Spulen

Dr.-Ing. Peter Strassacker
Email: info@lautsprechershop.de
weitere Seiten: Spulensortiment

Spulen sind, ebenso wie Kondensatoren, Energiespeicher.

Spulen-Berechner
aufblenden.

Die Spule besteht aus einem gewickelten Leiter. In der Regel wird Kupferdraht um einen Kunststoffkörper gewickelt. Wird der Leiter von einem Strom durchflossen, so bildet sich in der Umgebung ein Magnetfeld. Dieses Feld hat eine Energie. Je mehr Windungen die Spule hat und desto größer ihr Durchmesser, desto größer ist die in der Spule gespeicherte Energie - bei Anliegen eines vorgegebenen Stroms.

Wie wird die speicherbare Energie angegeben?

Die gespeicherte Energie E in der Spule ist abhängig von der Induktivität L der Spule und dem anliegenden Strom I im Quadrat: E = 0,5*L*I2. Je höher die Induktivität L ist, desto mehr Energie speichert die Spule bei vorgegebenem Strom. Die Maßeinheit ist Henry oder H, wobei meist nur Tausendstel benötigt werden: Millihenry oder mH.

Was hat das alles mit meinem Lautsprecher zu tun?

Prägt man einer Spule einen Strom ein, so entsteht proportional zum Strom ein Magnetfeld um den Leiter. Um das Magnetfeld aufbauen zu können, wird eine Spannung in der Spule benötigt. Steht nicht genug Spannung zur Verfügung, so baut sich das Magnetfeld nur langsam auf, der Strom durch die Spule steigt ebenso nur langsam. Man kann es auch anders formulieren: Der Strom  durch die Spule ist mit einem Magnetfeld verbunden; beide bauen sich langsam auf, wozu eine Spannung an der Spule benötigt wird. Ändert sich die Stromstärke, so nimmt die Spule wieder Energie auf oder gibt sie ab, wozu wieder eine Spannung an der Spule liegt, die verzögernd auf die Stromstärkenänderung wirkt. Wird in Serie (= in Reihe) zur Spule ein Lautsprecher angeschlossen, so wirkt die Spule bei schnellen Spannungsänderungen verzögernd. Für hohe Frequenzen benötigt sie selbst die ganze Spannung um sich umzumagnetisieren - an den Lautsprecher geht nichts mehr.

Wird die Spule parallel zu einem Lautsprecher geschaltet, passiert etwas ganz anderes. Bei schnellen Strom/Spannungsänderungen baut die Spule ihr Magnetfeld um und lässt die Wechselspannung durch. Die Spule wirkt als Filter, der an den parallel geschalteten Lautsprecher hochfrequente Schwingungen durchlässt.

Was ist eine ideale Spule?

Eine ideale Spule zeigt obige Eigenschaften. Sie speichert Energie verbraucht selbst aber keine - sie hat also keine Verluste und produziert auch im Betrieb keine Wärme. In Wirklichkeit ist aber kein elektrisches Bauelement ideal. Der Draht der Spule leitet nicht unendlich gut, weswegen er Energie in Wärme umsetzt. Außerdem gibt es beim Ummagnetisieren der Umgebung Verluste, insbesondere wenn sich elektrisch leitfähige (Wirbelstromverluste) oder magnetisch aktive (Magnetisierungshyterese) Materialien in der Umgebung befinden.

Welche Spulentypen gibt es und welche Eigenschaften haben sie?

Es gibt Luftspulen und Spulen mit magnetischem Kern. Diese wiederum unterscheiden sich in Spulen mit offenem oder geschlossenem Kern um den Drahtwickel. Nachfolgend werden sie in steigender Qualität aufgezählt:

Wann wird welche Spule eingesetzt?

Nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über die typischen Eigenschaften der Spulen:
 
Spulentyp typische Verluste
(f=1kHz und 20 C)
Größe Preis Anwendung
PA
Anwendung
Standard
Anwendung
High-End
Sättigungs-
induktion B
Luftspulen

davon bezgl. Impedanzverlauf, Vibrationen und Mikrophonieeffekten ganz fantastisch und allen anderen Spulen weit überlegen: die Folienspule von Mundorf

gering groß mittel parallel zu
Hochtöner
parallel zu 
Hochtöner
seriell zu
Tieftöner
   oder
parallel zu
Hochtöner
      -
Spulen mit Eisenwerkstoffen
(i-Kern, BS-Spule, Trafospule)
? klein gering seriell zu
Tieftöner
   oder
parallel zu
Hochtöner
Impedanz-
korrektur
    - 2,3 Tesla
Spulen mit Ferritwerkstoffen
(HQ-Spulen)
? mittel mittel seriell zu
Tieftöner
   oder
parallel zu
Hochtöner
seriell zu
Tieftöner
   oder
parallel zu
Hochtöner
Impedanz-
korrektur
0,5 Tesla

Es ist insbesondere anzumerken: Falls eine Frequenzweiche für eine hochohmige Spule optimiert ist, so bringt die Benutzung einer niederohmigen Spule oft keine Vorteile, da die Frequenzweiche jetzt neu auf das hochwertige Bauteil abgestimmt werden müßte. Eine neue Abstimmung ist auch beim Tausch von Spulen mit Kern gegen Spulen ohne Kern sinnvoll; hier werden jedoch auch Verzerrungen reduziert, so dass sich diese Maßnahme in der Regel positiv auswirkt.

Welchen Widerstand hat eine ideale Spule?

Der Widerstand einer Spule ist frequenzabhängig. Er lässt sich nicht direkt mit dem normalen Widerstand vergleichen. Für Abschätzungen ist die Berechnung des sogenannten Blindwiderstand hilfreich:
Z = 2 * π * Frequenz * L
mit: L=Induktivität, f=Frequenz, Pi=3,141... (Kreiszahl)

Beispiel:

Spulen-Berechner
aufblenden.

für f=100 Hz und L=1mH (m - milli steht für Tausendstel):
Z = 6,28 * 100 Hz * 0,001 H = 0,628 Ohm