Schwingungsmembran

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Eine Schwingungsmembran oder Oszillationsmembrane (Membran, von mittelhochdeutsch Membrane „(Stück) Pergament“; von lateinisch membrana „Häutchen“ bzw. membrum „Körperglied“), ist eine dünne Haut oder Folie, die Schwingungen erzeugen oder modifizieren soll.

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Zweidimensionale stehende Oberwelle in einem rechteckigen Rahmen
Zweidimensionale stehende Welle in einem rechteckigen Rahmen bei größtmöglicher Wellenlänge

Jede Membran besitzt mehrere Eigenresonanzen (Partialschwingungen), die aber häufig stark gedämpft sind. In deren Umgebung können die Amplituden besonders hohe Werte erreichen. Die Membran kann in einem festen Rahmen eingespannt sein wie bei einer Trommel, ihr Rand kann aber auch frei schwingen wie bei einem Lautsprecher. Beide Varianten unterscheiden sich sehr deutlich bezüglich möglicher Moden und Frequenzen.

Sie kann zur Erzeugung, Verstärkung, Aufnahme, Dämpfung oder Messung der Schwingung dienen. Die Anregung zu Membranschwingungen setzt voraus, dass eine andauernd einwirkende äußere Kraft vorhanden ist, die durch die Zugspannung durch eine Randeinspannung gegeben ist. Die Schwingungsanregung kann auf sehr unterschiedliche Weise erfolgen, etwa durch Auftreffen von Luftschall, z. B. Trommelfell, durch Aufschlagen mit einem Schlegel, etwa bei Membranophonen, oder auf elektrischem Wege, etwa durch Anregung einer Lautsprechermembran.

Solche schwingenden Membranen spielen in der Akustik auf zahlreichen Gebieten eine außerordentlich wichtige Rolle, so vorwiegend bei den elektroakustischen Wandlern, wo sie zur Umwandlung von mechanischer Schallenergie in elektrische Energie dienen, z. B. beim Mikrofon, oder umgekehrt zur Wandlung von elektrischer Energie in Schallenergie, z. B. beim Lautsprecher oder beim Kopfhörer, beim Hörvorgang, sowie bei bestimmten Musikinstrumenten, z. B. den Membranophonen. Im Bruststück des Stethoskops ist ebenfalls eine Membran eingebaut.

Technische Schwingungsmembranen finden beispielsweise in Druckmessgeräten, Membranpumpen und Musikinstrumenten Verwendung. Ein Beispiel für eine biologische Schwingungsmembran ist das Trommelfell.