Treiberarten: Balanced Armature vs. Dynamische Treiber

Am Markt gibt es unterschiedliche Kopfhörer, welche Musik auf verschiedenste Weise wiedergeben. Dafür verantwortlich sind (Kopfhörer-)Treiber, welche die elektronischen Audiosignale in Schallwellen umwandeln. Wie dies geschieht und welche Arten von Treibern es gibt, erklären wir im Folgenden.

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© Sony
Bild: Treiberaufbau des MDR-XBA-4 von Sony.
Der XBA 4 besitzt vier Balanced Armature Treiber zur sehr präzisen Klangfindung.



Zur Umwandlung von Audiosignalen in Schallwellen dienen Kopfhörertreiber. Schallwellen sind Bewegungen in der Luft, die von Kopfhörertreibern mittels Audiosignale erschaffen werden und uns so die Töne akustisch hören lassen. Auf welche Weise, das hängt davon ab, wie die Treiberarten konzipiert sind. Im Kopfhörerbereich unterscheidet man im Generellen zwischen den Balanced Armature (BA-) Treibern und den dynamischen Treibern, da diese beiden Treiberformen bei Kopfhörern am häufigsten zur Verwendung kommen. Daneben gibt es noch die magnetostatischen und elektrostatischen Wandler, welche beim Kopfhörerbau eingesetzt werden, diese jedoch so selten verwendet werden, dass wir die letztgenannten, beiden Treiberformen nicht in die Thematik miteinfließen lassen wollen. Wichtig ist hingegen zu erfahren, welche Eigenschaften BA- und dynamische Klangtreiber besitzen, ihren technischen Aufbau und deren Vor- und Nachteile zu verstehen, und die Frage, ob man die Effektivität von Treiberarten generell pauschalieren sollte.

Eigenschaften von Balanced Armature Treibern

Bislang galten Balanced Armature Treiber uneingeschränkt als Maß aller Dinge und kamen vor allem in hochpreisigen In-Ear Modellen zur Verwendung. Sie sind rechteckig, sehr platzsparend und leicht, und können in einem In-Ear Kopfhörer unter Zuhilfenahme mehrerer - auf bestimmte Frequenzlagen spezialisierte - BA-Treiber das Klangspektrum nochmals enorm steigern. Da sie derart klein gehalten sind und ausreichend Raum vorhanden ist, finden mehrere Balanced Armature Treiber mit Leichtigkeit Platz in einem In-Ear Kopfhörer und es ist nichts Untypisches, wenn in einem hochwertigen In-Ear Kopfhörer vier BA-Treiber und mehr verbaut werden.
Weil ihre Stärke nicht in der Grundgesamtheit liegt, werden solchen BA-Treibern bestimmte Frequenzbereiche zugewiesen, sodass sie nicht mehr mit dem gesamten Frequenzspektrum von den Höhen, Mitten, bis hin zu den Tiefen in Verbindung kommen, sondern sich nur noch um einen singulären Teil des Spektrums kümmern müssen. Bildhaft ausgedrückt beschäftigt sich nun Treiber 1 um den Hochtonbereich, Treiber 2 um die mittleren Töne und Treiber 3 um den Bassbereich, usw... . Hierbei muss es nicht bedeuten Qualität beruhe auf Quantität - da aber für die entsprechenden Frequenzlagen speziell ausgelegt wordene Treiber ausgewählt werden, haben sie jedoch in der Tat große Vorteile gegenüber einem einzelnen BA-Treiber zu verzeichnen - (der sich um alles kümmern muss) - sobald es unmittelbar auf die Reaktionszeit und Wiedergabe des Bassbildes ankommt.

Ihrem Ursprung nach sind Balanced Armature Treiber zuallererst in Hörhilfen verbaut worden, bis sie alsbald auch technische Verwendung in den In-Ear High-End Modellen fanden. Da sie vergleichsweise aufwendig herzustellen sind, kommen BA-Wandler fast ausschließlich bei höherpreisigen Modellen zum Einsatz.
Balanced Armature Treiber unterliegen Restriktionen hinsichtlich der Frequenzwiedergabe und können im Gegensatz zu dynamischen Wandlern lediglich das Frequenzspektrum des menschlichen Gehörs im Bereich von 20Hz bis 16kHz wiedergeben.
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Die Funktionsweise von Balanced Armature Treibern

Balanced Armature (zu dt. "ausgeglichener Anker") beschreibt den Umstand, wie der Treiber am Kopfhörer funktioniert. Ein Anker mit einer stromdurchlaufenden Spule ist um ein Magnetfeld eines Permanentmagneten angeordnet. Ohne Strom bleibt die magnetische Anziehungskraft gleich groß und der Anker ruht in seiner Ausgangsstellung, gestützt durch das Verbindungsstück / Antriebsstange (engl.: „drive rod“) zwischen Membran und Anker.
(Abbild. 1)

Der Anker ist dabei über die gesamte Zeit bewegbar und befindet sich in einem Schwebezustand (betrachte Abbildung 1). Da der Anker vom Permanentmagneten angezogen wird und ohne Widerstand daran haften bleiben würde, ist eine ziemlich steife Membran mit hoher Rückstellkraft erforderlich, damit der Anker am Permanentmagneten nicht haften bleibt. Die in Abbildung 1 illustrierte Antriebsstange platziert an der Membran und dem Anker gilt hierbei als bedeutendes Verbindungsstück, das das "Zusammenspiel" von Anker und Magneten in Schach / in Balance hält, und zusätzlich den "Antrieb" für die Membran bildet. Das so geschaffene Gleichgewicht ist zwar nicht ideal, weil durch die steife Membran ein recht hoher Widerstand überwunden werden muss, dennoch gilt die Konstruktion als energieeffizient und kann im Gegensatz zu anderen Techniken aus relativ wenig Strom Klang erzeugen.
Ist der "Anker" präzise im Mittelpunkt des Magnetfeldes platziert, nennt man diesen „balanced“, da dort keine Kraft auf den Anker wirkt und die Membran als ausbalanciert gilt. So hat der Balanced Armature Treiber seinen Namen erhalten. Seine Bezeichnung rührt also von seiner Funktionsweise her. Dies wird schön in Abbildung 2 dargestellt.

Bal Arm
Abbildung 2 - Balanced Armature Treiber ohne Strom
Sein Ausgangszustand ist der hier - in Abbildung 2 - bezeichnete Fall: Der Anker ist ausgeglichen und wird dabei von einem Permanentmagneten in einer zentrierten Ausgangsposition gehalten. Die hohe Rückstellkraft verhindert dabei, dass der Anker am Permanentmagneten haften bleibt. (Hier fließt noch kein Strom durch die am Anker angebrachte Spule.)
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Schließt man den Kopfhörer an eine Stromquelle an, verändert sich das Gesamtbild drastisch. Die am Anker aufgedrehte Spule gerät in Strom und magnetisiert sich neben dem Permanentmagneten. Je nach Spannung der stromdurchfließenden Spule bewegt sich der frei schwebende Anker in Relation zum Permanentmagneten, zieht sich heran oder stößt sich von diesem ab (sog. Auf- / Abwärtsbewegung). Der Anker bewegt sich und mit ihm dessen Membran, welche durch die Antriebsstange miteinander verbunden ebenfalls Auf- und Abschläge zu verzeichnen hat. In einer oberhalb der Membran angebrachten Kammer wird die Luft aufgrund der Schwingung der Membran in Form von Schallwellen dann an das Ohr gebracht.

Bal Arm1
Abbildung 3 - Strom fließt durch das Kabel
Fließt Strom durch die Spule entsteht ein weiteres Magnetfeld, welches die anfängliche Balance (siehe Abbildung 2) zwischen Anker und Permanentmagnet durchbricht. Im Millisekundenbereich bewegt sich der Anker auf und ab, und somit auch die Membran, welche durch eine Luftkammer am oberen Ende Schallwellen erzeugt. Trotz der hohen erwähnt wordenen Rückstellkraft der Membran gilt das Balanced Armature Prinzip als höchst energieeffizient.

Balanced Armature Treiber und ihre Vor- und Nachteile

Balanced Armature Treiber sind rechteckig, klein und leicht, und viel teurer als dynamische Klangwandler. Hierdurch ist es nicht verwunderlich, dass BA-Treiber fast nur bei Luxuskopfhörern zum Einsatz kommen und man es dynamischen Treibern folglich zu verdanken hat, dass Niedrigpreiskopfhörer derart günstig angeboten werden können. Im Grunde aber arbeiten Balanced Armature und dynamische Treiber nach demselben Prinzip, mit einem Anker und Permanentmagneten. Da Luft von außen beim Balanced Armature Treiber jedoch keine Rolle spielt, ist dieser Typ von Wandler präziser und reagiert schneller als dynamische Treiber.
Kopfhörer ausgestattet mit Balanced Armature verfügen über große Vorteile hinsichtlich der Präzision, Schnelligkeit und Raumverhalten, und können im Hochtonbereich durch (kristall-)klare Höhen überzeugen. Verbindet man ihn mit mehreren BA-Wandlern, kann das Klangbild durch die Lagentrennung nochmals enorm gesteigert werden. Denn ihr entscheidender Vorteil liegt in der Frequenztrennung - BA-Treiber klingen in einer speziellen Frequenzlage außerordentlich gut - und deshalb enthalten In-Ear Kopfhörer in der Regel auch mehrere verbaute BA-Treiber.
Ihre Kehrseite ist ihr Tiefton, welcher aufgrund der Bauweise typischerweise zu schwach ausfällt - da an Balanced Armature Treibern nämlich keine externe Luft verdrängt wird. Oftmals begegnet man diesem Problem durch den zusätzlichen Einbau eines dynamischen Treibers im Tieftonbereich, welcher die Kosten der Fertigung aber nochmals immens hebt.


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