Ένα ηλεκτροδυναμικό μεγάφωνο είναι μια συσκευή που μετατρέπει ένα ηλεκτρικό σήμα σε ήχο μετακινώντας ένα πηνίο με ρεύμα στο μαγνητικό πεδίο ενός μόνιμου μαγνήτη. Χρησιμοποιούμε αυτές τις συσκευές σε καθημερινή βάση. Ακόμα κι αν δεν είσαι μεγάλος λάτρης της μουσικής και μην περνάς μισή μέρα στα ακουστικά. Οι τηλεοράσεις, τα ραδιόφωνα στα αυτοκίνητα, ακόμη και τα τηλέφωνα είναι εξοπλισμένα με ηχεία. Αυτός ο γνωστός σε εμάς μηχανισμός είναι στην πραγματικότητα ένα ολόκληρο σύμπλεγμα στοιχείων και η συσκευή του είναι ένα πραγματικό έργο μηχανικής τέχνης.
Σε αυτό το άρθρο, θα ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στη συσκευή των ηχείων. Ας συζητήσουμε από ποια εξαρτήματα αποτελείται αυτή η συσκευή και πώς λειτουργούν.
Ιστορία
Ημέρα ξεκινά μια μικρή παρέκβαση στην ιστορία της εφεύρεσης της ηλεκτροδυναμικής. Ηχεία παρόμοιου τύπου χρησιμοποιήθηκαν ήδη από τα τέλη της δεκαετίας του 1920. Το τηλέφωνο του Bell λειτουργούσε με παρόμοια αρχή. Περιλάμβανε μια μεμβράνη που κινούνταν στο μαγνητικό πεδίο ενός μόνιμου μαγνήτη. Αυτά τα ηχεία είχαν πολλά σοβαρά ελαττώματα: παραμόρφωση συχνότητας, απώλεια ήχου. Για να λύσει τα προβλήματα που σχετίζονται με τα κλασικά μεγάφωνα, ο Oliver Lorde πρότεινε τη χρήση του έργου του. Το πηνίο του κινήθηκε πέρα από τις γραμμές της δύναμης. λίγοαργότερα, δύο από τους συναδέλφους του προσάρμοσαν την τεχνολογία για την καταναλωτική αγορά και κατοχύρωσαν με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας ένα νέο σχέδιο ηλεκτροδυναμικής που εξακολουθεί να χρησιμοποιείται σήμερα.
Συσκευή ηχείων
Το ηχείο έχει αρκετά περίπλοκο σχεδιασμό και αποτελείται από πολλά στοιχεία. Το διάγραμμα ηχείων (παρακάτω) δείχνει τα βασικά μέρη που κάνουν το ηχείο να λειτουργεί σωστά.
Η συσκευή ακουστικών ηχείων περιλαμβάνει τα ακόλουθα μέρη:
- ανάρτηση (ή αυλάκωση άκρων);
- διαχύτης (ή μεμβράνη);
- cap;
- κουμπί φωνής;
- πυρήνας;
- μαγνητικό σύστημα;
- στήριγμα διαχύτη;
- ευέλικτοι δυνητικοί πελάτες.
Διαφορετικά μοντέλα ηχείων ενδέχεται να χρησιμοποιούν διαφορετικά μοναδικά σχεδιαστικά στοιχεία. Η κλασική συσκευή ηχείων μοιάζει ακριβώς έτσι.
Ας εξετάσουμε κάθε μεμονωμένο στοιχείο σχεδίασης με περισσότερες λεπτομέρειες.
Κυματισμός άκρων
Αυτό το στοιχείο ονομάζεται επίσης "κολάρο". Πρόκειται για μια πλαστική ή ελαστική μπορντούρα που περιγράφει τον ηλεκτροδυναμικό μηχανισμό σε ολόκληρη την περιοχή. Μερικές φορές φυσικά υφάσματα με ειδική επίστρωση απόσβεσης κραδασμών χρησιμοποιούνται ως κύριο υλικό. Οι αυλακώσεις χωρίζονται όχι μόνο από τον τύπο του υλικού από το οποίο κατασκευάζονται, αλλά και από το σχήμα. Ο πιο δημοφιλής υποτύπος είναι τα ημι-τοροειδή προφίλ.
Υπάρχει μια σειρά από απαιτήσεις για το «κολάρο», η τήρηση των οποίων υποδηλώνει την υψηλή του ποιότητα. Η πρώτη απαίτηση είναι η υψηλή ευελιξία. Συχνότητα συντονισμού αυλάκωσηςπρέπει να είναι χαμηλή. Η δεύτερη απαίτηση είναι ότι η αυλάκωση πρέπει να είναι καλά στερεωμένη και να παρέχει μόνο έναν τύπο ταλάντωσης - παράλληλη. Η τρίτη προϋπόθεση είναι η αξιοπιστία. Το "κολάρο" πρέπει να ανταποκρίνεται επαρκώς στις αλλαγές θερμοκρασίας και στην "κανονική" φθορά, διατηρώντας το σχήμα του για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Για να επιτευχθεί η καλύτερη ισορροπία ήχου, χρησιμοποιούνται λαστιχένιες αυλακώσεις σε ηχεία χαμηλής συχνότητας και χάρτινα σε ηχεία υψηλής συχνότητας.
Diffuser
Το κύριο αντικείμενο ακτινοβολίας στην ηλεκτροδυναμική είναι ένας διαχύτης. Ο κώνος του ηχείου είναι ένα είδος εμβόλου που κινείται σε ευθεία γραμμή πάνω-κάτω και διατηρεί το χαρακτηριστικό πλάτους-συχνότητας (εφεξής καλούμενο ως απόκριση συχνότητας) σε γραμμική μορφή. Καθώς αυξάνεται η συχνότητα ταλάντωσης, ο διαχύτης αρχίζει να κάμπτεται. Εξαιτίας αυτού, εμφανίζονται τα λεγόμενα στάσιμα κύματα, τα οποία, με τη σειρά τους, οδηγούν σε βυθίσεις και αυξήσεις στο γράφημα απόκρισης συχνότητας. Για να ελαχιστοποιήσουν αυτό το αποτέλεσμα, οι σχεδιαστές χρησιμοποιούν πιο άκαμπτους διαχυτές κατασκευασμένους από υλικά χαμηλότερης πυκνότητας. Εάν το μέγεθος του ηχείου είναι 12 ίντσες, τότε το εύρος συχνοτήτων σε αυτό θα ποικίλλει εντός 1 kilohertz για χαμηλές συχνότητες, 3 kilohertz για μεσαίες και 16 kilohertz για υψηλές συχνότητες.
- Οι διαχυτές μπορεί να είναι άκαμπτοι. Είναι κατασκευασμένα από κεραμικό ή αλουμίνιο. Τέτοια προϊόντα παρέχουν το χαμηλότερο επίπεδο παραμόρφωσης ήχου. Τα ηχεία άκαμπτου κώνου είναι πολύ πιο ακριβά από τα αντίστοιχα.
- Οι μαλακοί διαχυτές είναι κατασκευασμένοι από πολυπροπυλένιο. Τέτοια δείγματα παρέχουν τον πιο απαλό και ζεστό ήχο λόγω της απορρόφησης των κυμάτων από ένα μαλακό υλικό.
- Οι ημιάκαμπτοι διαχυτές είναι ένας συμβιβασμός. Είναι κατασκευασμένα από Kevlar ή fiberglass. Η παραμόρφωση που προκαλείται από έναν τέτοιο κώνο είναι υψηλότερη από τους σκληρούς, αλλά χαμηλότερη από τους μαλακούς.
Cap
Το καπάκι είναι ένα συνθετικό ή υφασμάτινο κέλυφος του οποίου η κύρια λειτουργία είναι να προστατεύει τα ηχεία από τη σκόνη. Επιπλέον, το καπάκι παίζει σημαντικό ρόλο στη διαμόρφωση ενός συγκεκριμένου ήχου. Ειδικότερα, όταν παίζετε μεσαίες συχνότητες. Για το σκοπό της πιο άκαμπτης στερέωσης, τα καπάκια είναι στρογγυλεμένα, δίνοντάς τους μια ελαφριά κάμψη. Όπως πιθανότατα έχετε ήδη καταλάβει, η ποικιλία των υλικών είναι ακριβώς η ίδια για να πετύχετε έναν συγκεκριμένο ήχο. Χρησιμοποιούνται υφάσματα με διάφορους εμποτισμούς, μεμβράνες, συνθέσεις κυτταρίνης ακόμα και μεταλλικά πλέγματα. Οι τελευταίοι, με τη σειρά τους, εκτελούν επίσης τη λειτουργία ενός καλοριφέρ. Το αλουμίνιο ή το μεταλλικό πλέγμα απομακρύνει την υπερβολική θερμότητα από το πηνίο.
Puck
Μερικές φορές ονομάζεται και "αράχνη". Αυτό είναι ένα βαρύ τμήμα που βρίσκεται ανάμεσα στον κώνο του ηχείου και το σώμα του. Ο σκοπός της ροδέλας είναι να διατηρεί σταθερό συντονισμό για τα γούφερ. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό εάν υπάρχουν ξαφνικές αλλαγές στη θερμοκρασία στο δωμάτιο. Η ροδέλα σταθεροποιεί τη θέση του πηνίου και ολόκληρου του κινούμενου συστήματος και επίσης κλείνει το μαγνητικό κενό, εμποδίζοντας τη σκόνη να εισέλθει σε αυτό. Οι κλασικές ροδέλες είναι ένας στρογγυλός κυματοειδές δίσκος. Οι πιο σύγχρονες επιλογές φαίνονται λίγο διαφορετικές. Ορισμένοι κατασκευαστές αλλάζουν σκόπιμα το σχήμα των αυλακώσεων έτσι ώστε να αυξήσουν τη γραμμικότητασυχνότητες και σταθεροποιούν το σχήμα του ξωτικού. Αυτός ο σχεδιασμός επηρεάζει πολύ την τιμή του ηχείου. Οι ροδέλες είναι κατασκευασμένες από νάιλον, χοντρό τσίτι ή χαλκό. Η τελευταία επιλογή, όπως στην περίπτωση του καπακιού, λειτουργεί ως μίνι καλοριφέρ.
Σύστημα φωνητικού πηνίου και μαγνήτη
Φτάσαμε λοιπόν στο στοιχείο, το οποίο, στην πραγματικότητα, είναι υπεύθυνο για την αναπαραγωγή του ήχου. Το μαγνητικό σύστημα βρίσκεται σε ένα μικρό κενό του μαγνητικού κυκλώματος και, μαζί με το πηνίο, μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια. Το ίδιο το μαγνητικό σύστημα είναι ένα σύστημα μαγνήτη με τη μορφή δακτυλίου και πυρήνα. Ανάμεσά τους, τη στιγμή της αναπαραγωγής του ήχου, κινείται το πηνίο φωνής. Ένα σημαντικό καθήκον για τους σχεδιαστές είναι να δημιουργήσουν ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο σε ένα μαγνητικό σύστημα. Για να γίνει αυτό, οι κατασκευαστές ηχείων ευθυγραμμίζουν προσεκτικά τους πόλους και εξοπλίζουν τον πυρήνα με χάλκινη άκρη. Το ρεύμα στο πηνίο φωνής παρέχεται μέσω των εύκαμπτων καλωδίων του ηχείου - ένα συνηθισμένο σύρμα τυλιγμένο πάνω από ένα συνθετικό νήμα.
Αρχή λειτουργίας
Καταλάβαμε τη συσκευή ηχείου, ας προχωρήσουμε στην αρχή λειτουργίας. Η αρχή λειτουργίας του ηχείου είναι η εξής: το ρεύμα που πηγαίνει στο πηνίο το κάνει να ταλαντώνεται κάθετα μέσα στο μαγνητικό πεδίο. Αυτό το σύστημα σέρνει τον διαχύτη μαζί του, αναγκάζοντάς τον να ταλαντώνεται στη συχνότητα του εφαρμοζόμενου ρεύματος και δημιουργεί εκφορτιζόμενα κύματα. Ο διαχύτης αρχίζει να ταλαντώνεται και δημιουργεί ηχητικά κύματα που μπορούν να γίνουν αντιληπτά από το ανθρώπινο αυτί. Μεταδίδονται ως ηλεκτρικό σήμα στον ενισχυτή. Από εδώ προέρχεται ο ήχος.
Εύρος συχνότητας απευθείαςεξαρτάται από το πάχος των μαγνητικών πυρήνων και το μέγεθος του ηχείου. Με ένα μεγαλύτερο μαγνητικό κύκλωμα, το κενό στο μαγνητικό σύστημα αυξάνεται και μαζί με αυτό αυξάνεται το αποτελεσματικό μέρος του πηνίου. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα συμπαγή ηχεία δεν μπορούν να αντιμετωπίσουν χαμηλές συχνότητες στην περιοχή των 16-250 hertz. Το ελάχιστο όριο συχνότητάς τους ξεκινά από 300 hertz και τελειώνει στα 12.000 hertz. Γι' αυτό τα ηχεία τρίζουν όταν ανεβάζετε την ένταση.
Ονομαστική ηλεκτρική αντίσταση
Το καλώδιο που παρέχει ρεύμα στο πηνίο έχει ενεργή και αντιδραστική αντίσταση. Για να προσδιορίσουν το επίπεδο του τελευταίου, οι μηχανικοί το μετρούν σε συχνότητα 1000 hertz και προσθέτουν την ενεργή αντίσταση του πηνίου φωνής στην τιμή που προκύπτει. Τα περισσότερα ηχεία έχουν επίπεδο σύνθετης αντίστασης 2, 4, 6 ή 8 ohms. Αυτή η παράμετρος πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την αγορά ενός ενισχυτή. Είναι σημαντικό να συμφωνήσετε για το επίπεδο φόρτου εργασίας.
Εύρος συχνότητας
Έχει ήδη ειπωθεί παραπάνω ότι το μεγαλύτερο μέρος της ηλεκτροδυναμικής αναπαράγει μόνο ένα μέρος των συχνοτήτων που μπορεί να αντιληφθεί ένα άτομο. Είναι αδύνατο να κατασκευαστεί ένα ηχείο γενικής χρήσης ικανό να αναπαράγει ολόκληρο το εύρος από 16 hertz έως 20 kilohertz, επομένως οι συχνότητες χωρίστηκαν σε τρεις ομάδες: χαμηλή, μεσαία και υψηλή. Μετά από αυτό, οι σχεδιαστές άρχισαν να δημιουργούν ηχεία ξεχωριστά για κάθε συχνότητα. Αυτό σημαίνει ότι τα γούφερ χειρίζονται καλύτερα τα μπάσα. Λειτουργούν στην περιοχή των 25 hertz - 5 kilohertz. Τα υψηλής συχνότητας έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν με κορυφές που τσιρίζουν (εξ ου και η κοινή ονομασία - "tweeter"). Δουλεύουν μέσαεύρος συχνοτήτων 2 kilohertz - 20 kilohertz. Τα ηχεία μεσαίας συχνότητας λειτουργούν στην περιοχή 200 hertz - 7 kilohertz. Οι μηχανικοί εξακολουθούν να προσπαθούν να δημιουργήσουν ένα ποιοτικό ηχείο πλήρους εμβέλειας. Αλίμονο, η τιμή του ηχείου έρχεται σε αντίθεση με την ποιότητά του και δεν το δικαιολογεί καθόλου.
Λίγα για τα ηχεία για κινητά
Τα ηχεία για ένα τηλέφωνο διαφέρουν εποικοδομητικά από τα μοντέλα "ενηλίκων". Δεν είναι ρεαλιστικό να τοποθετήσετε έναν τόσο περίπλοκο μηχανισμό σε μια θήκη κινητής, έτσι οι μηχανικοί έκαναν το τέχνασμα και αντικατέστησαν μια σειρά από στοιχεία. Για παράδειγμα, τα πηνία έχουν σταθεροποιηθεί και χρησιμοποιείται μια μεμβράνη αντί για διαχύτη. Τα ηχεία τηλεφώνου είναι υπερβολικά απλοποιημένα, επομένως μην περιμένετε υψηλή ποιότητα ήχου από αυτά.
Το εύρος συχνοτήτων που μπορεί να καλύψει ένα τέτοιο στοιχείο περιορίζεται σημαντικά. Όσον αφορά τον ήχο του, είναι πιο κοντά σε συσκευές υψηλών συχνοτήτων, αφού δεν υπάρχει επιπλέον χώρος στη θήκη του τηλεφώνου για την τοποθέτηση παχιών μαγνητικών πυρήνων.
Η συσκευή ηχείου σε ένα κινητό τηλέφωνο διαφέρει όχι μόνο ως προς το μέγεθος, αλλά και ως προς την έλλειψη ανεξαρτησίας. Οι δυνατότητες της συσκευής περιορίζονται από το λογισμικό. Αυτό γίνεται για την προστασία του σχεδιασμού των ηχείων. Πολλοί άνθρωποι αφαιρούν αυτό το όριο με μη αυτόματο τρόπο και, στη συνέχεια, αναρωτιούνται: "Γιατί συρίγουν τα ηχεία;"
Σε ένα μέσο smartphone, εγκαθίστανται δύο τέτοια στοιχεία. Το ένα είναι προφορικό, το άλλο είναι μουσικό. Μερικές φορές συνδυάζονται για να επιτευχθεί ένα στερεοφωνικό εφέ. Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, μπορείτε να επιτύχετε βάθος και πλούτο στον ήχο μόνο με ένα πλήρες στερεοφωνικό σύστημα.
