Wie kabellose Lautsprecher funktionieren

Der Bau der perfekten Menschenhöhle ist kein triviales Unterfangen. Sie müssen viele Faktoren berücksichtigen. Wie viel Licht soll man in den Raum lassen? Welche Fernsehergröße würde im Raum am besten funktionieren? In welche Art von Möbeln möchten Sie versinken, während Sie sich darauf vorbereiten, unterhalten zu werden? Und was macht man mit all den verdammten Drähten, die unsere ansonsten makellose Festung der Einsamkeit kreuz und quer durchziehen?

Einige dieser Fragen fallen nicht in den Rahmen dieses Artikels, aber wir können jedem, der Kabel als lästig empfindet, eine Alternative anbieten: drahtlose Lautsprecher. Egal, ob Sie versuchen, das perfekte Surround-Sound- Theater zu Hause, ein Outdoor-Soundsystem für ein Deck oder eine Terrasse zu schaffen, oder einfach nur ein anständiges Paar Kopfhörer wollen, die Sie nicht jedes Mal verwirren, wenn Sie sich bewegen müssen, kabellos Lautsprecher könnten helfen.

Sie können aber auch Nachteile haben. Sie haben eine begrenzte Reichweite – ein drahtloser Lautsprecher am Rande der Reichweite des Soundsystems empfängt möglicherweise kein starkes Signal oder hat keine gute Klangqualität. Audiophile finden sie möglicherweise nicht zufriedenstellend. Und selbst ein drahtloser Lautsprecher benötigt Strom, um zu funktionieren. Wenn dieser Strom nicht von Batterien bereitgestellt wird , müssen Sie den Lautsprecher an eine Stromquelle anschließen. So können auch drahtlose Lautsprecher immer noch Kabel haben. Wir werden die Vor- und Nachteile von drahtlosen Lautsprechern später in diesem Artikel genauer betrachten.

Um mit der Funktionsweise von drahtlosen Lautsprechern zu beginnen, müssen wir zunächst etwas über Sound verstehen.

1. Wenn Moleküle kollidieren
2. Lautsprecher-Grundlagen
3. Da ist ein Licht
4. Sendesignale
5. Vorteile und Nachteile
6. Anmerkung des Verfassers

Auf der grundlegendsten Ebene ist Schall eine Möglichkeit, wie wir Vibrationen wahrnehmen. Wenn ein Objekt in der Erdatmosphäre vibriert, drückt es gegen umgebende Luftmoleküle und zieht sie an. Sie wirken wiederum auf die umgebenden Luftmoleküle ein. Es wird zu einer Kettenreaktion.

Stellen Sie sich eine Glocke vor. Wenn es klingelt, biegt sich seine Oberfläche tatsächlich nach innen und außen. Wenn sich die Oberfläche der Glocke nach innen biegt, zieht sie Luftmoleküle zur Oberfläche der Glocke. Sie ziehen andere Moleküle um sich herum an, und diese ziehen noch mehr Moleküle an. Wir nennen diesen Bereich abnehmender Luftdruckverdünnung .

Von dem vibrierenden Objekt aus erstreckt sich eine Welle von Luftdruckschwankungen nach außen. Wenn Sie sich zufällig in Reichweite der Welle befinden – die Energie wird über die Entfernung abgebaut – vibriert Ihr Trommelfell als Reaktion auf die Druckänderungen. Ihr Trommelfell ist mit winzigen Knochen in Ihrem Mittelohr verbunden . Diese Knochen verbinden das Trommelfell mit der Cochlea in Ihrem Innenohr. Die Cochlea ist mit Flüssigkeit und winzigen Härchen gefüllt. Wenn die Knochen die Cochlea vibrieren, fließt Flüssigkeit gegen die Haare, was Nervensignale auslöst, die vom Ohr zum Gehirn wandern. Ihr Gehirn interpretiert diese Signale dann als Ton.

Schall kann sich durch Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase ausbreiten. Wenn Sie Ihr Ohr an einen Tisch legen und jemand sanft darauf kratzt, hören Sie es laut und deutlich. Das liegt daran, dass sich Schall im Allgemeinen effizienter durch Feststoffe bewegt als durch Gase. Das ist auch der Grund, warum sich Schall nicht im Vakuum des Weltraums ausbreitet – es gibt nicht genug Teilchen, die miteinander kollidieren könnten, um Schall auszubreiten .

Die Art des Geräusches hängt davon ab, wie stark und häufig die Moleküle aufeinanderstoßen. Moleküle, die wirklich aufeinanderprallen, erzeugen lautere Geräusche – ein großer Hammer, der auf einen riesigen Gong schlägt, lässt Moleküle stärker kollidieren als eine kleine Glocke. Schnellere Fluktuationen in der Atmosphäre erzeugen Klänge mit einer höheren Tonhöhe als solche mit langsameren Fluktuationen. Der Klang des Gongs ist nicht nur lauter als die winzige Glocke, sondern auch tiefer in der Tonhöhe – die Glocke erzeugt schnellere Schwankungen des Luftdrucks als der Gong.

Lautsprecher – kabellose und kabelgebundene gleichermaßen – erzeugen Klang durch Vibrationen. Alles, was es braucht, ist ein wenig Strom und Magnetismus.

Ein typischer Lautsprecher besteht aus mehreren Teilen. Der Teil, der vibriert, um den Ton zu erzeugen , wird Kegel oder Membran genannt . Es ist eine flexible Oberfläche, die durch den Rest des Lautsprechermechanismus herausgedrückt oder nach innen gezogen werden kann. Es ist das Zwerchfell, das die Änderungen des atmosphärischen Drucks erzeugt, die wir als Schall wahrnehmen.

In der Mitte des Kegels sitzt ein Elektromagnet , der als Schwingspule bezeichnet wird. Hinter der Schwingspule auf der anderen Seite des Kegels sitzt ein Permanentmagnet – ein Magnet, der sein Magnetfeld ohne Strom aufrechterhält. Dies bedeutet, dass ein Lautsprecher zwei verschiedene Arten von Magneten verwendet, was den Lautsprechern die Kraft verleiht, schnell gegen die Atmosphäre zu drücken und zu ziehen.

Elektromagnete nutzen die Beziehung zwischen Elektrizität und Magnetfeldern. Wenn Strom durch einen Draht fließt, erzeugt er ein Magnetfeld. Das Wickeln eines elektrischen Drahtes um einen Kern – wie ein Eisennagel – erzeugt einen Magneten, wenn der Strom eingeschaltet ist. Das Abschalten des Stroms bewirkt, dass sich das Magnetfeld auflöst.

Magnete haben zwei Pole – einen Nordpol und einen Südpol. Permanentmagnete haben immer den gleichen Nord- und Südpol. Aber die Pole eines Elektromagneten können je nach Stromfluss umschalten. Das Erzwingen der Umkehrung des Stromflusses kehrt auch die Position der Pole des Elektromagneten um.

Das ist wichtig, denn bei Magneten stoßen sich gleichnamige Pole ab und gegensätzliche Pole ziehen sich an. Durch die Änderung des Stromflusses durch den Elektromagneten der Schwingspule drückt oder zieht das Magnetfeld des Permanentmagneten an der Schwingspule. Da die Schwingspule an der Membran befestigt ist, wird die Membran nach innen gezogen oder nach außen gedrückt.

Lautsprecher verändern den Stromfluss innerhalb einer Schwingspule tausende Male pro Sekunde und erzeugen die präzisen Schwingungen, die erforderlich sind, um Klänge zu erzeugen, die von tiefen dröhnenden Basstönen bis zur hohen Tonlage einer Piccoloflöte reichen.

Bei herkömmlichen Lautsprechern fließt Strom von einem Verstärker innerhalb der Quelle – beispielsweise einer Stereoanlage – über zwei Drähte zum Lautsprecher. Dadurch kann die Quelle den Stromfluss zu den Lautsprechern wechseln, wodurch die Pole des Elektromagneten wechseln. Drahtlose Lautsprecher müssen den gleichen Effekt ohne den Vorteil von Kabeln erzeugen. Aber wie machen sie das?

Drahtlose Lautsprecher haben keine direkte Verbindung zu einer Stereoanlage oder einer anderen Quelle. Stattdessen muss das System ein Signal senden, das die Lautsprecher empfangen und in Strom umwandeln können , um die Schwingspule im Lautsprecher selbst anzutreiben. Es gibt einige Möglichkeiten, dies zu tun.

Eine Möglichkeit ist die Verwendung von Infrarotsignalen. Dies ist vergleichbar mit der Funktionsweise vieler Fernbedienungen. Das Stereosystem verfügt über einen Sender, der einen Infrarotlichtstrahl aussendet. Da Infrarot außerhalb des Spektrums des sichtbaren Lichts liegt, können wir es nicht sehen.

Die Aufgabe des Senders besteht darin, die Schwankungen der Elektrizität – dieselben, die den Lautsprecher steuern würden, wenn er mit der Stereoanlage verbunden wäre – in einen Infrarotstrahl umzuwandeln. Der Strahl trägt Informationen durch Impulse. Ein IR-System kann Millionen von Impulsen pro Sekunde aussenden. Die drahtlosen Lautsprecher verfügen über Sensoren, die diese Übertragungen erkennen können.

Nach der Erkennung sendet der Sensor elektronische Signale an einen Verstärker . Seine Aufgabe ist es, die Stärke des Sensorausgangs zu erhöhen. Ohne den Verstärker wären die Signale zu schwach, um die Schwingspule im Lautsprecher anzutreiben. Aus diesem Grund benötigen viele drahtlose Lautsprecher immer noch eine kabelgebundene Stromversorgung, um zu funktionieren.

Der Verstärker sendet Strom an die Schwingspule und ändert den Stromfluss entsprechend den Anweisungen, die der Sensor mitsendet. Der Wechselstrom bewirkt, dass der Elektromagnet der Schwingspule schnell die Polarität ändert. Die Magnetfelder des Elektromagneten und des Permanentmagneten des Lautsprechers erledigen den Rest der Arbeit, ziehen und drücken die Schwingspule und bringen die Membran des Lautsprechers zum Schwingen.

Es gibt mehrere Nachteile bei dieser Art von drahtlosen Lautsprechern. Einer der großen ist, dass ein Infrarotstrahl eine Sichtverbindung erfordert. Das bedeutet, dass es einen ungehinderten Weg für den Infrarotstrahl geben muss, um von der Stereoanlage zum Lautsprecher zu gelangen. Alles, was diesen Weg blockiert, verhindert, dass das Signal den Sensor des Sprechers erreicht, und der Sprecher bleibt stumm.

Ein weiteres Problem ist, dass Infrarotsignale ziemlich häufig sind. Geräte wie die meisten Fernbedienungen verwenden IR-Technologie. Aber auch Lichter und Menschen geben Infrarotstrahlung ab. Dies kann zu Interferenzen führen, die es dem Lautsprecher erschweren, ein klares Signal von einer Stereoanlage zu erkennen. Selbst der lässigste Musikfan könnte es als lästig empfinden, einem System zuzuhören, das ein abgehacktes oder inkonsistentes Erlebnis liefert.

Es gibt andere Möglichkeiten, Signale drahtlos zu senden. Als nächstes wenden wir uns der Welt des Radios zu.

Funkwellen stellen einen Teil des elektromagnetischen Spektrums dar. Auch Licht gehört zu diesem Spektrum. Das sichtbare Lichtspektrum hat einen Wellenlängenbereich von 390 bis 750 Nanometer (ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter). Infrarotlicht (IR) hat einen längeren Wellenlängenbereich von etwa 0,74 Mikrometer bis zu 300 Mikrometer (ein Mikrometer ist ein Millionstel Meter). Funkwellen sind das große Kind auf dem Block – die Wellenlängen reichen von 1 Millimeter bis 100 Kilometer.

Radiowellen haben gegenüber anderen Arten elektromagnetischer Strahlung einige Vorteile. Aber um Radiowellen von einer Stereoanlage zu einem Lautsprecher zu übertragen, benötigen Sie einige Komponenten. Ein an die Stereoanlage angeschlossener Sender wandelt elektrische Signale in Funkwellen um, indem er Wechselstrom über eine Antenne sendet. Die Funkwellen werden von der Antenne ausgestrahlt.

Eine Antenne und ein Empfänger am drahtlosen Lautsprecher erkennen das Funksignal und der Empfänger wandelt es in ein elektrisches Signal um. Ein Verstärker verstärkt die Leistung des Signals vom Empfänger, damit es den Lautsprecher ansteuern kann. Der Lautsprecher benötigt immer noch eine Stromquelle, genau wie ein drahtloser IR-Lautsprecher. Im Gegensatz zu einem IR-System muss sich ein drahtloser Lautsprecher, der Funksignale erkennt, nicht in Sichtweite der Stereoanlage befinden.

Funkwellen werden auf verschiedenen Frequenzen ausgestrahlt. Eine Frequenz ist die Rate, mit der eine Funkwelle oszilliert – wie lange es dauert, bis eine Funkwelle von der Spitze zum Tiefpunkt und wieder zum Höhepunkt übergeht. Es dauert länger, bis eine längere Radiowelle schwingt als eine kürzere. Funkfrequenzen sind wichtig, weil Funkübertragungen, die ähnliche Frequenzen verwenden, sich gegenseitig stören können.

Diese Interferenz kann ein großes Problem darstellen – viele der Kommunikationssysteme, auf die wir uns heute verlassen, beruhen auf Funkübertragungen. Aus diesem Grund haben viele Länder Vorschriften erlassen, die die Arten von Funkfrequenzen einschränken, die verschiedene Geräte erzeugen dürfen. Dies begrenzt das Potenzial für Signalstörungen.

In den Vereinigten Staaten umfassen die Frequenzbänder, die Geräten wie drahtlosen Lautsprechern zugeteilt werden, 902 bis 908 Megahertz, 2,4 bis 2,483 Gigahertz und 5,725 bis 5,875 Gigahertz [Quelle: Schotz et al. ]. Innerhalb dieser Reichweiten sollten drahtlose Übertragungen keine Funk-, Fernseh- oder Kommunikationssignale stören.

Innerhalb dieser Bereiche befinden sich verschiedene Protokolle, wie beispielsweise Bluetooth. Das Bluetooth-Protokoll ermöglicht es Geräten, sich miteinander zu verbinden. Bluetooth kann es einem Hersteller auch ermöglichen, Steuerelemente an einem Lautsprecher anzubringen, die über Lautstärke und Leistung hinausgehen. Da das Bluetooth-Protokoll eine bidirektionale Kommunikation ermöglicht, könnten Sie einen drahtlosen Lautsprecher haben, mit dem Sie steuern können, welcher Titel abgespielt wird oder auf welchen Radiosender Ihr System eingestellt ist, ohne dass Sie aufstehen müssen, um es auf dem Hauptsystem zu ändern.

Der Hauptvorteil eines drahtlosen Lautsprechersystems ist ziemlich offensichtlich – es gibt keine Kabel, die die Lautsprecher mit dem Soundsystem verbinden. Sie können Ihre Lautsprecher überall innerhalb der Übertragungsreichweite aufstellen und müssen sich keine Sorgen machen, dass Sie über Kabel stolpern oder Kabel verstecken, die zu Ihrem Soundsystem führen. Dies kann die Einrichtung eines Heimkinosystems vereinfachen.

Drahtlose Lautsprecher sind in Outdoor-Lautsprechersystemen beliebt. Wenn Sie ein Lautsprechersystem auf einem Deck, einer Terrasse oder einem Poolbereich aufstellen möchten, ist ein drahtloses System möglicherweise ideal.

Es gibt ein paar Nachteile, die mit drahtlosen Systemen einhergehen. Da drahtlose Lautsprecher immer noch Strom benötigen, ist es wahrscheinlich, dass Sie jeden Lautsprecher an eine Stromquelle anschließen müssen. Es gibt batteriebetriebene drahtlose Lautsprecher, die jedoch möglicherweise nicht den Klang haben, den Sie von Ihrem Soundsystem erwarten. Wenn Sie jeden Lautsprecher an eine Stromquelle anschließen müssen, sind Sie bei der Einrichtung Ihres Heimkinos möglicherweise immer noch eingeschränkt .

Interferenzen können ein weiteres Problem sein. Es gibt viele Geräte, die Funkwellen aussenden. Wenn diese Funkwellen auf derselben Frequenz wie Ihr Soundsystem und Ihre Lautsprecher liegen, könnten Sie einige verstümmelte Signale erhalten, während Sie Ihre Musik hören. Ausgefallene Signale können ebenfalls ein Problem sein – wenn ein Sender oder Empfänger nicht mehr funktioniert oder ausfällt, beeinträchtigt dies Ihr Hörerlebnis.

Ein weiteres Problem ist die Bandbreite. Kabelgebundene Lautsprecher können viele Informationen in Form von elektrischen Signalen übertragen. Drahtlose Signale können da nicht wirklich mithalten. Musik kann weniger voll oder reich erscheinen. Es ist ein subjektives Element, das schwer in Worte zu fassen ist. Wenn Sie ein Audiophiler sind, werden Sie möglicherweise feststellen, dass drahtlose Lautsprecher aus Leistungssicht fehlen.

Als audiophil würde ich mich nicht bezeichnen. Ich liebe Musik und kann zwischen einem großartigen Soundsystem und einem durchschnittlichen unterscheiden. Aber ich bin nicht in der Lage, den Unterschied zwischen einem großartigen Soundsystem und einem System der Spitzenklasse zu erkennen. Ich würde ein drahtloses System in Betracht ziehen, wenn ich dadurch ein anständiges Hörerlebnis und die Freiheit hätte, die Lautsprecher dort aufzustellen, wo ich möchte.

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Quellen