Elektrodinamični zvočnik je naprava, ki pretvori električni signal v zvok s premikanjem tuljave s tokom v magnetnem polju trajnega magneta. Te naprave uporabljamo vsakodnevno. Tudi če niste velik ljubitelj glasbe in ne preživite pol dneva v slušalkah. Televizorji, radijski sprejemniki v avtomobilih in celo telefoni so opremljeni z zvočniki. Ta mehanizem, ki ga poznamo, je pravzaprav cel kompleks elementov, njegova naprava pa je pravo delo inženirske umetnosti.
V tem članku si bomo podrobneje ogledali zvočniško napravo. Pogovorimo se, iz katerih delov je sestavljena ta naprava in kako delujejo.
Zgodovina
Začnite dan z majhno digresijo v zgodovino izuma elektrodinamike. Podobne zvočnike so uporabljali že v poznih dvajsetih letih prejšnjega stoletja. Bellov telefon je deloval po podobnem principu. Vključevala je membrano, ki se je premikala v magnetnem polju trajnega magneta. Ti zvočniki so imeli veliko resnih pomanjkljivosti: frekvenčno popačenje, izguba zvoka. Za reševanje težav, povezanih s klasičnimi zvočniki, je Oliver Lorde predlagal uporabo svojega dela. Njegova tuljava se je premikala čez črte sile. malokasneje sta dva njegova kolega prilagodila tehnologijo za potrošniški trg in patentirala novo zasnovo elektrodinamike, ki je še danes v uporabi.
Zvočnik
Zvočnik ima precej zapleteno zasnovo in je sestavljen iz številnih elementov. Diagram zvočnikov (spodaj) prikazuje ključne dele, zaradi katerih zvočnik deluje pravilno.
Akustični zvočnik vključuje naslednje dele:
- vzmetenje (ali robno valovanje);
- difuzor (ali membrana);
- cap;
- zvočna tuljava;
- core;
- magnetni sistem;
- držalo za difuzor;
- prilagodljivi vodi.
Različni modeli zvočnikov lahko uporabljajo različne edinstvene elemente oblikovanja. Klasična zvočniška naprava izgleda natanko tako.
Upoštevajmo vsak posamezen element oblikovanja podrobneje.
zbočenje robov
Ta element se imenuje tudi "ovratnik". To je plastični ali gumijasti rob, ki opisuje elektrodinamični mehanizem na celotnem območju. Včasih se kot glavni material uporabljajo naravne tkanine s posebnim premazom za dušenje vibracij. Valovine se ne delijo samo po vrsti materiala, iz katerega so izdelane, temveč tudi po obliki. Najbolj priljubljena podvrsta so poltoroidni profili.
Za "ovratnik" obstajajo številne zahteve, katerih upoštevanje kaže na njegovo visoko kakovost. Prva zahteva je visoka prilagodljivost. Resonančna frekvenca valovitostimora biti nizka. Druga zahteva je, da mora biti valovitost dobro pritrjena in zagotavljati samo eno vrsto nihanja - vzporedno. Tretja zahteva je zanesljivost. "Ovratnik" se mora ustrezno odzivati na temperaturne spremembe in "normalno" obrabo ter dolgo časa ohraniti svojo obliko.
Da bi dosegli najboljše ravnovesje zvoka, se v nizkofrekvenčnih zvočnikih uporabljajo gumijaste nabora, pri visokofrekvenčnih pa papirnate.
Difuzor
Glavni sevalni objekt v elektrodinamiki je difuzor. Stožec zvočnika je neke vrste bat, ki se giblje v ravni črti navzgor in navzdol in ohranja amplitudno-frekvenčno karakteristiko (v nadaljevanju frekvenčni odziv) v linearni obliki. Ko se frekvenca nihanja poveča, se difuzor začne upogibati. Zaradi tega se pojavijo tako imenovani stoječi valovi, ki posledično vodijo do padcev in dvigov v grafu frekvenčnega odziva. Da bi zmanjšali ta učinek, oblikovalci uporabljajo trše difuzorje iz materialov z manjšo gostoto. Če je velikost zvočnika 12 palcev, se frekvenčno območje v njem giblje znotraj 1 kilohertz za nizke frekvence, 3 kilohertz za srednje in 16 kilohertz za visoke frekvence.
- Difuzorji so lahko togi. Izdelane so iz keramike ali aluminija. Takšni izdelki zagotavljajo najnižjo stopnjo popačenja zvoka. Zvočniki s trdimi stožci so veliko dražji od svojih analogov.
- Mehki difuzorji so izdelani iz polipropilena. Takšni vzorci zagotavljajo najmehkejši in najtoplejši zvok zaradi absorpcije valov z mehkim materialom.
- Poltrdi difuzorji so kompromis. Izdelane so iz kevlarja ali steklenih vlaken. Popačenje, ki ga povzroči tak stožec, je večje od trdih, vendar nižje od mehkih.
Cap
Pokrovček je sintetična ali tkanina, katere glavna funkcija je zaščita zvočnikov pred prahom. Poleg tega ima pokrovček pomembno vlogo pri oblikovanju določenega zvoka. Zlasti pri predvajanju srednjih frekvenc. Za najbolj togo pritrditev so pokrovi zaobljeni, kar jim daje rahel upogib. Kot ste verjetno že razumeli, je raznolikost materialov za dosego določenega zvoka enaka. Uporabljajo se tkanine z različnimi impregnacijami, filmi, celuloznimi sestavki in celo kovinskimi mrežami. Slednji pa opravljajo tudi funkcijo radiatorja. Aluminijasta ali kovinska mreža odvaja odvečno toploto stran od tuljave.
Puck
Včasih se imenuje tudi "pajek". To je tehten del, ki se nahaja med stožcem zvočnika in njegovim ohišjem. Namen podložke je vzdrževati stabilno resonanco nizkotoncev. To je še posebej pomembno, če pride do nenadnih temperaturnih sprememb v prostoru. Podložka fiksira položaj tuljave in celotnega gibljivega sistema ter zapre magnetno režo in preprečuje vstop prahu vanjo. Klasične podložke so okrogle valovite plošče. Sodobnejše možnosti izgledajo nekoliko drugače. Nekateri proizvajalci namerno spremenijo obliko valov, da bi povečali linearnostfrekvence in stabilizirajo obliko ploščka. Ta zasnova močno vpliva na ceno zvočnika. Podložke so izdelane iz najlona, grobega kaliko ali bakra. Zadnja možnost, tako kot v primeru pokrovčka, deluje kot mini radiator.
Zvočna tuljava in magnetni sistem
Tako smo prišli do elementa, ki je v resnici odgovoren za reprodukcijo zvoka. Magnetni sistem se nahaja v majhni reži magnetnega vezja in skupaj s tuljavo pretvarja električno energijo. Sam magnetni sistem je sistem magneta v obliki obroča in jedra. Med njimi se v času reprodukcije zvoka premika glasovna tuljava. Pomembna naloga oblikovalcev je ustvariti enotno magnetno polje v magnetnem sistemu. Da bi to naredili, proizvajalci zvočnikov previdno poravnajo drogove in jedro opremijo z bakreno konico. Tok do glasovne tuljave se napaja preko gibljivih vodnikov zvočnika - navadne žice, navite preko sintetične niti.
Načelo dela
Ugotovili smo zvočniško napravo, pojdimo na načelo delovanja. Načelo delovanja zvočnika je naslednje: tok, ki gre na tuljavo, povzroči, da niha pravokotno znotraj magnetnega polja. Ta sistem vleče difuzor skupaj s seboj, zaradi česar niha na frekvenci uporabljenega toka in ustvarja izpraznjene valove. Difuzor začne nihati in ustvarja zvočne valove, ki jih človeško uho zazna. Prenašajo se kot električni signal na ojačevalnik. Od tod prihaja zvok.
Frekvenčno območje neposrednoodvisno od debeline magnetnih jeder in velikosti zvočnika. Pri večjem magnetnem vezju se vrzel v magnetnem sistemu poveča, s tem pa se poveča efektivni del tuljave. Zato se kompaktni zvočniki ne morejo spopasti z nizkimi frekvencami v območju 16-250 hercev. Njihov najnižji frekvenčni prag se začne pri 300 Hz in konča pri 12.000 Hz. Zato zvočniki počijo, ko povečate glasnost.
Nazivni električni upor
Žica, ki dovaja tok tuljavi, ima aktivno in reaktivno upornost. Da bi določili raven slednjega, ga inženirji izmerijo pri frekvenci 1000 hercev in dobljeni vrednosti dodajo aktivni upor glasovne tuljave. Večina zvočnikov ima raven impedance 2, 4, 6 ali 8 ohmov. Ta parameter je treba upoštevati pri nakupu ojačevalnika. Pomembno je, da se dogovorite glede stopnje obremenitve.
Frekvenčno območje
Zgoraj je bilo že rečeno, da večina elektrodinamike reproducira le del frekvenc, ki jih človek lahko zazna. Nemogoče je izdelati univerzalni zvočnik, ki bi lahko reproduciral celotno območje od 16 hercev do 20 kilohercev, zato so bile frekvence razdeljene v tri skupine: nizke, srednje in visoke. Po tem so oblikovalci začeli ustvarjati zvočnike ločeno za vsako frekvenco. To pomeni, da se nizkotonci najbolje obvladajo z nizkimi toni. Delujejo v območju od 25 hercev do 5 kilohercev. Visokofrekvenčni so zasnovani za delo s cvilečimi vrhovi (od tod tudi splošno ime - "visokotonec"). Delajo vfrekvenčno območje 2 kilohertz - 20 kilohertz. Srednjetonski zvočniki delujejo v območju od 200 Hz do 7 kilohercev. Inženirji še vedno poskušajo ustvariti kakovosten zvočnik polnega obsega. Aja, cena zvočnika je v nasprotju z njegovo kakovostjo in je sploh ne opravičuje.
Malo o mobilnih zvočnikih
Zvočniki za telefon se konstruktivno razlikujejo od "odraslih" modelov. Tako zapleten mehanizem je nerealno postaviti v mobilno ohišje, zato so inženirji šli na trik in zamenjali številne elemente. Na primer, tuljave so postale fiksne in namesto difuzorja se uporablja membrana. Zvočniki telefona so preveč poenostavljeni, zato od njih ne pričakujte visoke kakovosti zvoka.
Frekvenčno območje, ki ga tak element lahko pokriva, je znatno zoženo. Po zvoku je bližje visokofrekvenčnim napravam, saj v ohišju telefona ni dodatnega prostora za namestitev debelih magnetnih jeder.
Zvočnik v mobilnem telefonu se ne razlikuje le po velikosti, temveč tudi po nesamostojnosti. Zmogljivosti naprave so omejene s programsko opremo. To se naredi za zaščito zasnove zvočnikov. Mnogi ljudje to omejitev odstranijo ročno in se nato vprašajo: "Zakaj zvočniki piskajo?"
V povprečnem pametnem telefonu sta nameščena dva taka elementa. Eno je govorjeno, drugo je glasbeno. Včasih jih kombiniramo, da dosežemo stereo učinek. Tako ali drugače lahko globino in bogastvo zvoka dosežete le s popolnim stereo sistemom.
