Schallsensor

Ein Schallwandler ist ein Gerät, das akustische Signale als Schallwechseldrücke in elektrische Signale, genauer gesagt elektrische Spannung umwandelt oder umgekehrt. Beispiele von Schallwandlern sind das Mikrofon, der Sensor und der Tonabnehmer als Schallempfänger sowie der Lautsprecher als Schallerzeuger.

Wandlerprinzipien

Folgende Prinzipien können bei elektroakustischen Wandlern zum Tragen kommen: elektromagnetisch (Telefon, Hörgerät), elektrodynamisch (Handmikrofon, einfache Kopfhörer), elektrostatisch (Ansteckmikrofon, breitbandige Kopfhörer), piezoelektrisch (Körperschallmikrofon) und piezoresistiv (Fernsprechapparat). Im Ultraschallbereich unter Wasser (Echolot) kamen früher magnetostriktive Wandler, heute Piezo-Wandler zum Einsatz.

Elektrodynamische Schallwandler, beispielsweise Mikrofone und Lautsprecher, bestehen im Prinzip aus einem feststehenden, permanenten Magnetfeld und einem darin beweglich angeordneten elektrischen Leiter, der in der Praxis entweder zu einer Schwingspule aufgewickelt ist oder aus einer leichten Metallfolie besteht. Der Leiter ist seinerseits mit einer schwingfähigen Membran mechanisch gekoppelt.

Mathematischer Zusammenhang

Zwischen der vom elektrischen Leiter eines elektrodynamischen Wandlersystems im Sendebetrieb auf die Membran ausgeübte Kraft F und dem Erregerstrom i besteht folgender linearer Zusammenhang:

$F_\omega = B \cdot l \cdot i \,$

Dabei bedeuten:
F_ω = auf die Membran ausgeübte Kraft
B = Magnetfeldinduktion
l = Länge des elektrischen Leiters
i = Erregerstrom

Sorgt man konstruktiv dafür, dass der bewegliche Leiter auch bei den größten auszuführenden Bewegungen im homogenen Teil des permanenten Magnetfeldes bleibt, so lassen sich nach diesem Wandlerprinzip infolge der mechanischen Schwingungsgröße besonders verzerrungsarm arbeitende Schallwandler aufbauen.

Signalleerlaufspannung

Die von einem elektrodynamischen Schallaufnehmer abgegebene Signalleerlaufspannung ist der Magnetfeldinduktion, der Leiterlänge und der mechanischen Schnelle v (Teichengeschwindigkeit) proportional, mit der der Leiter bewegt wird:

$u = B \cdot l \cdot v \,$

Dabei bedeuten:
u = Signalleerlaufspannung
B = Magnetfeldinduktion
l = Länge des elektrischen Leiters
v = mechanische Schnelle

Die bekanntesten praktischen Ausführungen elektrodynamischer Schallwandler sind das Tauchspulmikrofon und der elektrodynamische Lautsprecher.

Literatur

• Thomas Görne: Tontechnik. 1. Auflage, Carl Hanser Verlag, Leipzig, 2006, ISBN 3-446-40198-9
• Heinz Sahm: HIFI-Lautsprecher. 2. Auflage, Franzis Verlag GmbH, München, 1982, ISBN 3-7723-6522-1
• Michael Dickreiter: Handbuch der Tonstudiotechnik. 6. Auflage, K.G. Saur Verlag KG, München, 1997, ISBN 3-598-11320-x