Dynamisch, magnetostatisch, Balanced Armature, elektrostatisch: Kopfhörer-Treiber erklärt

Das gemeinsame Prinzip: ein Strom, ein Magnetfeld, eine Bewegung

Fast alle Treiber beruhen auf demselben physikalischen Gesetz: Auf einen stromdurchflossenen Leiter in einem Magnetfeld wirkt eine Kraft. Das Musiksignal ist ein Strom, der sich ändert; die Kraft ändert sich mit ihm, versetzt eine Membran in Bewegung, und die Membran schiebt die Luft an. Die Technologien unterscheiden sich in der Form des Leiters, in der Form der Membran und in der Art, wie die Kraft auf sie einwirkt.

Der dynamische Treiber

Er ist ein Lautsprecher im Miniaturformat. Eine Spule aus Kupferdraht, in die Mitte einer konus- oder kalottenförmigen Membran geklebt, taucht in das Feld eines Ringmagneten ein. Der Strom bewegt die Spule vor und zurück, und sie nimmt die Membran mit.

Seine Stärken. Einfach, robust, preiswert, effizient: Er erzeugt viel Pegel mit wenig Energie, was zu akkubetriebenen Geräten passt. Seine Membran hat einen großen Hub, daher die kräftigen Bässe. Vom Kopfhörer für 20 Euro bis zu den Studioreferenzen für 500 Euro steckt er in der überwältigenden Mehrheit aller Modelle.

Seine Grenzen. Die Kraft greift in der Mitte der Membran an; bei hohen Frequenzen folgen die Ränder nicht mehr perfekt, und die Membran verformt sich. Die Hersteller begegnen dem mit steifen, leichten Materialien (Beryllium, Biozellulose, Kohlenstoffbeschichtungen), deren tatsächliche Wirkung vor allem von der Qualität der Konstruktion abhängt.

Übliche Größen: 6 bis 12 mm in In-Ears, 30 bis 50 mm in Bügelkopfhörern.

Der magnetostatische Treiber

Hier ist die Membran eine extrem dünne, flache Folie, auf die der Leiter mäanderförmig aufgedruckt ist. Sie ist zwischen zwei Magnetreihen gespannt. Die Kraft wirkt auf die gesamte Fläche zugleich und nicht mehr an einem Punkt.

Seine Stärken. Die Membran bewegt sich als Ganzes, wie ein Kolben: Die Verzerrung ist sehr gering, die Bässe reichen ohne Pegelabfall sehr tief hinab, selbst bei einem offenen Kopfhörer, und Transienten (der Anschlag eines Tons) kommen sauber. Die Impedanz bleibt über alle Frequenzen konstant, was dem Verstärker die Arbeit erleichtert.

Seine Grenzen. Die Magnetreihen sind schwer: Viele Magnetostaten wiegen mehr als 400 Gramm. Ihr Wirkungsgrad ist oft bescheiden, was einen Verstärker verlangt, der Strom liefern kann. Und schließlich sind sie fast alle offen gebaut und kosten selten weniger als 150 Euro.

Der Balanced-Armature-Treiber

Erfunden für Hörgeräte, passt er in ein Metallgehäuse von wenigen Millimetern. Ein winziges Metallplättchen, der Anker (englisch „armature“), ist von einer Spule umgeben und im Gleichgewicht zwischen zwei Magneten gelagert. Der Strom lässt ihn schwenken; ein Stift überträgt diese Bewegung auf eine steife Membran.

Seine Stärken. Sehr empfindlich, sehr präzise in Mitten und Höhen und so klein, dass sich mehrere in einem einzigen Ohrhörer unterbringen lassen. Er isoliert gut, weil sein Gehäuse geschlossen ist.

Seine Grenzen. Ein einzelner Treiber deckt das gesamte Spektrum nur schlecht ab, und im Bass fehlt ihm die Fülle. Hochwertige In-Ears kombinieren deshalb mehrere, von denen jeder über eine Frequenzweiche einem Frequenzband zugeordnet ist. Ihre Impedanz schwankt stark mit der Frequenz, was sie empfindlich für die Qualität des Kopfhörerausgangs macht.

Hybride Modelle verbinden einen dynamischen Treiber für die Bässe mit Balanced-Armature-Treibern für den Rest: eine Lösung, die schon ab 50 Euro üblich geworden ist.

Der elektrostatische Treiber

Das Prinzip ändert sich: weder Magnet noch Spule. Eine hauchdünne Membran, leichter als die Luft, die sie bewegt, trägt eine dauerhafte elektrische Ladung. Sie hängt zwischen zwei Metallgittern, an denen das Musiksignal mit mehreren hundert Volt anliegt. Vom einen angezogen und vom anderen abgestoßen, bewegt sie sich vollkommen gleichmäßig.

Seine Stärken. Die geringste Verzerrung und die feinste Detailauflösung, die bis heute bekannt sind.

Seine Grenzen. Er braucht einen speziellen Hochspannungsverstärker, der zu anderen Kopfhörern nicht passt. Das Ganze kostet Tausende Euro, verträgt weder Staub noch Feuchtigkeit und verlässt das Wohnzimmer nicht. Eine Technik für Enthusiasten.

Der Knochenschall

Schall erreicht das Innenohr nicht nur über das Trommelfell: Auch die Schädelknochen leiten ihm Schwingungen zu. Deshalb hören Sie Ihre eigene Stimme tiefer, als sie auf einer Aufnahme klingt. Ein Knochenschall-Kopfhörer setzt kleine Schwingungsgeber auf die Wangenknochen, direkt vor dem Ohr, und lässt den Gehörgang völlig frei.

Seine Stärken. Sie hören Ihre Umgebung ohne jede Dämpfung: die sichere Wahl beim Laufen entlang einer Straße oder zu Fuß in der Stadt. Er eignet sich auch bei bestimmten Schallleitungsschwerhörigkeiten, bei denen Trommelfell oder Gehörknöchelchen schlecht funktionieren.

Seine Grenzen. Der Bass ist schwach, bei hoher Lautstärke dringt Schall nach außen, und die Vibrationen kitzeln manche Nutzer. Siehe die Kaufberatung Knochenschall-Kopfhörer.

Vergleich

Was daraus folgt

Die Technologie legt ein Potenzial und Zwänge fest, kein Ergebnis. Ein gut konstruierter und gut abgestimmter dynamischer Treiber übertrifft einen mittelmäßigen Magnetostaten, und Messungen bestätigen das regelmäßig. Was Sie hören, hängt zuerst vom Frequenzgang ab, den der Hersteller anstrebt, von der Akustik des Gehäuses und vom Sitz auf Ihrem Kopf.

Der richtige Weg führt also vom Einsatz aus, nicht von der Technologie: Wenn Sie in Ruhe hören, die bestmögliche Wiedergabe suchen und das Gewicht in Kauf nehmen, ist ein offener Magnetostat einen Versuch wert; für alles andere macht es ein guter dynamischer Kopfhörer besser, einfacher und günstiger.

Quellen und Referenzen

1. IEC 60268-7 — Sound system equipment: headphones and earphones
2. Borwick (ed.) — Loudspeaker and Headphone Handbook, 3rd edition, Focal Press, 2001