Az elektrodinamikus hangszóró olyan eszköz, amely az elektromos jelet hanggá alakítja úgy, hogy egy tekercset árammal mozgat az állandó mágnes mágneses mezőjében. Ezeket az eszközöket napi rendszerességgel használjuk. Még akkor is, ha nem vagy nagy zenerajongó, és nem tölt el fél napot a fejhallgatóban. A tévék, az autók rádiói, sőt a telefonok is hangszórókkal vannak felszerelve. Ez a számunkra jól ismert mechanizmus valójában elemek egész komplexuma, eszköze pedig igazi mérnöki műalkotás.
Ebben a cikkben közelebbről megvizsgáljuk a hangszóróeszközt. Beszéljük meg, milyen alkatrészekből áll ez az eszköz, és hogyan működnek.
Előzmények
A nap kezdete egy kis kitérő az elektrodinamika feltalálásának történetébe. A hasonló típusú hangszórókat már az 1920-as évek végén használták. Bell telefonja is hasonló elven működött. Egy membránról volt szó, amely egy állandó mágnes mágneses mezőjében mozgott. Ezeknek a hangszóróknak sok komoly hibája volt: frekvencia torzítás, hangveszteség. A klasszikus hangszórókkal kapcsolatos problémák megoldására Oliver Lorde az ő munkáját javasolta. Tekercse áthaladt az erővonalakon. egy kiskésőbb két kollégája adaptálta a technológiát a fogyasztói piacra, és szabadalmaztatta az elektrodinamika új kialakítását, amely ma is használatos.
Hangszóróeszköz
A hangszóró meglehetősen összetett kialakítású, és sok elemből áll. A hangsugárzó diagram (lent) azokat a kulcsfontosságú részeket mutatja, amelyek a hangszóró megfelelő működését biztosítják.
Az akusztikus hangszóró a következő részeket tartalmazza:
- felfüggesztés (vagy peremhullámozás);
- diffúzor (vagy membrán);
- sapka;
- hangtekercs;
- core;
- mágneses rendszer;
- diffúzortartó;
- rugalmas leadek.
A különböző hangsugárzómodellek eltérő egyedi tervezési elemeket használhatnak. A klasszikus hangszóró pontosan így néz ki.
Vizsgáljuk meg részletesebben az egyes tervezési elemeket.
Segélyhullámozás
Ezt az elemet "gallérnak" is nevezik. Ez egy műanyag vagy gumi szegély, amely leírja az elektrodinamikai mechanizmust a teljes területen. Néha természetes anyagokat használnak, amelyek speciális rezgéscsillapító bevonattal vannak ellátva, mint fő anyag. A hullámokat nem csak az anyag típusa, hanem az alakja szerint is felosztják. A legnépszerűbb altípus a félig toroid profilok.
A "gallérral" szemben számos követelmény van, amelyek betartása a magas minőséget jelzi. Az első követelmény a nagy rugalmasság. Hullámozás rezonancia frekvenciaalacsonynak kell lennie. A második követelmény az, hogy a hullámosításnak jól rögzítve kell lennie, és csak egyfajta – párhuzamos – rezgést kell biztosítania. A harmadik követelmény a megbízhatóság. A „gallérnak” megfelelően reagálnia kell a hőmérséklet-változásokra és a „normál” kopásra, és meg kell őriznie alakját hosszú ideig.
A legjobb hangegyensúly elérése érdekében az alacsony frekvenciájú hangsugárzókban gumihullámokat, a magas frekvenciás hangsugárzókban pedig papírhullámokat használnak.
Diffúzor
Az elektrodinamikában a fő sugárzó tárgy egy diffúzor. A hangszórókúp egyfajta dugattyú, amely egyenes vonalban mozog fel és le, és lineáris formában tartja meg az amplitúdó-frekvencia karakterisztikát (a továbbiakban: frekvenciamenet). Az oszcillációs frekvencia növekedésével a diffúzor hajlítani kezd. Emiatt úgynevezett állóhullámok jelennek meg, amelyek viszont a frekvencia átviteli grafikon süllyedéséhez és emelkedéséhez vezetnek. Ennek a hatásnak a minimalizálása érdekében a tervezők merevebb diffúzorokat használnak, amelyek kisebb sűrűségű anyagokból készülnek. Ha a hangszóró mérete 12 hüvelyk, akkor a benne lévő frekvenciatartomány 1 kilohertzen belül alacsony frekvenciákon, 3 kilohertzen belül közepesen és 16 kilohertzen belül magas frekvenciákon változik.
- A diffúzorok merevek lehetnek. Kerámiából vagy alumíniumból készülnek. Az ilyen termékek a legalacsonyabb szintű hangtorzítást biztosítják. A merev kúpos hangszórók sokkal drágábbak, mint társaik.
- A puha diffúzorok polipropilénből készülnek. Az ilyen minták a legpuhább és legmelegebb hangzást adják a lágy anyag általi hullámelnyelésnek köszönhetően.
- A félmerev diffúzorok kompromisszumot jelentenek. Kevlárból vagy üvegszálból készülnek. Az ilyen kúp által kiváltott torzítás nagyobb, mint a keményeknél, de alacsonyabb, mint a lágyaké.
Sapka
A kupak egy szintetikus vagy szövet héj, amelynek fő funkciója a hangszórók por elleni védelme. Ezenkívül a kupak fontos szerepet játszik egy bizonyos hang kialakításában. Különösen közepes frekvenciák lejátszásakor. A legmerevebb rögzítés érdekében a kupakokat lekerekítették, így enyhe hajlítást biztosítanak. Amint azt valószínűleg már megértette, az anyagok változatossága ugyanaz, hogy egy bizonyos hangzást elérjen. Különféle impregnálással ellátott szöveteket, fóliákat, cellulózösszetételeket és még fémhálókat is használnak. Utóbbiak pedig a radiátor funkcióját is ellátják. Az alumínium vagy fémháló elvezeti a felesleges hőt a tekercsről.
Puck
Néha "póknak" is nevezik. Ez egy súlyos rész a hangszórókúp és a test között. Az alátét célja a mélysugárzók stabil rezonanciájának fenntartása. Ez különösen fontos, ha a helyiségben hirtelen hőmérséklet-változások vannak. Az alátét rögzíti a tekercs és a teljes mozgórendszer helyzetét, valamint lezárja a mágneses rést is, megakadályozva, hogy por kerüljön be. A klasszikus alátétek kerek hullámlemezek. A modernebb opciók kicsit másképp néznek ki. Egyes gyártók szándékosan megváltoztatják a hullámok alakját, hogy növeljék a linearitástfrekvenciákat és stabilizálja a korong alakját. Ez a kialakítás nagyban befolyásolja a hangszóró árát. Az alátétek nylonból, durva kalikából vagy rézből készülnek. Az utolsó lehetőség, mint a kupak esetében, miniradiátorként működik.
Hangtekercs és mágnesrendszer
Elérkeztünk tehát az elemhez, amely tulajdonképpen a hangvisszaadásért felelős. A mágneses rendszer a mágneses áramkör egy kis résében található, és a tekercssel együtt elektromos energiát alakít át. Maga a mágneses rendszer egy mágnesből álló rendszer, gyűrű és mag formájában. Közöttük a hangvisszaadás idején a hangtekercs mozog. A tervezők fontos feladata egy mágneses rendszerben egységes mágneses tér létrehozása. Ehhez a hangszórógyártók gondosan igazítják a pólusokat, és a magot rézvéggel látják el. A hangtekercs áramát a hangszóró rugalmas vezetékein keresztül táplálják – egy hagyományos vezetéken, amely egy szintetikus szálon van feltekerve.
Működési elv
Kitaláltuk a hangszóró eszközt, térjünk át a működési elvre. A hangszóró működési elve a következő: a tekercsbe jutó áram merőleges oszcillációt okoz a mágneses téren belül. Ez a rendszer magával rántja a diffúzort, ami a rávezetett áram frekvenciáján oszcillál, és kisülési hullámokat hoz létre. A diffúzor oszcillálni kezd, és olyan hanghullámokat hoz létre, amelyek az emberi fül számára is érzékelhetők. Ezeket elektromos jelként továbbítják az erősítőhöz. Innen jön a hang.
Frekvenciatartomány közvetlenüla mágneses magok vastagságától és a hangszóró méretétől függ. Nagyobb mágneses áramkör esetén a mágneses rendszerben megnő a rés, és ezzel együtt a tekercs effektív része is nő. Ezért a kompakt hangszórók nem képesek megbirkózni a 16-250 hertz tartományban lévő alacsony frekvenciákkal. Minimális frekvenciaküszöbük 300 hertznél kezdődik és 12 000 hertznél ér véget. Ezért recsegnek a hangszórók, amikor feltekered a hangerőt.
Névleges elektromos ellenállás
A tekercset árammal adó vezeték aktív és reaktív ellenállással rendelkezik. Ez utóbbi szintjének meghatározásához a mérnökök 1000 hertzes frekvencián mérik meg, és a kapott értékhez adják hozzá a hangtekercs aktív ellenállását. A legtöbb hangszóró impedanciaszintje 2, 4, 6 vagy 8 ohm. Ezt a paramétert erősítő vásárlásakor figyelembe kell venni. Fontos, hogy megegyezzünk a munkaterhelés mértékében.
Frekvenciatartomány
Azt már fentebb elmondtuk, hogy az elektrodinamika nagy része az ember által érzékelhető frekvenciáknak csak egy részét reprodukálja. Lehetetlen olyan univerzális hangszórót készíteni, amely képes a 16 hertztől 20 kilohertzig terjedő teljes tartomány reprodukálására, ezért a frekvenciákat három csoportra osztották: alacsony, közepes és magas. Ezt követően a tervezők elkezdték minden frekvenciához külön hangszórókat készíteni. Ez azt jelenti, hogy a mélyhangsugárzók kezelik a legjobban a mélyhangokat. 25 hertz - 5 kilohertz tartományban működnek. A magas frekvenciájúakat úgy tervezték, hogy csikorgó felsőkkel működjenek (innen ered a közös név - "magassugárzó"). Benne dolgoznakfrekvenciatartomány 2 kilohertz - 20 kilohertz. A középső hangszórók 200 hertz és 7 kilohertz közötti tartományban működnek. A mérnökök továbbra is igyekeznek minőségi, teljes hangsugárzót létrehozni. Sajnos a hangszóró ára ellentmond a minőségének, és egyáltalán nem indokolja.
Egy kicsit a mobil hangszórókról
A telefon hangszórói konstruktívan különböznek a "felnőtt" modellektől. Irreális egy ilyen összetett mechanizmust mobiltokba helyezni, ezért a mérnökök rámentek a trükkre, és számos elemet kicseréltek. Például a tekercsek rögzítettek lettek, és diffúzor helyett membránt használnak. A telefon hangszórói túlságosan leegyszerűsítettek, ezért ne várjon tőlük jó hangminőséget.
A frekvenciatartomány, amelyet egy ilyen elem lefedhet, jelentősen leszűkült. Hangzását tekintve közelebb áll a nagyfrekvenciás készülékekhez, mivel a telefontokban nincs több hely a vastag mágneses magok beépítésére.
A mobiltelefonban lévő hangszóró nemcsak méretében, hanem függetlenségének hiányában is különbözik. Az eszköz képességeit a szoftver korlátozza. Ez a hangszórók kialakításának védelme érdekében történik. Sokan kézzel távolítják el ezt a korlátot, majd felteszik maguknak a kérdést: "Miért sípolnak a hangszórók?"
Egy átlagos okostelefonban két ilyen elem van telepítve. Az egyik beszéd, a másik zenés. Néha kombinálják őket, hogy sztereó hatást érjenek el. Így vagy úgy, a hang mélységét és gazdagságát csak egy teljes értékű sztereó rendszerrel érheti el.
