wandler) ist es, die von einem Endverstärker angebotene Signalleistung in Schall umzuwandeln. Je nach dem zugrunde liegenden Wandlerprinzip sind verschiedene elektroakustische Prinzipien möglich. Die wichtigste Art von Lautsprechern sind dynamische Lautsprecher, die es in Form von Tiefton-, Mittelton- und Hochtonlautsprechern in verschiedenen Ausführungen gibt. Lautsprecher haben die Aufgabe, tonfrequente Schwingungen elektrischer Ströme in entsprechende Schallschwingungen umzusetzen und sind somit zu den elektroakustischen Wandlern zu rechnen. Nachdem diesen Bauelementen in der ELA-Technik (Abkürzung für Elektroakustik) eine große Bedeutung zukommt, sind folgende Bemerkungen zu beachten: Die Urform eines Lautsprechers bestand aus einem magnetischen Hörer mit aufgesetztem Trichter zur Schallverstärkung. Aus diesem Prinzip wurden die sogenannten elektromagnetischen Systeme entwickelt. Die bekannteste Ausführung dieser Bauart waren die Freischwinger, die lange Jahre vorherrschten. Das Prinzip ist eine mit der Spitze der konusförmigen Membran starr verbundener eiserner Anker und dieser wird von einer Sprechspule angetrieben, die oberhalb der Polschuhe eines Dauermagneten angebracht ist. Der Anker ist in der Spulenmitte frei beweglich. Die von den tonfrequenten Strömen durchflossene Spule übt auf den Anker Kräfte aus, die ein Schwingen der Membran bewirken.