Meilensteine der Biegewellen Schallwandler


Ein historischer Abriss über Biegewellen Schallwandler
und
Biegewellen Lautsprecher mit biegesteifen und semi-biegesteifen Membranen

© Oliver Mertineit





Schallwandlung durch Biegewellen im Instrumentenbau von ca. 1680 bis heute ...

Man würde den frühen Meistern des Instrumentenbaus nicht gerecht, ohne eine Würdigung ihrer Leistungen und Erkenntnisse an dieser Stelle vorzunehmen.

Die Erbauer der legendären Meistergeigen vor allem aus Cremona, Italien verstanden es bereits in den Jahren vor 1680, die Anregung von Biegewellen auf dem Korpus der Violine über den Steg des Instruments nach klangästhetischen Gesichtpunkten bis ins Detail zu optimieren. Ihre Instrumente setzen bis heute Maßstäbe und erzielen daher auf Auktionen zum Teil astronomische Preise. Dabei wird eine Meistergeige auch heute nicht etwa wie ein Museumsstück aufbewahrt, sondern oftmals in die Hände begabter Künstler gelegt, damit das Instrument gespielt wird und seine spezifischen klanglichen Qualitäten erhalten bleiben.

Die am meisten geschätzten Instrumente aus der Hand Antonio Stradivaris stammen aus der Zeit von etwa 1698 bis 1725. Die ersten Geigen von Guarneri del Gesu datieren etwa um 1730. Die frühen Meistergeigen weisen i.d.R eine hohe Energie im Bereich um 2 Khz bis 4 Khz auf, das ist der sog. "Präsenzbereich" in denen das menschliche Gehör am empfindlichsten ist. Der spektrale "Fingerabdruck" der Instrumente scheint auch die Formantstrukur der menschlichen Gesangsstimme nachzuahmen.

Neben der Handwerkskunst der Meister wird im 16.-18.Jh. auch die Verfügbarkeit von Instrumentenholz mit sehr geringem Abstand der Jahresringe und einer geringen Rohdichte als eine wichtige Komponente zur Erlangung der außerordentlichen Qualität dieser Instrumente gesehen. Durch die langen und trockenen Winter dieser Zeit wuchs das Holz sehr langsam. Die Verfügbarkeit vergleichbaren Materials ist heute praktisch nicht mehr gegeben.

Antonio Stradivari
Guarneri del Gesu


Schallwandlung durch Biegewellen in der elektroakustischen Ära von 1924 bis 1972

In dem hier betrachteten Zeitraum wurden immer wieder Versuche unternommen, Biegewellen für die Verwendung in Lautsprechern nutzbar zu machen. Zum Teil entstanden praxistaugliche Systeme für den Heim- oder auch den öffentlichen Bereich, welche eine gute Qualität gemessen am technischen Stand ihrer Zeit erreichten.

Obgleich die Zielsetzung bei der klangästhetischen Auslegung eines Musikinstruments eine völlig andere ist, als im Bestreben einen verfärbungsfreien Lautsprecher mit kontrolliertem Verhalten im Zeitbereich und möglichst großer Bandbreite im Frequenzbereich herzustellen, so gibt es doch Parallelen zwischen beiden Welten. Diese Parallelen liegen darin begründet, daß die Physik der Biegewellen auf einer dünnen und schwingfähigen Platte oder Membran sowohl für einen Lautsprecher als auch für ein Musikinstrument prinzipiell dieselbe ist. Gleich das erste Beispiel eines Biegewellenlautsprechers illustriert diese Parallele auf originelle Weise:

1924 Lautsprecher "Tonspiegel" der Ibach Piano Manufaktur von F. Wilhelm, K. J. Müller, K. W. Ibach

Es handelt sich um einen Biegewellenlautsprecher, welcher aus Instrumentenholz gefertigt wurde. Die kreisförmige Membran erhielt - vermutlich zur Veränderung der Modenverteilung und auch aus dekorativen Gründen - zwei F-Schalllöcher. Die Anregung der Membran erfolgt im Zentrum über einen elektromagnetischen Wandler, dessen Aufbau mit einer damaligen Telefonhörkapsel vergleichbar ist.

Radiomuseum: Ibach Tonspiegel


1927 Schaufensterscheibe als Biegewellenmembran von Wilhelm Bauch, Berlin

Das Patent beschreibt eine Schaufensterscheibe, die an einer günstigen und zugänglichen Stelle, welche typischerweie außerhalb der Mitte liegt, von einem dynamischen Antrieb mit punktueller Krafteinleitung zu Biegeschwingungen angeregt wird. Der punktuelle Kontakt wird aus praktischen Gründen über den Anpressdruck des anregenden Stiftes an die Scheibe erreicht, welche dadurch eine geringe mechanische Vorspannung erhält. Es ist daher keine feste Montage des Stiftes an der Scheibe erforderlich.


1962 Biegewellenlautsprecher von Glenn E. Warnaka

Eine Kompositplatte mit Wabenkern wird als Biegewellenmembran verwendet. Die Membran ist als rechteckige Form ausgeführt und wird in einem Rahmen aufgehängt, wo sie von einem Anreger in Schwingung versetzt werden kann.

Warnaka Patent


1969 Konusförmiger Biegewellenwandler mit Rundum Abstrahlung von Lincoln Walsh

Hier handelt es sich um den in Audio Kreisen bekannten konusförmigen Biegewellenwandler, welcher in den amerikanischen OHM F Lautsprechern eingesetzt wurde. Ein aufrechtstehend auf einem Gehäuse montierter Konus wird an der Spitze durch eine Schwingspule zu Biegeschwingungen angeregt, welche sich zur offenen Seite des Konus hin ausbreiten. Das System arbeitet als Rundumstrahler. Schallwandler dieser Bauart finden in weiterentwickelter Form bis heute Anwendung.

Walsh Patent


1972 Biegewellenlautsprecher mit rechteckiger Komposit-Flachmembran von Jose J. Bertagni

Der Bertagni Biegewellenwandler ist ebenfalls ein sehr elaboriertes Design. Es handelt sich um einen Breitbandlautsprecher mit rechteckiger Flächenmembran. Es werden verschiedene Techniken angewandt, um die Ausbreitung von Biegewellen auf der Membran zu beinflussen und gleichzeitig die benötigte Dämpfung bereitzustellen.

Das System verwendet

  • Vorspannung der Membran orthogonal zur Krafteinleitung
  • Variation von Steifigkeit und Dichte der Membran im Verlauf vom Zentrum hin zu den Rändern
  • Variation der Granularität des Membranfüllmaterials
  • Anbringung von dämpfenden Komponenten
  • Einen asymmetrisch angebrachten und speziell ausgeformten Anregungspunkt
  • Anregung über einen dynamischen Schwingspulenantrieb

  • Das nachfolgend gezeigte Beispiel wurde von der Firma Fisher produziert.

    Bilder zum Bertagni Biegewellenwandler