Magnetostat und Planarwandler

Was ist ein Magnetostat — und warum wird er im Handel fast immer Bändchen genannt?

Ein Magnetostat ist ein Lautsprecher mit einer dünnen Kunststofffolie als Membran, auf die mäanderförmige Leiterbahnen aufgebracht sind. Vor oder hinter der Folie stehen Reihen von Permanentmagneten. Fließt das Musiksignal durch die Bahnen, entsteht überall dort eine Kraft, wo eine Bahn im Feld liegt — der Antrieb greift also über die ganze Fläche an und nicht an einem Punkt.

Bei den meisten Lautsprechern schiebt eine kleine Drahtspule eine Membran an. Hier ist der Draht flach auf eine hauchdünne Folie gedruckt, und Magnetstreifen davor und dahinter ziehen die ganze Fläche gleichmäßig hin und her. Weil so wenig Gewicht bewegt wird, geht das sehr schnell und sehr genau. Dafür kann sich die Folie nur ein winziges Stück bewegen — tiefe Töne und große Membranauslenkung sind nicht ihre Sache, weshalb sie meist nur die hohen Töne übernimmt. Im Verkauf heißt so ein Hochtöner fast immer „Bändchen", obwohl das eigentlich eine andere Bauart ist.

Ausführliche Erklärung

Die Folie ist einige Mikrometer dick, meist aus Polyester oder Polyimid, und an ihrem Rand eingespannt. Die Leiterbahnen bestehen aus Aluminium oder Kupfer und liegen als Mäander darauf, sodass der Strom über die Fläche verteilt immer wieder quer zum Magnetfeld läuft. Ihre Länge addiert sich; eine gewöhnliche Impedanz von einigen Ohm kommt dadurch ganz von selbst zustande, und ein Übertrager wird nicht gebraucht. Für den Verstärker ist das eine gutmütige Last, weil der Anteil an Induktivität klein bleibt.

Wie die Magnete stehen, ist die zweite Konstruktionsentscheidung, und sie hat sichtbare Folgen.

Einseitig sitzen die Magnetreihen nur hinter der Folie. Die Abstrahlseite bleibt frei, es steht nichts im Weg. Dafür schwächt sich das Feld mit wachsendem Abstand von den Magneten ab, und die Kraft auf die Folie ist über deren Weg nicht mehr gleich groß — das setzt der Linearität eine Grenze.

Beidseitig, im Englischen push-pull, stehen Magnetreihen vor und hinter der Folie. Das Feld wird dadurch symmetrisch, die Kraft über den Weg gleichmäßiger, und der Klirranteil sinkt. Dafür stehen die vorderen Magnetreihen als Hindernisse im Schallweg, an denen sich der Schall beugt; ihre Geometrie muss so ausgelegt werden, dass daraus kein hörbarer Kammfiltereffekt wird.

Hochtöner oder ganze Fläche

Die Bauart erscheint in zwei sehr verschiedenen Größen, und wer nur eine davon kennt, ordnet die andere leicht falsch ein.

Der Planar-Hochtöner ist ein Bauteil von wenigen Zentimetern Höhe und Breite, das in ein gewöhnliches Gehäuse eingesetzt wird. Er hat fast immer eine bedämpfte rückwärtige Kammer und arbeitet damit nach vorn — als Dipol wirkt er gerade nicht. Seine Trennfrequenz liegt hoch, meist im oberen Kilohertz-Bereich, weil der verfügbare Weg der Folie so klein ist.

Das Planarpanel ist ein großflächiger Wandler, der über einen weiten Bereich bis in den Grundton hinunter arbeitet und offen nach beiden Seiten abstrahlt. Damit gilt für ihn alles, was für flächige Dipole gilt: Wandabstand, behandelte Fläche dahinter, begrenzter Tiefton und begrenzter Maximalpegel. Ausgeführt ist diese Bauform zusammen mit dem Elektrostaten in einem eigenen Eintrag; der Antrieb dagegen ist beiden Größen gemeinsam. Bekannt gemacht hat die großflächige Ausführung der US-Entwickler Jim Winey, der dafür um 1969 in Minnesota das Unternehmen Magnepan gründete.

Was aus Form und Antrieb für die Praxis folgt

Drei Eigenschaften prägen den Planar-Hochtöner, und die dritte entscheidet meist über die Verwendung.

Erstens ist die bewegte Masse sehr klein — Folie und aufgebrachte Bahnen wiegen zusammen wenig, und der Antrieb verteilt sich über die ganze Fläche. Aufbrechschwingungen, gegen die eine steife Kalotte konstruiert werden muss, entstehen so kaum.

Zweitens ist der Wirkungsgrad mäßig. Das Magnetfeld einer flachen Anordnung fällt schwächer aus als im engen Luftspalt eines Kalottenantriebs, und die Kraft je Ampere bleibt entsprechend begrenzt. Wer einen Planar-Hochtöner in ein System mit hohem Kennschalldruckpegel einbaut, muss ihn im Pegel angleichen können.

Drittens strahlt ein hoher, schmaler Wandler in der Höhe eng ab und in der Breite weit. Das ist Geometrie: In der Breite bleibt die Abmessung klein gegenüber der Wellenlänge, in der Höhe wirkt die Fläche als Zeile und bündelt. Weniger Energie geht damit an Decke und Boden — für einen festen Hörplatz angenehm, für zwei Sitzreihen mit verschiedenen Ohrhöhen ein Planungsthema.

Die Belastbarkeit begrenzt derselbe Aufbau, der die Vorzüge bringt. Der Weg der eingespannten Folie misst Bruchteile eines Millimeters, und die Leiterbahnen sind so dünn, dass sie Wärme schlecht abführen. Tieffrequente Störimpulse — das Knacken eines Verstärkers beim Einschalten etwa — sind deshalb gefährlich, und die Weiche muss unterhalb der Trennfrequenz steil genug abfallen. Gegen einen Gleichspannungsanteil hilft hier kein Übertrager, denn es gibt keinen: Die Bahnen liegen direkt am Verstärker.

Häufiges Missverständnis

„Magnetostat und Bändchen sind dasselbe." Das ist die häufigste Verwechslung, und sie kommt aus der Verkaufsbeschreibung, in der „Bändchen" schlicht besser klingt. Der Unterschied liegt darin, was den Strom führt: Beim Bändchen ist ein freihängendes Metallband selbst die Membran, mit einer Impedanz im Bruchteil-Ohm-Bereich und einem zwingenden Übertrager davor. Beim Magnetostaten liegen Bahnen auf einer Folie, die Impedanz ist gewöhnlich, und der Verstärker wird direkt angeschlossen. Die Frage nach dem Übertrager klärt einen Angebotstext in einem Satz; Einzelheiten zur echten Bändchenbauart stehen in deren eigenem Eintrag.

Verbreitet ist zweitens ein Kurzschluss vom Wort auf die Abstrahlung: „Planar heißt Dipol, also braucht das Ding Wandabstand." Für große Panels stimmt das, für den Planar-Hochtöner in einem geschlossenen Gehäuse nicht — dessen Rückseite endet in einer bedämpften Kammer, und er verhält sich in der Aufstellung wie jeder andere Hochtöner. Wer hier vom Wortstamm auf das Abstrahlverhalten schließt, plant Wandabstände ein, die niemand braucht.

Nicht zu verwechseln mit

Bändchen: Der Leiter ist die Membran und hängt frei im Magnetfeld. Daraus folgen die winzige Impedanz und der zwingende Übertrager. Der eigene Eintrag führt die Bauart aus.
Elektrostat: treibt eine Folie über ein elektrisches Feld an und braucht dafür eine Vorspannungsquelle samt Netzanschluss. Gleiche Membranform, anderes Antriebsprinzip.
Air Motion Transformer: ebenfalls Leiterbahnen auf einer Folie im Magnetfeld, aber zickzackförmig gefaltet. Die Falten pressen die Luft seitlich heraus, statt sie flächig zu verschieben — daraus folgt vor allem Pegel bei sehr kleinem Membranweg. Wie laut ein solcher Hochtöner wird, steht im Kennschalldruckpegel und nicht im Bauprinzip; der eigene Eintrag führt das aus.
Flächenwandler und DML: ebenfalls flach, aber absichtlich in vielen verteilten Eigenformen angeregt und diffus abstrahlend. Akustisch das Gegenteil einer gleichphasig bewegten Fläche.

Aus der Praxis

Ein Angebot für ein Wohnzimmersystem nennt einen „Bändchenhochtöner", und der Kunde hat gelesen, dass Bändchen empfindlich sind und einen besonderen Verstärker brauchen. Vor dem Datenblatt steht die Frage nach dem Zweck: Was soll der Hochtöner im System leisten — welchen Pegel bei welcher Trennfrequenz, und über welchen Bereich an Sitzhöhen soll er gleich bleiben?

Der Weg dorthin beginnt mit der Klärung, welche Bauart überhaupt verbaut ist. Zwei Angaben genügen: die Impedanz des Hochtonzweigs und die Frage, ob ein Übertrager im Gehäuse sitzt. Liegt die Impedanz bei einigen Ohm und gibt es keinen Übertrager, ist es ein Magnetostat — und damit ist auch die Sorge um den Verstärker erledigt. Bleibt die vertikale Abstrahlung, die bei jeder Zeilenform eng ist: Sie entscheidet, ob eine erhöhte zweite Reihe denselben Hochton bekommt, und sie lässt sich später nicht entzerren.

Am Ende dieser Reihenfolge steht das konkrete Modell, und mit ihm eine letzte Bestätigung: die untere Trennfrequenz mit ihrer Flankensteilheit. Sie muss hoch und steil genug liegen, damit die Folie unterhalb ihres Arbeitsbereichs nichts abbekommt.

Verknüpfte Inhalte

Die Bauart, mit der der Magnetostat am häufigsten verwechselt wird, beschreibt der Bändchenhochtöner; die großflächigen Folienlautsprecher samt Dipol-Verhalten stehen bei Elektrostat und Magnetostat. Was eine gefaltete Membran anders macht, klärt der Air Motion Transformer, und warum eine flache Membran auch das genaue Gegenteil tun kann, der Flächenwandler. Warum ein Bändchen den Übertrager braucht und der Magnetostat nicht, steht dort; was der Verstärker an einer ungewöhnlichen Last leistet, bei der Impedanz. Warum eine hohe schmale Quelle vertikal bündelt, führt Line Source und Zeilenstrahler aus; was daraus für verschiedene Sitzplätze folgt, die Sitz-zu-Sitz-Varianz.

Quellen

Aufbau, Antriebsprinzip und Impedanzverhalten folgen der allgemeinen lautsprechertechnischen Überblicksliteratur; die Abgrenzung zum Bändchen und zum Elektrostaten stammt aus den beiden AVITECT-Einträgen, die diese Verwechslung bereits benennen.