Für viele Menschen hat Autofahren auch etwas mit dem richtigen Sound zu tun. Dabei geht es nicht zwangsläufig um V8-Geblubber, Turbo-Blow-Out-Gepfeiffe oder ein 12-Zylinder-Schnurren. Es geht auch um den ganz klassischen Sound: die Musik.
So ist es nicht verwunderlich, dass Infotainment- und Sound-Systeme in neuen Autos oft zu den teuersten – und meistverkauften Sonderausstattungen zählen. Das Problem: Der super Sound verschlingt einige der wichtigsten Ressourcen des Fahrzeugs – Gewicht, Bauraum und Energie.
Elektrostatischer Lautsprecher fürs Auto
Um das zu ändern, hat der Audio-Spezialist Warwick Acoustics jetzt einen neuen Autolautsprecher vorgestellt. Anders als die meisten Lautsprecher im Auto arbeiten die Electro Acoustic Panels von Warwick nicht mit Tauchspulen, sondern mit elektrostatischen Lautsprechern (ESL). Diese Technik sorgt in der Regel für ein sehr klares und fein aufgelöstes Klangbild bei Mitten und Höhen. Mit Bässen haben sie technisch bedingt aber ihre Schwierigkeiten. Aufgrund der in Fahrzeugen üblichen Vielzahl an Lautsprecher und separaten Subwoofern, die diese Eigenschaft kompensieren können, sollte das aber kaum ein Problem darstellen.
Grundsätzlich funktionieren Lautsprecher immer gleich: Aus einem elektrischen Eingangssignal wird ein Körper oder eine Fläche in Schwingung versetzt und dadurch Schall erzeugt. Deshalb spricht man bei Lautsprechern auch von Schallwandlern. In den meisten Fällen besteht ein Lautsprecher aus drei wesentlichen Bauteilen. Einem Antrieb, der das elektrische Signal entgegennimmt, einer Membran, die Luft in Bewegung versetzt und damit Schall erzeugt sowie aus Bauteilen wie dem Gehäuse, das die beiden anderen verbindet. Als physikalische Zauberkraft dient meist das Phänomen des Magnetismus, das die Membran in Bewegung versetzt.
So funktioniert ein Auto-Lautsprecher
Zur Schallerzeugung wird bei konventionellen Lautsprechern, wie den weit verbreiteten Tauchspulen-Lautsprechern, Strom durch eine Spule geleitet. Die Spule wird so zu einem Elektromagnet und von einem Permanentmagneten angezogen oder abgestoßen. Dabei spricht man von der Lorentzkraft.
Wird dieser Elektromagnet schnell ein- und ausgeschaltet, entsteht eine Schwingung. Bewegt sich diese Schwingung im hörbaren Frequenzbereich zwischen 16 Hz und 20 kHz, spricht man von Schall. Zur Einordnung: Ein Hertz ist die physikalische Einheit, mit der die Anzahl sich wiederholender Vorgänge pro Sekunde in einem periodischen Signal beschrieben wird. Im Fall des Lautsprechers also: Wie oft innerhalb einer Sekunde die Membran zum Antrieb gezogen wird, den Nullpunkt passiert, ausschwingt und wieder den Nullpunkt erreicht.
Hohe Spannungen statt hoher Ströme
So viel zur grundsätzlichen Theorie. Bei einem elektrostatischen Lautsprecher wird statt der Lorentzkraft auf elektrostatische Anziehungskräfte gesetzt – und ja, elektrostatisch meint genau die Kraft, die entsteht, wenn man einen ausgepusteten Luftballon über den Kopf rubbelt und dann die Haare nach oben zieht. Spätestens hier wird klar, dass deshalb auch die Membranen dieser Lautsprecher sehr dünn und extrem leicht sein müssen.
Da diese Aufladung nicht nur durch Reibung, sondern auch durch das Anlegen einer hohen Spannung entstehen kann, lässt sich auch durch Aufspielen des Audiosignals auf den Stator (bewegt sich nicht) und der damit einher gehenden Spannungsänderung hier (eine elektrisch leitfähige) Membran in Schwingung versetzen. Allerdings sind dazu sehr hohe Spannungen von mehreren 1.000 Volt nötig und nicht, wie sonst bei Lautsprechern üblich, hohe Ströme im Bereich von 5 bis 10 Ampere, was unter anderem für eine Steigerung der Effizienz und Verringerung des Materialeinsatzes führen kann. Ebenfalls vorteilhaft: Durch diesen Aufbau wird deutlich weniger Platz benötigt. Die Kombination aus zwei Statoren und einer Membran kann wenige Zentimeter dick sein. Außerdem ist die Form der Lautsprecherplatte so relativ frei formbar. So gibt es beispielsweise ESL in Form von Nachttischlampen, bei der die Außenfläche eines röhrenförmigen Lampenschirms als Lautsprecher fungiert.
75 Prozent leichter und 90 Prozent weniger Energie
Wenn es nach Warwick geht, überwiegen die Vorteile. Zu einem der wichtigsten Plus-Punkte zählt laut dem englischen Audiospezialisten das geringe Gewicht. Da schwere Magneten und Spulen verzichtbar seien, sollen die Lautsprecher bis zu 75 Prozent leichter als konventionelle Auto-Lautsprecher sein. Außerdem brauchen die Lautsprecher laut Hersteller bis zu 90 Prozent weniger Energie – durchschnittlich seien 50 Watt Ersparnis drin.
Zudem zahlen sie auf die Electro Acoustic Panels auf ein weiteres Thema ein, das den Autoherstellern und ihren Entwicklern immer größere Sorgen bereitet: Der CO₂-Fußabdruck der einzelnen Komponenten. Laut Warwick werden die ESL zu 100 Prozent aus recycelten und recycelbaren Materialien hergestellt, was den Autobauern bei ihren Nachhaltigkeitszielen zugutekommen soll.
Hinzu kommt, dass durch den geringeren Energiebedarf der Lautsprecher pro Fahrzeug rund 4 Kilo CO₂ eingespart werden könne, erklärt das Unternehmen. Basis dieser Berechnung liefert eine Studie des Entwicklungsdienstleisters EDAG, entsprechend der jedes Autoradio im Jahr rund 260 Stunden läuft und ein Elektroauto pro Jahr rund 2.157 kWh Energie benötigt – was rund 683 Kilo CO₂ Äquivalenten entspricht.
