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Sep 02, 2023

Bauen Sie Ihren eigenen Lautsprecher

Eine fundierte wissenschaftliche Aktivität von Science Buddies Schlüsselkonzepte PhysikKlangMagnetismusElektrizität Einführung Hören Sie gerne Musik? Haben Sie sich jemals gefragt, wie ein Fernseher, ein Computer oder ein Telefon Musik umwandelt?

Eine fundierte wissenschaftliche Aktivität von Science Buddies

Schlüssel KonzeptePhysikKlangMagnetismusElektrizität

Einführung Hörst du gerne Musik? Haben Sie sich jemals gefragt, wie ein Fernseher, ein Computer oder ein Telefon Musik in Töne umwandelt, die Ihre Ohren hören können? In diesem Projekt bauen Sie Ihren eigenen Lautsprecher aus Haushaltsmaterialien und erfahren, wie Lautsprecher elektrische Signale in Ton umwandeln.

Hintergrund Töne wie Lieder oder die Audiospur eines Films können als elektronische Datei gespeichert werden. Die Daten in der Datei zeigen, wie sich Lautstärke und Tonhöhe im Laufe der Zeit ändern. Diese Informationen können elektronisch über ein Kabel gesendet werden (oder im Fall eines Wi-Fi-Signals über Funkwellen über die Luft). Bei diesem Vorgang werden die Informationen in digitaler Form von einem Ort zum anderen transportiert – es wird jedoch kein Ton erzeugt.

Um aus einem elektrischen Signal einen Ton zu erzeugen, benötigen wir ein weiteres Puzzleteil: Elektromagnetismus. Wenn ein elektrischer Strom durch einen Draht fließt, erzeugt er um den Draht herum ein Magnetfeld. Das Magnetfeld um ein einzelnes, gerades Stück Draht ist ziemlich schwach. Durch das Aufwickeln eines Drahtbündels zu einer engen Spule kann das Magnetfeld jedoch viel stärker werden. Wenn wir also das sich ändernde elektrische Signal einer Audiodatei durch eine Drahtspule senden, erhalten wir ein sich änderndes Magnetfeld, das dem Originalton entspricht.

Dieses sich ändernde Magnetfeld kann das Magnetfeld eines nahegelegenen Magneten (Permanentmagnet genannt) an- und anziehen. Wenn Magnete aufeinander drücken und ziehen, können sie Bewegung erzeugen. Das ist Ihnen aufgefallen, wenn Sie schon einmal zwei Magnete zusammengeschnappt oder einen Magneten benutzt haben, um einen anderen Magneten wegzudrücken. Wenn einer der Magneten (entweder der Elektromagnet oder der Permanentmagnet) an einer dünnen Membran befestigt ist, bringt das sich schnell ändernde Magnetfeld die Membran zum Schwingen. Die vibrierende Membran stößt auf nahegelegene Luftmoleküle, wodurch diese ebenfalls vibrieren. Diese Schwingung breitet sich als Schallwelle durch die Luft aus. Schließlich erreicht es Ihre Ohren und Sie hören ein Geräusch.

Normalerweise sind Lautsprecher in einem Gehäuse untergebracht oder in ein elektronisches Gerät eingebaut, sodass Sie nicht hineinsehen können. In diesem Projekt bauen Sie Ihre eigenen Lautsprecher von Grund auf, damit Sie sehen können, wie sie funktionieren!

Materialien

Vorbereitung

Verfahren

Beobachtungen und Ergebnisse Wenn Sie Ihren Lautsprecher an Ihr Ohr gehalten und den Magneten in die Nähe der Spule gehalten haben, sollten Sie sehr leise Musik hören können. Wenn Sie den Magneten wegbewegen, verschwindet die Musik. Dies liegt daran, dass die magnetischen Kräfte in der Nähe des Magneten sehr stark sind, in weiter Entfernung vom Magneten jedoch schnell schwächer werden.

Im Gegensatz zu einem normalen Lautsprecher war Ihr Lautsprecher wahrscheinlich nicht laut genug, um ihn von der anderen Seite des Raumes aus hören zu können. Normale Lautsprecher verfügen normalerweise über eine separate Stromversorgung (sie werden an eine Steckdose oder einen USB-Anschluss angeschlossen oder verfügen über einen internen Akku) und einen Verstärker, wodurch der Klang viel lauter wird. Ihr Lautsprecher funktioniert eher wie ein kabelgebundener Kopfhörer, der über keine externe Stromversorgung verfügt. Sie können Kopfhörer hören, wenn Sie die Ohrhörer direkt in Ihr Ohr stecken, jedoch nicht von der anderen Seite des Raums.

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Diese Aktivität wurde in Zusammenarbeit mit Science Buddies für Sie durchgeführt

Ben Finio ist leitender Wissenschaftler bei Science Buddies und Dozent an der Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering der Cornell University. Folgen Sie ihm auf Twitter @BenFinio.

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