allgemeines zur Funktionsweise eines Lautsprechers

erstmal herzlich wilkommen hier bei uns im forum

nun zu deiner Frage

gehen wir mal von einem 1-Weg system aus (breitband)(also, ein Lautsprecher, der alle frequenzen in einem frequenzband in schall umwandeln kann)

wenn du eine einfache, reine sinuswelle hast, sagen wir 50 Hz, dann schwingt die membran 50mal pro seconde UM DEN NULLPUNKT hin und her.

spielst du jetzt gleichzeitig ein 50Hz und ein 200Hz ton gleichzeitig ab, dann wird der 200Hz ton auf der 50Hz-welle aufmoduliert (intermodulationsverzerrung nennt sich das), d.h, dein 200Hz ton schwingt mit 50Hz hin und herdeshalb wird die membran nicht jedes der 200 polatitätswechsel den mechanischen Nullpunkt überqueren, sondern wenn der 50 Hz ton sich gerade an einem "gipfel" der sinuskurve befindet, dann wird die 200Hz kurve den nullpunkt gar nicht mehr überschreiten, soweit der 200Hz ton nicht lauter abgespielt wird, wie der 50Hz. (das ist genau der fall in deimen bereich II)

um dieses Hin-und-her schwanken eines Aufmodulierten tons zu vermeiden, setzt man Mehrwegsysteme ein, wo das elektrische signal vor dem LS in meheren bereichen aufgeteilt werden.

Falls es nicht ganz klar ist, sag bescheid!

mfg

denis

DJTouffe schrieb:

um dieses Hin-und-her schwanken eines Aufmodulierten tons zu vermeiden, setzt man Mehrwegsysteme ein, wo das elektrische signal vor dem LS in meheren bereichen aufgeteilt werden.

Nur werden auch bei Mehrwegerichen 50 und 200 Hz vom selben Chassis wiedergegeben...


Zum Thema "Zurückziehen":
Für die Rückführung der Membran in die Ruhelage sind Sicke und Zentrierspinne verantwortlich.

Gruss
Jochen

DJTouffe schrieb: um dieses Hin-und-her schwanken eines Aufmodulierten tons zu vermeiden, setzt man Mehrwegsysteme ein, wo das elektrische signal vor dem LS in meheren bereichen aufgeteilt werden. Nur werden auch bei Mehrwegerichen 50 und 200 Hz vom selben Chassis wiedergegeben...

es sei denn du trennst mit -18dB/oct bai 100 Hz

es sollte ja nur ein beispiel sein, um es leichter zu erklären

Schon klar, mit den beispielhaften Zahlenwerten.
Aber sag' mir, wie man Intermodulationen mit einer endlichen Anzahl von "Wegen" vermeiden soll?
Jedes der Chassis gibt doch mehrere Oktaven wieder.

Gruss
Jochen

Jedes der Chassis gibt doch mehrere Oktaven wieder

also ein intermodulationsfreier LS kann es bei mechanischen chassis nicht geben, aber schon bei einem 2-wege system unterteilst du den frequenzband in 2 bereichen, d.h. krasse aufmodulation wird effektiv vermieden (zu 10khz und 50Hz)
je grösser der Unterschied zwischen Grund- und aufmodulierten Ton ist, desto mehr hört man es. und genau das wird bei mehrwegsystemen gemacht.

Gratulation, das ist eine Frage, über die ich noch nie nachgedacht habe.

Sicher ist zwar, dass normalerweise kein Gleichstrom durch den Lautsprecher fliesst, weil das Siganl am Lautsprecher (durch die untere Grenzfrequenz des Verstärkers bezw. die DC-Unterdrückung) über lange Zeit gemittelt gleichspannungsfrei ist. Aber tatsächlich kann ein von Dir beschriebenes Signal entstehen.

Sicher ist weiter, dass oberhalb der Eigenresonanz des Systems (Lautsprecher mit Gehäuse) die Membran sich dann mit höchster Geschwindigkeit bewegt, wenn der Strom das Maximum erreicht hat.

Wenn man also eine Sinuswelle betrachtet, die bereits eine Weile schwingt, so bewegt sich die Membran durch den Nullpunkt (der steilste Teil der Kurve = höchste Membrangeschwindigkeit), wenn der fliessende Strom sein Maximum (also 90 grad voreilend gegenüber der Membranposition) erreicht hat. Wenn der Strom wieder Null ist, ist die Membrangeschwindigkeit null und das ist bei maximaler Auslenkung.

Aber das beantwortet Deine Frage noch nicht.

Sicher ist, dass die Membran nicht nur durch die verschiedenen Federwirkungen (Luftpolster im Gehäuse, Membraneinspannung) in die Ruhelage zurückkehren kann, denn das würde dann mit der Geschwindigkeit entsprechend der Eigenresonanz geschehen. Ein Teil ist die Folge der GegenEMK des Lautsprechers.

Wenn ein Strom fliesst, als Folge einer angelegten Spannung, so bewegt sich die Membran und das führt zu einer Spannungsinduktion (eben die GegenEMK) in der Schwingspule, die der angelegten Spannung entgegenwirkt. Keine Bewegung = keine GegenEMK und somit höhere Treibspannung = höherer Strom.
Wenn also der Strom kleiner wird, aber nicht auf Null geht und die Membran in Bewegung ist, kann die GegenEMK grösser werden als die eigentliche Steuerspannung vom Verstärker, was (Beispiel Steuerspannung +1V, GegenEMK -2V = Effektive Spannung -1V) zu einer Umkehr der Spannung und demnach zu einem umgekehrten Stromfluss = umkehr der Membranbewegung führt.
Das wäre die logische Erklärung, die auch bei jedem Elektromotor funktioniert. NUR:
Ein Elektromotor "hängt" recht starr an seiner Quelle mit mindestens 70% Wirkungsgrad. Bei einem Lautsprecher ist der Wirkungsgrad recht gering (um 1%), sodass die Verkopplung lose ist und daher der Lautsprecher in Deinem Beispiel wenig gehorcht.

Sicher ist, dass beispielsweise ein Konushochtöner mit seiner relativ schweren Membran durchaus 20 kHz abstrahlen kann. Dies kann man messen. Allerdings ist dann die Membran in Bewegung und zwar mit einer weitgehend konstanten Frequenz.
Man stellt aber fest, dass die Höhenwiedergabe bei Musik (entspricht sicher Deinem Frequenzgemisch) schlechter ist als bei einem Kalottenhochtöner mit wesentlich leichterer Membran.
Musik ist quasi "Stop and go". Das schafft die schwere Membran nicht mehr so gut.

Sicher ist, dass Hochtöner mit geringer Masse (Jonenhochtöner ohne Membran) eine natürlichere Wiedergabe erzeugen als solche mit schwerer Mambran, auch wenn die normalen Sinusmessungen nichts negatives aussagen.

Vermutung: Du hast mit Deiner Frage möglicherweise eine Erklärung für Klangunterschiede bei Lautsprechern geliefert oder angeregt, an die man bisher (jedefalls ich) nicht gedacht hat. Und es können auch Klangunterschiede von Verstärkern sein, die durch Arbeitspunktverschiebungen dafür sorgen, dass die Lautsprecherspule nicht dauernd mit einem richtigen Steuerstrom versorgt wird.

Ich bin jedenfalls gespannt, was da noch zutage tritt.

@ DJTouffe

Wenn aus 50 Hz und 200 Hz eine Intermodulation entsteht, so sind das neue Frequenzen, nämlich 150 und 250 Hz.
Das, worum es hier geht, hat ursächlich nichts mit Intermodulation zu tun und zwei verschiedene Frequenzen gleichzeitig auf einem Lautsprecher führen nicht zwingend zu einer Intermodulation.
Da ist Dir etwas durcheinander geraten. Die Intermodulation entsteht durch die Überlagerung an einer gekrümmten Kurve. Davon ist hier noch niemand ausgegangen. Das könnte bei Aussteuerung des Lautsprechers bis in den nichtlinearen Teil (Schwingspule ausserhalb des Magnetfeldes) geschehen.

ich freue mich,daß ihr mir alle so hilfreich beiseite steht. Eure Kommentare haben mir vieles klarer gemacht.
Ich muss wohl erst mal ein wenig darüber nachdenken. Hab auch nicht gewusst ,daß bei maximaler Auslenkung der Strom=0 ist.ich hatte letztens mal mit einer Signalgenerator-Software ein 1hz Sinus Signal erzeugt und man sah richtig,wie sich die Membran langsam bewegte.
Ich hatte eigentlich daraus gefolgert,daß der Strom (oder vielleicht doch die Spannung?) am größten sein müßte,wenn die Auslenkung am stärksten ist. (Wenn man eine Gleichspannung anlegt hat man ja eine Dauerauslenkung )
Schließlich muss sich die Schwingspule an dieser Stelle am stärksten von dem Magneten und gegen die Federwirkung abstoßen .

Ich hatte auch mal ein kleines Experiment mit einer Diode gemacht die ich vor den Lautsprecher geschaltet hatte.
Aufgrund der "positiven Halbwelle" schlug die Membrane nur nach oben aus und fiel immer kraftlos zurück auf die Ruhelage.Sie wurde nicht zurückgezogen...hmmm

Ich überlege grad,was passieren würde, wenn ein Lautsprecher 2 Schwingspulen auf einer Hülse hätte,jede mit eigenem Magnetsystem.

Das Audiosignal wird mittels 2 Dioden in eine positive und negative Halbwelle zerlegt und dann den Spulen zugeführt,so daß eine spule ihren Anteil nach oben "drückt" und die andere nach unten. Das problem wäre wohl,daß die Gegen EMK wegfallenwürde,da die Dioden den Stromfluß verhindern ..hmm

Was die unterschiede bei Lautsprechern angeht..Vielleicht ist bei manchen Lautsprechern die Federwirkung bzw die Gegen
EMK sehr unterstützend bei den aufmodulierten Schwingungen.habe davon leider keine Ahnung ..ich muss das erst mal alles verarbeiten


Ich muss echt sagen...ihr seid eine tolle Community


p.s. Die oben abgebildete Wellenform stammt aus einem Lied..also kommt auch in Musik teilweise ein Gleichspannungsanteil vor (nur kurzzeitig)

Aufgrund der "positiven Halbwelle" schlug die Membrane nur nach oben aus und fiel immer kraftlos zurück auf die Ruhelage.Sie wurde nicht zurückgezogen...hmmm

falsch! vom Oberen "Totpunkt" bis zum nullpunkt nimmt die Spannung zwar ab, ist aber immer noch positiv. das gegen EMK wird aber wie du selber gesehen hat, geblockt.

Ich überlege grad,was passieren würde, wenn ein Lautsprecher 2 Schwingspulen auf einer Hülse hätte,jede mit eigenem Magnetsystem. Das Audiosignal wird mittels 2 Dioden in eine positive und negative Halbwelle zerlegt und dann den Spulen zugeführt,so daß eine spule ihren Anteil nach oben "drückt" und die andere nach unten. Das problem wäre wohl,daß die Gegen EMK wegfallenwürde,da die Dioden den Stromfluß verhindern ..hmm

die gegen EMK würdest du immer auf die Spule haben, die gerade nicht angesteuert wird, da die spulen in deinem Beispiel mechanisch gekoppelt sind.

Vielleicht ist bei manchen Lautsprechern die Federwirkung bzw die Gegen EMK sehr unterstützend bei den aufmodulierten Schwingungen

Die gegen EMK soll am besten ungehindert zum Verstärker zurückfliessen, und letzterer soll diese "blokieren". (das ist der Dämpfungsfaktor)

falsch! vom Oberen "Totpunkt" bis zum nullpunkt nimmt die Spannung zwar ab, ist aber immer noch positiv. das gegen EMK wird aber wie du selber gesehen hat, geblockt.

mit "kraftlos meinte ich ja nur die Tatsache, daß die Membran nicht aktiv heruntergezogen wurde. Ok, Du hast schon Recht, da noch eine Positive Spannung anliegt.Diese bewirkt ,wie ich gefühlt hab, lediglich,daß die Membran nicht im "freien Fall" absinkt sondern durch die gebremst nach unten gleitet.Von Kontrolle kann aber nicht die Rede sein.

die gegen EMK würdest du immer auf die Spule haben, die gerade nicht angesteuert wird, da die spulen in deinem Beispiel mechanisch gekoppelt sind.

Ich bin leider kein Elektrotechniker ,aber ich könnte meinen ,daß die Diode der nichtangesteuerten Spule gerade dann sperrt, wenn die Spule entgegen ihrer vorgesehen Bewegungsrichtung (also zum Magneten hin) geschoben wird,da dann der Strom doch in umgekehrter Richtung fließen will.Die Diode soll aber nur göffnet sein,wenn sich die Spule vom Magneten wegbewegt.

Ich hab mal eine Skizze gemacht, die den Aufbau verdeutlichen soll.

sieht schon sehr verrückt aus ,oder?

Die gegen EMK soll am besten ungehindert zum Verstärker zurückfliessen, und letzterer soll diese "blokieren". (das ist der Dämpfungsfaktor)

Bei Transistorverstärkung hat man ja genügend Dämpfung,aber wie sieht es bei den schönen Röhren aus? Da hat man ja eher bescheidene Werte

Sicher ist weiter, dass oberhalb der Eigenresonanz des Systems (Lautsprecher mit Gehäuse) die Membran sich dann mit höchster Geschwindigkeit bewegt, wenn der Strom das Maximum erreicht hat. Wenn man also eine Sinuswelle betrachtet, die bereits eine Weile schwingt, so bewegt sich die Membran durch den Nullpunkt (der steilste Teil der Kurve = höchste Membrangeschwindigkeit), wenn der fliessende Strom sein Maximum (also 90 grad voreilend gegenüber der Membranposition) erreicht hat. Wenn der Strom wieder Null ist, ist die Membrangeschwindigkeit null und das ist bei maximaler Auslenkung.

Das bedeutet, dass dieser Effekt nur auftritt, wenn die zugeführte Frequenz höher liegt als die Eigenresonanz eines Systems (bei einem Tieftöner beispeisweise 200 Hz) und dass das System auch eingeschwungen sein muss, also bereits einige "Sinüsser" hinter sich haben muss.

Bei Deinem Dioden-Experiment wird natürlich die Schwingspule nur in der positiven Halbwellean den Verstärker gekoppelt, in der negativen Phase läuft er frei, weil die Diode sperrt. Damit ist die Dämpfung durch den Verstärker (Dämpfungsfaktor) nicht mehr gegeben, ausser die Membranbewegung wäre so schnell und gross, dass eine Gegen-EMK entsteht, die höher ist als die Verstärkerspannung und damit die Diode leitend bleibt.

Die 2 Spulen und die Dioden bringen nichts (wir vergessen mal die Gegen-EMK), weil die eine Spule nach + wirkt und die andere nach -. Das haben wir auch mit einer Spule, wie Du richtig festgestellt hast. Du hast nämlich gesagt,

Wenn man ein Sinus-ähnliches Signal wieder gibt (siehe Bereich I in der Abb.), so kann ich das Prinzip noch verstehen. Oberhalb der Null-Linie wird abgestoßen und unterhalb der Linie angezogen.

Das Problem hast Du auch beschrieben, dass bei Signalreduktion, aber einem Signal in der bisherigen Polarität, lediglich die "Schub- oder Zugkraft" abnimmt, aber kein Gegenzug oder -Schub stattfindet. Das würde sich mit 2 Spulen und den Dioden auch nicht ändern.

Die Kontrolle der Bewegung geht wirklich nur über den Dämpfungsfaktor.
Mach mal folgenden Versuch: Dreh einen Fahrraddynamo ohne Last. Das geht relativ leicht. Jetzt mach einen Kurzschluss. Nun lässt sich das Ding nur noch schwer drehen.
Und mach das Selbe beim Lautsprecher: Auslenkung von hand, einmal mit offenen und einmal mit kurzgeschlossenen Klemmen. Bei Kurzschluss wird die Bewegung gebremst, allerdings ist die Bremsung wesentlich schwächer als beim Dynamo.

Der Dynamo ist als Spannungsgenerator gebaut, der Lautsprecher nicht. Das ist der Unterschied. Beim Dynamo sitzt die Spule in einem allseitig geschlossenen Magnetfeld, beim Lautsprecher sind bis etwa 70% der Spule ausserhalb des Magneten (damit eine grosse lineare Auslenkung möglich wird). Damit sinkt der Wirkungsgrad und so, wie nur 1% der zugeführten Leistung in Schall umgewandelt wird, wird auch nur ein ganz kleiner Teil der Bewegungsenergie bei Kurzschluss zur Bremsung verwendet.

Dazu noch eine kurze Rechnung: Der Strom, der die Schwingspule wieder bremst, ist genau so vom Totalwiderstand abhängig, wie der treibende Strom. Das bedeutet, dass neben dem Ri des Verstärkers das Kabel, die Weiche UND der Drahtwiderstand der Schwingspule zu berücksichtigen ist. Ein Dämpfungsfaktor von 20 (0,4 Ohm) oder 100 (0,08 Ohm) hat auf die Summe der übrigen Widerstände (ca. 7 Ohm) einen sehr kleinen Einfluss.

Um das ganze Problem zu lösen, müsste man den Lautsprecher überwachen und Ströme durch die Spule schicken, die eine entsprechende Bewegung auslösen.
Das Problem ist, dass wie bereits erklärt, der Lautsprecher immer (oberhalb der Resonanz) mindestens 90 Grad nacheilend reagiert. In der Praxis sind es sogar 180 Grad. Somit kommt jede Regelung zu spät. Sie greift erst ein, wenn "das Kind schon in den Brunnen gefallen" ist.

Die zweite Möglichkeit ist, die Bewegungen der Membran zu berechnen und quasi aus einem Gedächtnis die jeweils nötigen Korrekturdaten für jede Situation hinzu zu fügen.
Ich könnte mir vorstellen, das dies in nächster Zukunft möglich sein wird, weil man die entsprechende Datenmenge heute speichern und rasch genug abrufen kann. Allerdings habe ich bis heute keine derartigen Ansätze gesehen.

Das bedeutet, dass dieser Effekt nur auftritt, wenn die zugeführte Frequenz höher liegt als die Eigenresonanz eines Systems (bei einem Tieftöner beispeisweise 200 Hz) und dass das System auch eingeschwungen sein muss, also bereits einige "Sinüsser" hinter sich haben muss.

Ist dieser Effekt zufällig ein Resultat der Gegen EMK?Würd mich echt mal interessieren...


Ich hab immer gehört daß der Gegen EMK eher störend als nützlich ist und deshalb gedämpft werden muss.

Die Versuche mit dem Kurzschließen zeigen mir,daß dieser Effekt eigentlich nur nachteilig sein kann,gerade die bremsende Eigenschaft,die zwangsläufig Wiedergabepräzision kosten müßte.

Wenn der Effekt gar nicht erst zugelassen wird sehe ich darin schon einen Vorteil.


Wenn man aus den 2 Spulen einen Nutzen ziehn will muss man vielleicht noch weitergehen ,wie vorgeschlagen wurde.Man müsste etwas am Signal ändern.




Ich frage mich sowieso,weshalbman ein so unpräzises Signal wie die Amplitutden benutzt,wenn es doch scheinbar Schwierigkeiten macht ,Schwingungen zu reproduzieren, die nicht die Null-Line kreuzen.

Sicher ist die Sache mit dem Überwachen des Lautsprecher interessant,aber wegen der Geschwindigkeit würd ich mir doch schon Sorgen machen.

Ich hab die Sache mal etwas anders weitergesponnen.

Was wäre wenn unsere Musikinformation die aus dem Verstärker kommt nicht die Ursprungsprungsamplituden in verstärkter Form sind,sondern nur die Informationen über die
Ploaritätswechsel und ihre Intensität.
Grafisch könnte das folgendermaßen aussehen:
jetzt wird es mathematisch


Mathematisch gesehen sind die Polwechsel usw. die erste Ableitung der Ursprungsfunktion.
Wenn man also dieses umgewandelte Signal an die 2 Schwingspulen weiterleite und kaum Störwirkungen wie Gegen EMK und Rückstellreder-Wirkung hätte...
Dann müßte man doch eine größtmögliche Kontrolle über die Membrane haben...

P.S. Ich sehe bei den 2 Schwingspulen einen weiteren Vorteil. Man könnte einen riesigen Hub realisieren,wo bei die Schwingspulen immer noch im linearen Bereich sein sollten.

Ich hab mir die Sache nochmals durch den Kopf gehen lassen. Nicht zuletzt deshalb, weil ich gesagt habe, dass in der Praxis die Phasenschiebung am Lautsprecher oberhalb der Eigenresonanz und im eingeschwungenen Zustand 180 Grad sei.
Hier ein Erklärungsversuch.

Das Bild zeigt drei Sinuskurven. Betrachten wir den Bereich um den roten Strich und nehmen an, die oberste Kurve sei der Stromverlauf durch die Schwingspule.

Von der Linie nach rechts wird der Strom von Null ausgehend negativ, erreicht sein negatives Maximum, wird wieder Null und danach positiv.

Bei der Linie haben wir also keinen Strom und somit keine Kraft auf der Schwingspule. Ich habe bisher geschrieben, dass logischerweise ohne Kraft keine Geschwindigkeit existiere. Daher sind wir am selben Punkt in der zweiten Kurve auf dem Scheitelpunkt, also an einem unendlich schmalen Bereich ohne Membranbewegung.
Meine Vorstellung war, dass es sich um eine Bewegung pro Zeiteinheit handeln würde, was einer Beschleunigung entspricht. Unter diesen Voraussetzungen stimmt die zweite Kurve.

Ich muss folglich meine Aussage dahingehend revidieren, dass bei Strom Null (roter Strich) keine Kraft auf die Schwingspule wirkt, welche die Geschwindigkeit beeinflusst, also keine Beschleunigung vorhanden ist.

Unter der Annahme, dass die Membran keine Masse hat, würde diese Beschleunigung gleichzeitig der Geschwindigkeit entsprechen.
Wenn man aber die Membranmasse ins Spiel bringt, die oberhalb der Resonanz das "Geschehen" dominiert, sieht die Sache anders aus.
Gehen wir einfach mal davon aus, die Membran schwingt schon seit 10 Minuten mit dieser aufgezeichneten Frequenz. Und nehmen wir an, wir sind im Moment am roten Strich. So haben wir Strom Null und der Strom wird sich als nächstes nach Minus bewegen.
Durch Strom Null haben wir keine Kraft auf der Schwingspule, folglich keine Änderung der Geschwindigkeit.

Aber wir hatten früher einmal, vor 90 Grad, einen positiven Strom, der eine positive Kraft zur Folge hatte und damit die Membran in positiver Richtung beschleunigte. Jetzt ist zwar der Strom null und die Kraft fehlt, aber das Beharrungsvermögen lässt die Membran in der selben Richtung sich weiter bewegen.
Das wäre die dritte Kurve.

90 Grad später haben wir den höchsten negativen Strom (oberste Kurve) und damit die höchste Steilheit der der 2. Kurve. Dies bedeutet, dass jetzt die höchste negative Beschleunigung (Abbremsung) auf die Membran wirkt.
Da aber die Membran immer noch mit ihrer Masse weiter in der gleichen Richtung auslenken möchte, bleibt die Bewegungsrichtung (unterste Kurve) erhalten, allerdings wirkt die negative Kraft bremsend auf die Membran.

Dies ist folglich die Erklärung, warum die 180 Grad entstehen und dass die Membran trotzdem kontrolliert zurückgeführt wird. Der Schwingspulenstrom macht eigentlich immer genau das Gegenteil von dem, was die Membran macht und damit ist die Sache recht eng verkoppelt.

Allerdings stimmen diese Annahmen nur im eingeschwungenen Zustand. Bei einem einmaligen Impuls oder beim Schwingungsaufbau sieht die Sache sicher anders aus. Da gibt es noch keine Massekräfte, die gebremst werden müssen. Da ist von einer 90 Grad Verschiebung auszugehen. Und wie genau die Phasenverläufe bei komplexen Signalen (nur schon die 50- und 200 Hz-Überlagerung) aussehen, müsste man einmal durchrechnen. Ich gehe aber davon aus, dass es sich immer um die 90 Grad bewegen wird. Dies wiederum bedeutet eine schlechtere Kontrolle der Bewegung als im eingeschwungenen Zustand (180 Grad).

Die GegenEMK nützt tatsächlich relativ wenig, aber eben nur relativ. Du könntest den Versuch machen oder mir einfach glauben:
Nimm einen Lautsprecher und verwende ihn als dynamisches Mikrofon. Das Ergebnis ist fürchterlich. Dies darum, weil die Membran durch den Schall angeregt wird und dann dort weiter schwingt, wo sie es am liebsten hat, bei der Eigenresonanz und einer ihrer vielen weiteren Resonanzen. Dieses Prinzip wird bei vielen billigen Wechselsprechanlagen verwendet.
Wenn man jetzt parallel zum "Mikrofon" einen 10 Ohm Widerstand schaltet, wirkt die GegenEMK auf diesen Widerstand und bedämpft die Membran. Jetzt ist die Verständlichkeit plötzlich viel besser. So ganz daneben ist die GegenEMK also nicht und sie wirkt auch beim Abhören. Sie dämpft nicht die nützliche Bewegung, sondern jene Bewegungen, die nicht durch den Strom vom Verstärker gewollt sind.

Wenn Du zwei Schwingspulen hast, so müssen sich ihre Magnetfelder ja unterstützen, sonst tut sich gar nichts. Und wenn sie das tun, entstehen an beide auch wirksame GegenEMK. Wenn man auf die GegenEMK-Wirkung verzichten will, muss man Verstärker bauen, die einen hohen Innenwiderstand haben, beispielsweise Röhren oder reine Stromquellen. Diese können bei betimmten Lautsprechern zu einem weichen vollen Klang führen, dabei lässt aber die musikalische Präzision vor allem im Bass arg zu wünschen übrig.
Weiter ist es mit einer Schwingspule genau so möglich, eine grosse lineare Auslenkung zu erreichen. Du musst Dir die Sache nochmals aufzeichnen, dann wird es klarer.

Jetzt zum Polaritätswechsel:
Wenn der Lautsprecher so funktionieren würde, wie wir uns das erst gedacht haben, könnte allenfalls etwas an Deiner Idee dran sein. Aber nach meinen Gedankengängen müssen wir davon ausgehen, dass sowohl die ansteigende Funktion (von Null gegen Plus oder Minus) als auch die Rückkehrfunktion (von Plus oder Minus gegen Null) durch aktive Ströme gesteuert werden und daher diese Aufteilung nicht zwingend notwendig wäre.

Es wird also vorderhand beim normalen Versärker mit einem weitgehend normalen Signal bleiben.
Dein Audiosignal hat einen Anteil an tiefen Frequenzen (wenn Du das Signal erstmal horizontal gespiegelt weiterzeichnen würdest und dann das ganze nochmals vertikal gespielegt, hättest Du einen kompletten Sinuszug der tiefsten Frequenz), die bei der ersten Ableitung nicht mehr vorhanden sind. Andererseits könnte man das weiter gezeichnete Signal auch integrieren, sodass die Polaritätswechsel kaum noch auffallen. Oder anders gesagt, das was Du mit der ersten Ableitung machst, ist eine Filterung und was ich mit der Integration mache, auch. Wir haben also eine Hochton/Tieftonweiche gebaut. Wenn man das Integral (zumindest das elektrisch gebildete) und das Differenzial addiert, bekommt man annähernd das Originalsignal (Rechnerisch nicht, aber wenn man einen elektrischen Hoch- und Tiefpass in Reihe setzt, kommt auch nicht mehr das Original raus. Unterschied zwischen rechnen und Elektronik).

Die bisherigen Betrachtungen haben sich hauptsächlich mit einem normale Signal befasst, das symmetrisch um den Nullpunkt pendelte.
Nehmen wir nun nochmals Dein Signal in "Angriff", das mehr oder weniger gross in einer Polarität pendelt.

Die GegenEMK nützt tatsächlich relativ wenig, aber eben nur relativ.

Behalten wir einmal diese meine Aussage im Auge. Und betrachten wir die Spannung, die als Folge der Gegen-EMK am Lautsprecher entsteht. Und bilden wir weiter die Differenz aus dieser Gegen-EMK und der angelegten Verstärkerspannung.

Wenn wir Deinen ursprünglichen Teil II anschauen, so wird sich die Membran allgemein im positiven Bereich befinden (vermutlich?), die 200 Hz Wellen werden aber mit 180 Grad wiedergegeben. Das bedeutet, dass sich aus der Membranbewegung Gegenspannungen bilden, die der angelegten Spannung entgegenwirken. (Je nach Konstellation könnte auch der tieffrequente Teil schon phasengedreht sein, was letztlich aber keine grundlegende Rolle spielt).

Die Wirkung der angelegten Spannung hängt von deren Grösse und dem Widerstand Rtot des Systems ab. Dies bildet den Strom, der durch die Spule fliesst und diese bewegt. Hinzu kommt der Wirkungsgrad, der vom Feld des Permanentmagneten abhängig ist (inkl Verluste durch die Grösse der Schwingspule in Verhältnis zur Polplattendicke).
Wenn beispielsweise eine Spannung von 1V (Spannungssprung) eine Bewegung von 1m/s ergibt, so muss logischerweise eine Membranbewegung von 1m/s eine Gegen-EMK von 1V zur Folge haben.

Diese 1V würden in der Spule bei gleichem Rtot den gleichen Strom erzeugen, wie die ursprünglich angelegten 1V.
Dies wiederum bedeutet, dass die Gegen-EMK die Membran mit der gleichen Kraft bremst, wie die Nutzspannung sie antreibt. Das heisst, dass wir bei einem Antrieb mit einem Verstärker von null Ohm Innenwiderstand symmetrische "Unzulänglichkeiten" hätten.

Wenn wir mal an einen geregelten Antrieb denken, so könnten wir einen Verstärker bauen, der einen Ausgangsstrom liefert, der der Eingangsspannung proportional ist. In diesem Fall würde die Membran so beschleunigt, wie es das Eingangssignal fordert. Allerdings würde die Gegen-EMK wirkungslos verpuffen, sodass die Membran ohne Signal ungebremst weiter schwingen kann. Dann würde genau der Zustand eintreten, den Du als Grundüberlegung angenommen hast. Die Rückführung der Membran könnte unter Umständen wirklich von der "Federung" übernommen werden.
Der Vorteil wäre eine rasche "Ansprache" des Systems, also möglichst kurze Einschwingzeiten. Dies aber unter Inkaufnahme eines unkontrollierten Ausschwingens.
Bei verschiedenen alten Lautsprechern hat man dies inkauf genommen und Verstärker (Röhrengeräte) mit hohem Ri gebaut, um damit einen "Wohlklang" zu produzieren, wie er in den Fünfzigern bei Musiktruhen üblich war.

Das Gegenteil wäre ein Verstärker mit negativem Ri, der damit den Rtot reduziert und so die Wirkung der Gegn-EMK verstärkt.
Sobald kein Signal vorhanden ist und die Membran passiv ausgelenkt wird (nachschwingen), fliesst ein Strom (als Folge der Gegen-EMK), der im Verstärker eine Gegenspannung erzeugt, welche die Membran umgekehrt auslenken möchte. Das Ausschwingen ist also unterdrückt.
Andererseits wird beim Einschwingen durch die Gegen-EMK eine Spannung erzeugt, welche der angelegten Spannung entgegenwirkt und so den Stromfluss reduziert. Diese Reduktion bewirkt eine Senkung der Verstärker-Ausgangsspannung und damit eine weitere Stromreduktion.
Dies wiederum hat eine verlangsamte Einschwingphase zur Folge.

Gehen wir noch einen Schritt weiter:
Ich nehme jetzt mal Deinen "Diodenlautsprecher" oder die Idee mit der Polarität.
Der ideale Lautsprecher wäre doch der, welcher in der Beschleunigungsphase eine Stromquelle als Antrieb hätte, weil damit höchstmögliche Beschleunigungen erreicht werden können.
In der Bremsphase müssten wir dann aber eine Quelle mit negativem Ri haben, um die Wirkung der Gegen-EMK als "Ausschwingbremse" optimal zu nutzen. Wir müssten also quasin zwischen zwei Verstärkern polaritäts- und richtungsabhängig umschalten können.
Im Moment sind mir keine Systeme bekannt, die nach so einem "Umschaltprinzip" funktionieren. Wie aber schon beschrieben wäre allenfalls eine Korrektur aufgrund von vorgängigen Messungen der Lautsprecher denkbar.

Tatsache ist, dass wie bereits erwähnt, weder das eine noch das andere Grundprinzip wirkliche Erfolge erzielen kann, was sich in den recht mässigen Testresultaten solcher Lautsprecher manifestiert.

Eine andere Überlegung wäre, den Wirkungsgrad zu steigern, um die Gegen-EMK stärker in das System einzubinden. Dies ist bei direkt strahlenden Lautsprechern nur unter Verwendung einer grösseren Membran möglich, was Masseprobleme nach sich zieht. Oder man verkürzt die Schwingspule, um möglichst das ganze Ding im Magnetfeld anzuordnen. Dies reduziert die maximale Auslenkung und führt damit zu exorbitantem Klirr bei tiefen Frequenzen.
Oder man baut nicht direkt abstrahlende Systeme, also Hörner. Diese verlangen aber für tiefe Frequenzen nach riesigen Abmessungen, wenn sie wirklich noch als Horn funktionieren sollen. Ausserdem sind sie generell klirrbehaftet (je nach Bauform mehr oder weniger) und jede Faltung führt zu einer Störstelle, welche wiedrum Frequenzgang und Klirr beeinträchtigt.

Schlussendlich noch die Sache mit einer Regelung über irgendwelche Hilfsmittel (MFB, Mikrofon, kapazitive oder induktive Gegenkopplung und was noch weiter...)
Allen gemeinsam ist, dass die Phasendrehung von 180 Grad zu einer verspäteten Reaktion führt. Und da diese Phasendrehung sich oberhalb der Eigenresonanz (beim Einschwingen) zwischen -90 und (im eingeschwungenen Zustand) 180 Grad bewegt, ist eine maximale Wirksamkeit von 3 dB das Höchste der Gefühle.

So ich bin auch mal wieder da,nachdem ich ein paar Tage unterwegs war.
Richi Du kennst Dich ja wirklich super mit der Elektrotechnik aus. Leider verstehe ich nicht so viel davon, um das alles von Dir nachzuvollziehen,ob Du es ja schon sehr anschaulich mit Dem Sinus-Signal demonstriet hast.
Also wird die Membran doch aktiv nach unten gezogen,weil durch die Trägheit bedingt die Membran zum Zeitpunkt des Polaritätswechsels sich an der höchsten Amplitude befindet. jetzt ist mir scho einiges klargeworden.
Nur bei der feinen Unterschwingungen wird die Abbildung des Klangs wohl schwammiger, weil es sich dann ja jedesmal um neue "Einschwingvorgänge" handeln müsste.Das lässt sich bei massenbehafteten Lautsprechern,die ja den Großteil ausmachen niemals vermeiden.
Deine Erläuterungen haben mir jedenfalls sehr geholfen.

Nur hab ich nicht ganz genau verstanden,weshalb die Tiefen Sinuswellen bei der 1sten Ableitung verloren gehen.
Wenn ich mich mit einem Bleistift vor ein blatt setzte und versuchge die Steigungsdaten umzusetzten so müsste letzendlich wieder das ursprüngliche Signal herauskommen.
Die Steigungen insprächen wohl der STROMstärke.

Ich bin nochmal einen Schritt weitergegangen und hab mir mal aus Spaß einen Diodenlautsprecher gebaut.Ich hatte noch ein paar uralte Billigchassis modifiziert.
Das Prinzip funktioniert wirklich. Mit einem 1 Hz Sinus gespeist sieht man jetzt wie eine Schingspule die Membran hochdrück und die andere runter.
Auch wenn man stark aufdreht und die Frequenz erhöht kommt die membran nie zu weit aus dem Magnetfeld heraus,weil sie ja immer wieder zurückgedrückt wird.
Leider kommt es zu Klangverzerrungen die man deutlich im Mitten und hochtonbereich hört.ich weiß jetzt nicht ob es an meiner unprofessionellen Bauweise liegt (daß die halbwellen sich nicht so gleichmäßig ausgleichen),oder
ob die Dioden das Signal beeinflussen.Die Dioden sind eigentlich recht schnell,aber soweit ich weiß verbrauchen die Dioden glaub 0,4 Volt oder so ,um ob überhaupt zu funktionieren. Vieleicht ist das der Grund für die Verzerrungen.
So ich muss leider jetzt wieder weg..

Hier mal eine Antwort zu den "Zieh- und Stossspulen".

Die oberste Zeichnung zeigt eine typische Schwingspule. Rund ein Drittel befindet sich im Magnetfeld (Dicke der Polplatte) und je ein Drittel darüber und darunter. Diese Spule kann sich folglich um einen recht hohen Betrag bewegen, ohne dass sich mehr oder weniger Drähte im Magnetfeld befinden.
Die zweite Spule kann sich nur nach innen und die dritte nur nach aussen bewegen. Wenn ich jetzt zwei solche Antriebe vereinigen würde (mit Dioden), käme ich auf genau die selbe lineare Auslenkung.
Und in beiden Fällen muss das antreibende Signal positiv oder negativ sein, damit die Dioden leitend werden und die entsprechende Spule aktiviert wird, bezw. dass bei der obersten Spule die gewünschte Auslenkung stattfindet.

So ganz nebenbei sieht man auch, dass dann, wenn 2/3 der Spule ausserhalb des Magneten sind, der Wirkungsgrad schlechter sein muss, als wenn sich die ganze Spule im Magnetfeld befindet.

Zu den Dioden: Diese brauchen eine Anlaufspannung von 0,6 bis 0,7V bis überhaupt etwas passiert. Dies führt zu riesigen Verzerrungen, bezw. bei kleinen Signalen wäre gar nichts zu hören. Daher ist dies keine wirklich brauchbare Idee, jedenfalls nicht ohne entsprechende korrigierende Elektronik.
Und wie gesagt bringt diese Angelegenheit nichts.

Jetzt zu den Signalen, deren Stärke sich ändert, die aber in der gleichen Polarität verbleiben (II).
Hier ist es tatsächlich so, dass diese weniger gut dargestellt werden können. Würde man auf die Gegen-EMK verzichten (mit einer Strom liefernden Endstufe), würde sich nur die Kraft ändern, welche die Membran nach aussen drückt. Es gäbe keinen aktiven Rückzug.
Mit der Gegen-EMK sieht es anders aus. Dazu aber erst eine kleine Rechnung mit folgenden Annahmen: Die Verstärker-Ausgangsspannung sei 4V. Dies ergibt einen Strom von 1A, wenn der Lautsprecherwiderstand (ohne Induktivität gerechnet, also nur der Draht) 4 Ohm ist. Damit bekommen wir eine Kraft, welche die Membran mit 1m/s beschleunigt.
Ausserdem reicht diese Kraft aus, die Membran 5mm auszulenken, weil die Federkraft der treibenden Kraft entspricht.
Also bewegt sich die Schwingspule und liefert eine Gegen-EMK, welche der Nutzspannung entgegen wirkt und somit bleibt eine wirkende Spannung von 2V. Alles einfach mal angenommen.
Damit bekommen wir einen Strom von 0,5A. Damit sieht es aus, als hätte der Lautsprecher einen Widerstand (entspricht der tatsächlichen Impedanz) von 8 Ohm.

Jetzt nehmen wir das Signal von II. Wir haben also ein sich änderndes Signal gleicher Polarität. Es ist somit denkbar, dass wir zu einem bestimmten Zeitpunkt eine antreibende Spannung von nur noch +1V haben, dass aber die Gegen-EMK aus der vorherigen und durch die Masse noch ablaufenden Bewegung 2V ist. Diese ist wie gesagt der Nutzspannung entgegenwirkend, wir müssten also diese negieren. Somit bleibt eine effektive Spannung an der Schwingspule von -1V, also wird die Schwingspule nach innen gezogen, obwohl sie sich noch im positiven Teil befindet.

Der langen Rede kurzer Sinn: Durch die Gegen-EMK wird es zum Teil möglich, diese Spannungsreduktionen als entsprechende Membranbewegung zu bekommen.
Wenn wir uns nochmals das Gesagte von geregelten Lautsprechern überlegen, so müsste dieser Bereich der Pegel-ABNAHME durch eine stärker wirkende Gegen-EMK (negativer Ri des Verstärkers) sauberer dargestellt werden. Aber dafür lässt sich der ansteigende Teil nicht mehr so gut erreichen. Dies müsste mit einer reinen Stromsteuerung geschehen.
Das Ideal wäre also eine Umschaltung zwischen Strom (Ri = unendlich) und negativem Ri, je nach Änderungsrichtung des Signals. Und da dies nicht so einfach ist, verwendet man Lautsprecher, welche bei Ri NULL des Verstärkers die besten Resultate liefern.

Ein Problem bleibt noch, nämlich die Tatsache, dass das Einschwingen mit einer Phasendifferenz von -90 Grad geschieht, der eingeschwungene Zustand aber mit einer Phase von 180 Grad erreicht ist. Diese dauernden Phasenfehler führen mit Sicherheit zu einer unpräzisen Wiedergabe. Nur habe ich bisher noch keine Möglichkeit gefunden, das Problem zu lösen.

Weiter stellst Du die Frage nach der Differenzierung und dem "Verschwinden" der tiefen Frequenz. Rein rechnerisch stimmt die Sache natürlich. Aber eine Differenzierung bedeutet, dass konstante Spannungen (also eine Gleichspannung) nicht zu einer Spannungsänderung führen. Das ist in einer elektronischen Schaltung beispielsweise mit einem in Reihe geschalteten Kondensator gegeben. Auf diese Weise wird die Betriebsspannung eines Transistors am Ausgang von dessen Tonspannung getrennt.
Nun bildet ein Kondensator mit dem Widerstand der nachfolgenden Schaltung einen Hochpass. Das bedeutet, dass die hohen Frequenzen nicht wie bei der Rechnung (Diff oder Integral eines Sinus ergibt wieder einen Sinus mit 90 Grad Phasenverschiebung, + oder -) phasenmässig beeinflusst sind, sondern sie sind unbeeinflusst. Bei der Grenzfrequenz (3dB Pegelabfall) ist die Phasendrehung 45 Grad. Es ist also keine feste Phasenbeziehung und damit ist die elektrische Differenzierung nicht ideal und durch eine nachgeschaltete Integration nicht rückgängig zu machen. Ideal wäre ein Hochpass mit einer unendlich hohen Grenzfrequenz und ein Tiefpass mit einer unendlich tiefen Grenzferquenz. Diese hintereinandergeschaltet würden dem rechnerischen Differenzial und Integral entsprechen, nur wäre die Dämpfung so gross, dass nichts mehr dabei raus kommt.

Du gibst Dir wirklich Mühe,mir das anschaulich zu erklären.
Jetzt ist mir die Sache mit der gegeb EMK viel klarer geworden und daß die hilfreich beim Bereich II ist.Jetzt ist meine Frage endlich beantwortet.Ich fand es wirklich sehr interessant ,mal über so theoretische Dinge zu schreiben.

Auch bei den Doppelschwingspulen habe ich jetzt eingesehen, daß es keinen Vorteil darstellt.

Nur bei der Ableitung hab ich noch Fragen..

Aber eine Differenzierung bedeutet, dass konstante Spannungen (also eine Gleichspannung) nicht zu einer Spannungsänderung führen

Eine konstante Spannung liegt meines Wissens ja gerade dann vor,wenn die Schwingung einen Extremwert erreicht hat.Folglich muss dann auch kein Strom fließen,oder?Aber da sowieso alles phasenversetzt ist sieht die Sache allen deshalb wohl anders aus...