Elektrodinamički zvučnik je uređaj koji pretvara električni signal u zvuk pomicanjem zavojnice sa strujom u magnetskom polju trajnog magneta. Ove uređaje koristimo svakodnevno. Čak i ako niste veliki ljubitelj glazbe i ne provodite pola dana u slušalicama. Televizori, radio u automobilima, pa čak i telefoni opremljeni su zvučnicima. Ovaj nama poznati mehanizam zapravo je čitav kompleks elemenata, a njegov uređaj je pravo inženjersko djelo.
U ovom članku pobliže ćemo pogledati uređaj zvučnika. Razgovarajmo od kojih dijelova se ovaj uređaj sastoji i kako oni rade.
Povijest
Dan započnite malu digresiju u povijest izuma elektrodinamike. Zvučnici sličnog tipa korišteni su već krajem 1920-ih. Bellov telefon radio je na sličnom principu. Uključuje membranu koja se kretala u magnetskom polju trajnog magneta. Ovi zvučnici su imali mnogo ozbiljnih nedostataka: izobličenje frekvencije, gubitak zvuka. Za rješavanje problema povezanih s klasičnim zvučnicima Oliver Lorde predložio je korištenje svog rada. Njegova se zavojnica kretala preko linija sile. malokasnije su dvojica njegovih kolega prilagodili tehnologiju za potrošačko tržište i patentirali novi dizajn elektrodinamike koji se i danas koristi.
Uređaj zvučnika
Zvučnik ima prilično složen dizajn i sastoji se od mnogo elemenata. Dijagram zvučnika (ispod) prikazuje ključne dijelove koji čine da zvučnik pravilno funkcionira.
Akustični zvučnik uključuje sljedeće dijelove:
- ovjes (ili nabor rubova);
- difuzor (ili membrana);
- cap;
- glasna zavojnica;
- core;
- magnetski sustav;
- držač difuzora;
- fleksibilni kontakti.
Različiti modeli zvučnika mogu koristiti različite jedinstvene elemente dizajna. Klasični zvučnik izgleda upravo ovako.
Razmotrimo svaki pojedinačni element dizajna detaljnije.
Rid rubova
Ovaj element se također naziva "ovratnik". Ovo je plastični ili gumeni rub koji opisuje elektrodinamički mehanizam na cijelom području. Ponekad se kao glavni materijal koriste prirodne tkanine s posebnim premazom za prigušivanje vibracija. Valovi se dijele ne samo po vrsti materijala od kojeg su izrađeni, već i po obliku. Najpopularnija podvrsta su polutoroidni profili.
Postoji niz zahtjeva za "ovratnik", čije poštovanje ukazuje na njegovu visoku kvalitetu. Prvi uvjet je visoka fleksibilnost. Rezonantna frekvencija valovitostitrebao bi biti nizak. Drugi zahtjev je da valovitost mora biti dobro fiksirana i osigurati samo jednu vrstu oscilacije - paralelnu. Treći uvjet je pouzdanost. "Ovratnik" mora adekvatno reagirati na promjene temperature i "normalno" trošenje, zadržavajući svoj oblik dugo vremena.
Da bi se postigla najbolja ravnoteža zvuka, gumeni nabori koriste se u niskofrekventnim zvučnicima, a papirnati u visokofrekventnim.
Difuzor
Glavni objekt zračenja u elektrodinamici je difuzor. Konus zvučnika je vrsta klipa koji se kreće u ravnoj liniji gore-dolje i održava amplitudno-frekvencijsku karakteristiku (u daljnjem tekstu frekvencijski odziv) u linearnom obliku. Kako se frekvencija titranja povećava, difuzor se počinje savijati. Zbog toga se pojavljuju takozvani stajaći valovi, koji zauzvrat dovode do padova i porasta u grafu frekvencijskog odziva. Kako bi minimizirali ovaj učinak, dizajneri koriste tvrđe difuzore izrađene od materijala manje gustoće. Ako je veličina zvučnika 12 inča, tada će se frekvencijski raspon u njemu razlikovati unutar 1 kiloherca za niske frekvencije, 3 kiloherca za srednje i 16 kiloherca za visoke frekvencije.
- Difuzori mogu biti kruti. Izrađuju se od keramike ili aluminija. Takvi proizvodi pružaju najnižu razinu izobličenja zvuka. Zvučnici s krutim konusom mnogo su skuplji od svojih kolega.
- Mekani difuzori su izrađeni od polipropilena. Takvi uzorci pružaju najmekši i najtopliji zvuk zbog apsorpcije valova mekim materijalom.
- Polukruti difuzori su kompromis. Izrađuju se od kevlara ili stakloplastike. Izobličenja izazvana takvim konusom veća su od tvrdih, ali niža od mekih.
Cap
Poklopac je školjka od sintetike ili tkanine čija je glavna funkcija zaštita zvučnika od prašine. Osim toga, kapica igra važnu ulogu u formiranju određenog zvuka. Konkretno, kada svirate srednje frekvencije. U svrhu najčvršćeg pričvršćivanja, kapice su zaobljene, dajući im blagi zavoj. Kao što ste vjerojatno već shvatili, raznolikost materijala je ista kako bi se postigao određeni zvuk. Koriste se tkanine s raznim impregnacijama, filmovima, celuloznim sastavima, pa čak i metalnim mrežama. Potonji, zauzvrat, također obavljaju funkciju radijatora. Aluminijska ili metalna mreža odvodi višak topline od zavojnice.
Pak
Ponekad se naziva i "pauk". Ovo je težak dio koji se nalazi između konusa zvučnika i njegovog tijela. Svrha perilice je održavanje stabilne rezonancije za woofere. To je osobito važno ako dođe do naglih promjena temperature u prostoriji. Podloška fiksira položaj zavojnice i cijelog pokretnog sustava, a također zatvara magnetski razmak, sprječavajući ulazak prašine u njega. Klasične podloške su okrugli valoviti disk. Modernije opcije izgledaju malo drugačije. Neki proizvođači namjerno mijenjaju oblik nabora kako bi povećali linearnostfrekvencije i stabiliziraju oblik paka. Ovaj dizajn uvelike utječe na cijenu zvučnika. Podloške su izrađene od najlona, kaliko ili bakra. Posljednja opcija, kao iu slučaju čepa, djeluje kao mini radijator.
Sustav glasovne zavojnice i magneta
Tako smo došli do elementa koji je, zapravo, odgovoran za reprodukciju zvuka. Magnetski sustav se nalazi u malom razmaku magnetskog kruga i zajedno sa zavojnicom pretvara električnu energiju. Sam magnetski sustav je sustav magneta u obliku prstena i jezgre. Između njih, u trenutku reprodukcije zvuka, pomiče se glasovna zavojnica. Važan zadatak za dizajnere je stvoriti jednolično magnetsko polje u magnetskom sustavu. Da biste to učinili, proizvođači zvučnika pažljivo poravnavaju stupove i opremaju jezgru bakrenim vrhom. Struja do glasovne zavojnice se dovodi preko fleksibilnih vodova zvučnika - obične žice namotane preko sintetičke niti.
Princip rada
Shvatili smo uređaj zvučnika, prijeđimo na princip rada. Princip rada zvučnika je sljedeći: struja koja ide na zavojnicu uzrokuje okomito osciliranje unutar magnetskog polja. Ovaj sustav vuče difuzor zajedno sa sobom, uzrokujući da on oscilira na frekvenciji primijenjene struje i stvara ispražnjene valove. Difuzor počinje oscilirati i stvara zvučne valove koje ljudsko uho može percipirati. Prenose se kao električni signal na pojačalo. Odatle dolazi zvuk.
Raspon frekvencije izravnoovisi o debljini magnetskih jezgri i veličini zvučnika. Kod većeg magnetskog kruga povećava se jaz u magnetskom sustavu, a s njim se povećava i efektivni dio zavojnice. Zato se kompaktni zvučnici ne mogu nositi s niskim frekvencijama u rasponu od 16-250 herca. Njihov minimalni frekvencijski prag počinje na 300 herca i završava na 12.000 herca. Zato zvučnici pucketaju kada pojačate glasnoću.
Nazivni električni otpor
Žica koja opskrbljuje struju zavojnici ima aktivni i reaktivni otpor. Da bi odredili razinu potonjeg, inženjeri ga mjere na frekvenciji od 1000 herca i na dobivenu vrijednost dodaju aktivni otpor glasovne zavojnice. Većina zvučnika ima razinu impedancije od 2, 4, 6 ili 8 ohma. Ovaj parametar se mora uzeti u obzir pri kupnji pojačala. Važno je dogovoriti se o razini opterećenja.
Raspon frekvencije
Već je gore rečeno da većina elektrodinamike reproducira samo dio frekvencija koje osoba može percipirati. Nemoguće je napraviti univerzalni zvučnik koji može reproducirati cijeli raspon od 16 herca do 20 kiloherca, pa su frekvencije podijeljene u tri skupine: niske, srednje i visoke. Nakon toga, dizajneri su počeli stvarati zvučnike zasebno za svaku frekvenciju. To znači da su wooferi najbolji u rukovanju basom. Rade u rasponu od 25 herca - 5 kiloherca. Visokofrekventne su dizajnirane za rad s cvilećim vrhovima (odatle uobičajeni naziv - "visokotonac"). Oni rade ufrekvencijski raspon 2 kiloherca - 20 kiloherca. Srednjetonski zvučnici rade u rasponu od 200 herca - 7 kiloherca. Inženjeri još uvijek pokušavaju stvoriti kvalitetan zvučnik punog raspona. Jao, cijena zvučnika se kosi s njegovom kvalitetom i nimalo je ne opravdava.
Malo o mobilnim zvučnicima
Zvučnici za telefon se konstruktivno razlikuju od modela "za odrasle". Nerealno je tako složen mehanizam smjestiti u mobilno kućište, pa su inženjeri išli na trik i zamijenili niz elemenata. Na primjer, zavojnice su postale fiksne, a umjesto difuzora koristi se membrana. Zvučnici telefona su previše pojednostavljeni, stoga ne očekujte od njih visoku kvalitetu zvuka.
Frekvencijski raspon koji takav element može pokriti značajno je sužen. Po zvuku je bliži visokofrekventnim uređajima, jer u kućištu telefona nema dodatnog prostora za ugradnju debelih magnetskih jezgri.
Uređaj zvučnika u mobilnom telefonu razlikuje se ne samo po veličini, već i po nedostatku neovisnosti. Mogućnosti uređaja ograničene su softverom. To je učinjeno kako bi se zaštitio dizajn zvučnika. Mnogi ljudi ručno uklanjaju ovo ograničenje, a zatim se pitaju: "Zašto zvučnici hrle?"
U prosječnom pametnom telefonu ugrađena su dva takva elementa. Jedno je govorno, drugo je glazbeno. Ponekad se kombiniraju kako bi se postigao stereo efekt. Na ovaj ili onaj način, dubinu i bogatstvo zvuka možete postići samo uz punopravni stereo sustav.
