Ferroelektrischer Lautsprecher

Ferroelektrischer Schallwandler mit aufgelöteten elektrischen Leitungen

Ein ferroelektrischer Lautsprecher ist eine Lautsprecherbauart, die als wesentlichen Funktionsträger einen Schallwandler aus einem ferroelektrischen Material oder andere piezoelektrische Keramiken nutzt. Sie werden daher auch Keramiklautsprecher,^[1] daneben nicht ganz zutreffend auch Piezolautsprecher genannt.

Funktionsweise

Durch Anlegen einer tonfrequenten elektrischen Spannung an das Ferroelektrikum beginnt dieses sich im Rhythmus der Frequenz zu verformen. Diese Bewegung wird auf eine Membran übertragen, die dann direkt oder über ein Horn Schallwellen abstrahlt.

Ferroelektrische Lautsprecher stellen für den Verstärker weitgehend eine kapazitive Last dar, daher wird die Belastbarkeit nicht, wie bei anderen Lautsprechern, in Watt, sondern in Volt angegeben).

Arbeitsbereich

• Frequenz: Die aus Masse und Elastizität des Ferroelektrikums resultierende Resonanzfrequenz begrenzt den Arbeitsbereich in Richtung der niedrigeren Frequenzen ab 1 kHz. Daher haben Ferroelektrische Lautsprecher oft eine eingebaute 6-dB-Weiche. Man kann sie jedoch auch ohne eine solche Weiche betreiben, wenn die zulässige Spannung nicht überschritten wird. Tiefe Frequenzen führen nur zu einer geringen thermischen und mechanischen Belastung sowie auch einer geringen Schallabstrahlung.
• Spannung: Oberhalb einer maximal zulässigen Spannung kommt es zu Durchschlägen des Ferroelektrikums, die zur Zerstörung führen. Bei gängigen Produkten beträgt die Belastbarkeit typischerweise um die 25 Volt effektiv.
• Polarität: Eine der Polaritäten der Ansteuerspannung führt zu Zugkräften im Ferroelektrikum, die dieses bei Überschreitung einer Grenzkraft zerstören. Die entgegengesetzte Polarität, die Druckkräfte verursacht, ist meistens um etwa den Faktor 10 belastbarer. Das kann man durch Gegentaktansteuerung zweier Wandler ausnutzen. Diese Ansteuerung ist aber aufwendig und daher in der Praxis kaum zu finden, weil ferroelektrische Lautsprecher eher in Billigsystemen eingesetzt werden.
• Temperatur: Durch dielektrische Verluste kommt es zu Temperaturerhöhungen. Ab einer gewissen Grenze kommt es zu Strukturschäden im Bauelement. Je nach Material verliert das Ferroelektrikum zwischen 80 °C und 150 °C vollständig seine ferroelektrischen Eigenschaften.

Anwendungsbereiche

Typische Ferroelektrische Lautsprecher haben Resonanzfrequenzen im Bereich zwischen 1 und 5 kHz, für Ultraschallanwendungen auch bis 100 kHz. Daher kann diese Lautsprecherart nur für den Mittel-Hochtonbereich (0,5–100 kHz) verwendet werden.

Aufgrund zahlreicher Resonanzmoden und ihrer geringen inneren Dämpfung sind ferroelektrische Lautsprechern für Hifi-Anwendungen jedoch eher ungeeignet.

Eine häufige Anwendung ist als "Piezosirene" oder als Summer z. B. auf Computerhauptplatinen.

Durch die geringe Baugröße erfolgt auch die Anwendung für preisgünstige Mobiltelefone.

Einzelnachweise

1. ↑ Lexikon Funkschau

Literatur

• Wolfgang-Josef Tenbusch: Grundlagen der Lautsprecher. 1. Auflage, Michael E. Brieden Verlag, Oberhausen, 1989, ISBN 3-980-18510-9
• Helmut Röder, Heinz Ruckriegel, Heinz Häberle: Elektronik 3.Teil, Nachrichtenelektronik. 5. Auflage, Verlag Europa Lehrmittel, Wuppertal, 1980, ISBN 3-8085-3225-4