Een elektrodynamische luidspreker is een apparaat dat een elektrisch signaal omzet in geluid door een spoel met stroom in het magnetische veld van een permanente magneet te bewegen. We gebruiken deze apparaten dagelijks. Ook als je geen grote fan van muziek bent en geen halve dag in een koptelefoon doorbrengt. Tv's, radio's in auto's en zelfs telefoons zijn uitgerust met luidsprekers. Dit voor ons bekende mechanisme is eigenlijk een heel complex van elementen, en het apparaat is een echt technisch kunstwerk.
In dit artikel gaan we dieper in op het luidsprekerapparaat. Laten we bespreken uit welke onderdelen dit apparaat bestaat en hoe ze werken.
Geschiedenis
Dag begin een kleine uitweiding in de geschiedenis van de uitvinding van de elektrodynamica. Al in de late jaren 1920 werden luidsprekers van een vergelijkbaar type gebruikt. Bells telefoon werkte volgens een soortgelijk principe. Het betrof een membraan dat in het magnetische veld van een permanente magneet bewoog. Deze luidsprekers hadden veel ernstige gebreken: frequentievervorming, geluidsverlies. Om de problemen met klassieke luidsprekers op te lossen, stelde Oliver Lorde voor zijn werk te gebruiken. Zijn spoel bewoog zich over de krachtlijnen. een beetjelater pasten twee van zijn collega's de technologie aan voor de consumentenmarkt en patenteerden ze een nieuw ontwerp van elektrodynamica dat nog steeds in gebruik is.
Luidsprekerapparaat
De luidspreker heeft een vrij complex ontwerp en bestaat uit veel elementen. Het luidsprekerdiagram (hieronder) toont de belangrijkste onderdelen die ervoor zorgen dat de luidspreker goed functioneert.
Het akoestische luidsprekerapparaat bevat de volgende onderdelen:
- ophanging (of randgolf);
- diffuser (of membraan);
- kap;
- spreekspoel;
- kern;
- magnetisch systeem;
- diffusorhouder;
- flexibele leads.
Verschillende luidsprekermodellen kunnen verschillende unieke ontwerpelementen gebruiken. Het klassieke luidsprekerapparaat ziet er precies zo uit.
Laten we elk afzonderlijk ontwerpelement in meer detail bekijken.
Randgolf
Dit element wordt ook wel een "kraag" genoemd. Dit is een plastic of rubberen rand die het elektrodynamische mechanisme over het hele gebied beschrijft. Soms worden natuurlijke stoffen met een speciale trillingsdempende coating als hoofdmateriaal gebruikt. Golfplaten worden niet alleen verdeeld door het type materiaal waarvan ze zijn gemaakt, maar ook door de vorm. Het meest populaire subtype zijn halfringvormige profielen.
Er zijn een aantal vereisten voor de "kraag", waarvan de naleving aangeeft dat deze van hoge kwaliteit is. De eerste vereiste is een hoge flexibiliteit. Resonantiefrequentie van de golflaag moet zijn. De tweede vereiste is dat de golf goed gefixeerd moet zijn en slechts één type oscillatie moet bieden - parallel. De derde vereiste is betrouwbaarheid. De "kraag" moet adequaat reageren op temperatuurveranderingen en "normale" slijtage en lang zijn vorm behouden.
Om de beste geluidsbalans te bereiken, worden rubberen ribbels gebruikt in laagfrequente luidsprekers en papieren ribbels in hoogfrequente luidsprekers.
Diffusor
Het belangrijkste uitstralende object in de elektrodynamica is een diffusor. De luidsprekerconus is een soort zuiger die in een rechte lijn op en neer beweegt en de amplitude-frequentiekarakteristiek (hierna de frequentierespons genoemd) in een lineaire vorm handhaaft. Naarmate de oscillatiefrequentie toeneemt, begint de diffuser te buigen. Hierdoor ontstaan zogenaamde staande golven, die op hun beurt leiden tot dalen en stijgen in de frequentieresponsgrafiek. Om dit effect te minimaliseren, gebruiken ontwerpers stijvere diffusors gemaakt van materialen met een lagere dichtheid. Als de grootte van de luidspreker 12 inch is, zal het frequentiebereik daarin variëren binnen 1 kilohertz voor lage frequenties, 3 kilohertz voor gemiddelde en 16 kilohertz voor hoge frequenties.
- Diffusoren kunnen stijf zijn. Ze zijn gemaakt van keramiek of aluminium. Dergelijke producten bieden het laagste niveau van geluidsvervorming. Stijve kegelluidsprekers zijn veel duurder dan hun tegenhangers.
- Zachte diffusers zijn gemaakt van polypropyleen. Dergelijke samples leveren het zachtste en warmste geluid door de absorptie van golven door een zacht materiaal.
- Semi-rigide diffusers zijn een compromis. Ze zijn gemaakt van Kevlar of glasvezel. Vervorming veroorzaakt door zo'n kegel is groter dan harde, maar lager dan zachte.
Cap
De kap is een kunststof of stoffen omhulsel waarvan de belangrijkste functie is om de luidsprekers tegen stof te beschermen. Daarnaast speelt de dop een belangrijke rol bij de vorming van een bepaald geluid. Vooral bij het afspelen van medium frequenties. Met het oog op de meest stevige bevestiging zijn de doppen afgerond gemaakt, waardoor ze een lichte buiging hebben. Zoals je waarschijnlijk al begreep, is de verscheidenheid aan materialen precies hetzelfde om een bepaald geluid te bereiken. Stoffen met verschillende impregnaties, films, cellulosesamenstellingen en zelfs metalen gazen worden gebruikt. Deze laatste vervullen op hun beurt ook de functie van een radiator. Aluminium of metalen gaas leidt overtollige warmte weg van de spoel.
Puck
Soms wordt het ook wel een "spin" genoemd. Dit is een zwaar onderdeel dat zich tussen de luidsprekerconus en zijn lichaam bevindt. Het doel van de ring is om een stabiele resonantie voor de woofers te behouden. Dit is vooral belangrijk als er plotselinge temperatuurschommelingen in de kamer zijn. De ring fixeert de positie van de spoel en het hele bewegende systeem, en sluit ook de magnetische opening, zodat er geen stof kan binnendringen. Klassieke ringen zijn een ronde gegolfde schijf. Modernere opties zien er een beetje anders uit. Sommige fabrikanten veranderen opzettelijk de vorm van de golvingen om de lineariteit te vergrotenfrequenties en stabiliseert de vorm van de puck. Dit ontwerp heeft grote invloed op de prijs van de luidspreker. Ringen zijn gemaakt van nylon, grof calico of koper. De laatste optie, zoals in het geval van de dop, werkt als een mini-radiator.
Spraakspoel en magneetsysteem
Dus we kwamen bij het element dat in feite verantwoordelijk is voor geluidsweergave. Het magnetische systeem bevindt zich in een kleine opening van het magnetische circuit en zet samen met de spoel elektrische energie om. Het magnetische systeem zelf is een systeem van een magneet in de vorm van een ring en een kern. Tussen hen, op het moment van geluidsweergave, beweegt de spreekspoel. Een belangrijke taak voor ontwerpers is het creëren van een uniform magnetisch veld in een magnetisch systeem. Om dit te doen, richten luidsprekerfabrikanten de polen zorgvuldig op elkaar en rusten ze de kern uit met een koperen punt. De stroom naar de spreekspoel wordt geleverd via de flexibele draden van de luidspreker - een gewone draad die om een synthetische draad is gewikkeld.
Werkingsprincipe
We hebben het luidsprekerapparaat ontdekt, laten we verder gaan met het werkingsprincipe. Het werkingsprincipe van de luidspreker is als volgt: de stroom die naar de spoel gaat, zorgt ervoor dat deze loodrecht oscilleert binnen het magnetische veld. Dit systeem sleept de diffusor mee, waardoor deze oscilleert met de frequentie van de aangelegde stroom en ontladen golven creëert. De diffuser begint te oscilleren en creëert geluidsgolven die door het menselijk oor kunnen worden waargenomen. Ze worden als een elektrisch signaal naar de versterker gestuurd. Hier komt het geluid vandaan.
Frequentiebereik directhangt af van de dikte van de magnetische kernen en de grootte van de luidspreker. Met een groter magnetisch circuit wordt de opening in het magnetische systeem groter en daarmee het effectieve deel van de spoel. Daarom kunnen compacte luidsprekers niet omgaan met lage frequenties in het bereik van 16-250 hertz. Hun minimale frequentiedrempel begint bij 300 hertz en eindigt bij 12.000 hertz. Daarom knetteren de speakers als je het volume harder zet.
Nominale elektrische weerstand
De draad die stroom levert aan de spoel heeft actieve en reactieve weerstand. Om het niveau van deze laatste te bepalen, meten ingenieurs deze met een frequentie van 1000 hertz en tellen ze de actieve weerstand van de spreekspoel op bij de resulterende waarde. De meeste luidsprekers hebben een impedantie van 2, 4, 6 of 8 ohm. Met deze parameter moet rekening worden gehouden bij het kopen van een versterker. Het is belangrijk om het eens te worden over de mate van werkdruk.
Frequentiebereik
Het is hierboven al gezegd dat de meeste elektrodynamica slechts een deel van de frequenties reproduceert die een persoon kan waarnemen. Het is onmogelijk om een universele luidspreker te maken die het hele bereik van 16 hertz tot 20 kilohertz kan weergeven, dus werden de frequenties in drie groepen verdeeld: laag, gemiddeld en hoog. Daarna begonnen de ontwerpers voor elke frequentie afzonderlijk luidsprekers te maken. Dit betekent dat de woofers de bas het beste kunnen verwerken. Ze werken in het bereik van 25 hertz - 5 kilohertz. Hoge frequenties zijn ontworpen om te werken met piepende toppen (vandaar de algemene naam - "tweeter"). ze werken infrequentiebereik 2 kilohertz - 20 kilohertz. Midrange-luidsprekers werken in het bereik van 200 hertz - 7 kilohertz. Ingenieurs proberen nog steeds een luidspreker met een volledig bereik van hoge kwaliteit te maken. Helaas, de prijs van de luidspreker gaat in tegen de kwaliteit en rechtvaardigt deze helemaal niet.
Een beetje over mobiele luidsprekers
Luidsprekers voor een telefoon verschillen constructief van "volwassen" modellen. Het is onrealistisch om zo'n complex mechanisme in een mobiele behuizing te plaatsen, dus gingen de ingenieurs tot het uiterste en vervingen een aantal elementen. Zo zijn de spoelen vast komen te zitten en wordt er een membraan gebruikt in plaats van een diffusor. Telefoonluidsprekers zijn te eenvoudig, dus verwacht er geen hoge geluidskwaliteit van.
Het frequentiebereik dat zo'n element kan bestrijken, is aanzienlijk versmald. Qua geluid ligt het dichter bij hoogfrequente apparaten, omdat er geen extra ruimte in de telefoonhoes is voor het installeren van dikke magnetische kernen.
Het luidsprekerapparaat in een mobiele telefoon verschilt niet alleen in grootte, maar ook in het gebrek aan onafhankelijkheid. De mogelijkheden van het apparaat worden beperkt door de software. Dit wordt gedaan om het ontwerp van de luidsprekers te beschermen. Veel mensen verwijderen deze limiet handmatig en vragen zich dan af: "Waarom piepen de luidsprekers?"
In een gemiddelde smartphone zijn twee van dergelijke elementen geïnstalleerd. Het ene is gesproken, het andere is muzikaal. Soms worden ze gecombineerd om een stereo-effect te bereiken. Op de een of andere manier kun je diepte en een rijk geluid alleen bereiken met een volwaardig stereosysteem.
