Je größer der Lautsprecher, desto besser der Klang? Eine neue Generation von Flachlautsprechern beweist das Gegenteil. Dank der schlanken Bauweise sind die flachen Lautsprecher extrem platzsparend, ermöglichen aber dennoch eine hohe Klangqualität auf kleinstem Raum. Die am Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT entwickelte Technologie ist multifunktional einsetzbar: Die Flachlautsprecher können zum Beispiel an der Wand montiert oder in Fahrzeuge oder Möbelstücke platzsparend integriert werden.

Mit zwei Zentimetern ist der Lautsprecher so flach, dass er kaum als solcher zu erkennen ist. Statt Platz wegzunehmen, kann er nahezu unsichtbar in ein Fahrzeug oder in einen Raum integriert werden. Dabei bedarf es weder einem Mindestabstand zur Wand, noch muss er ausgerichtet werden. Entwickelt wurde diese neue Lautsprechergeneration von der Forschergruppe »Electroacoustics« am Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT in Ilmenau.

Der Anspruch der Wissenschaftler: Den Lautsprecher in der Größe – insbesondere der Bautiefe – so weit wie möglich reduzieren und gleichzeitig eine hervorragende Klangqualität gewährleisten. Bisher verfügt ein klassisches Lautsprechersystem, wie es viele daheim im Wohnzimmer verwenden, über eine Vielzahl von Lautsprecherboxen. Für einen optimalen Klang müssen diese den Hörer möglichst wie ein Ring umgeben. Die Verteilung im Raum fällt jedoch nicht nur optisch sehr ins Auge, sie wird auch durch Objekte wie Türen oder Schränke behindert. Deshalb wurde der Flachlautsprecher ursprünglich für den Heimbereich entwickelt. »Guter Klang wird für viele immer wichtiger, nicht nur zuhause im Wohnzimmer, sondern zum Beispiel auch im Auto. Auch hier will man mehr als Stereo hören«, sagt Dr. Daniel Beer, Gruppenleiter Electroacoustics am Fraunhofer IDMT. Im Auto ist eine Integration des Flachlautsprechers zum Beispiel im Autohimmel oder in der Tür denkbar.

»Tatsächlich gibt es schon lange Flachlautsprecher auf dem Markt und auch entsprechende Patente, allerdings haben wir festgestellt, dass die bestehenden Technologien nicht so einsetzbar sind, wie wir uns das vorstellen. Sie erzeugen nur dann einen hochwertigen Klang, wenn sie im Raum aufgestellt werden. Werden sie an der Wand befestigt, ist der Klang erheblich schlechter«, sagt Beer und erklärt, woran das liegt: »Bewegt sich die Lautsprechermembran vor und zurück, wird Luft auf der einen Seite zusammen- und auf der anderen Seite auseinandergeschoben. Dieser Prozess breitet sich immer weiter im Raum aus, bis er unser Trommelfell erreicht und wir den Klang wahrnehmen. Wird ein solcher Flachlautsprecher an der Wand montiert, wird die Schallausbreitung auf der Wandseite aber behindert.« Wo der Schall nicht mehr weiterkommt, reflektiert er und es ergibt sich eine Überlagerung mit dem Anteil der Membranvorderseite. Das führt zu einer erheblichen Verschlechterung der Klangqualität, besonders im Tieftonbereich. Gelöst wurde dieses Problem am Fraunhofer IDMT durch ein neuartiges Baukonzept: Das geschlossene Gehäuse des Flachlautsprechers trennt die Schallanteile beider Membranseiten und verhindert dadurch die störende Überlagerung.

Das geschlossene Gehäuse stellte die Forscher jedoch vor eine neue Herausforderung: »Durch das Luftvolumen, das im Gehäuse eingeschlossen ist, entsteht eine Luftfeder. Das Problem dabei: Die Luftfeder behindert die Membran beim Schwingen, es kann nicht ausreichend Schall erzeugt werden«, erklärt Beer. Die Lösung der Forscher ist eine stärkere Membranantriebseinheit im Lautsprecher. Sie kompensiert den Einfluss des geringeren Luftvolumens. »Damit die Membran auch an den Rändern ausreichend in Bewegung gesetzt wird, hatten wir die Idee, die Antriebskraft über der gesamten Membran verteilt anzubringen«, so Beer. Es zeigte sich aber, dass die gewünschte Verteilung  praktisch nicht umsetzbar ist. Deshalb wurde zusätzlich die Membran in viele kleine Membranflächen unterteilt, von denen jede einen eigenen Antrieb hat. In der Gruppe bilden diese vielen kleinen eine große Membran mit einem sehr starken Antrieb. Auf diese Weise kann der Flachlautsprecher mit dem elementar wichtigen Gehäuse versehen werden und entfaltet somit sehr gute Klangeigenschaften auch direkt an der Wand.

»Verfolgt man diesen Ansatz weiter, ergeben sich daraus vielfältige Möglichkeiten. Denkbar ist, dass die vielen kleinen Lautsprecher verschiedene Signale erhalten – die einen spielen zum Beispiel früher, andere lauter. Dadurch kann man bewirken, dass der Lautsprecher nicht am lautesten ist, wenn man direkt davor, sondern daneben steht. Auf diese Weise können sogenannte Personal Sound Zones ermöglicht werden, beispielsweise im Fahrzeug.« Auch ein Einsatz in Museen, Präsentationsräumen oder Multimediageräten ist denkbar. »Zurzeit sind wir mit unterschiedlichen Industriekunden im Gespräch, für die wir individuelle Anwendungen unserer Technologie umsetzen«, so Beer. Es ist den Forschern gelungen, das erste Modell des Flachlautsprechers noch einmal um ein Drittel zu verkleinern. Forschungsbedarf besteht aber weiterhin. »Die neuen Wandler benötigen nur noch so viel Luftvolumen wie ein halbes Schnapsglas. Und obwohl das bereits sehr wenig ist, wäre es beispielsweise für den Einbau in Fahrzeuge nützlich, wenn es noch kleiner ginge«, sagt Beer. »Daran arbeiten wir jetzt.« (mdi)

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