The Science of Sound and Anatomy of a Speaker

Od dźwięku do prądu elektrycznego i z powrotem

To dość niesamowite, gdy się nad tym zastanowić, magnesy przymocowane do głośnika wysokotonowego lub niskotonowego, podstawowych komponentów głośnika, mogą odtworzyć każdy dźwięk po prostu przesuwając się tam i z powrotem w precyzyjny sposób. Kiedy głośnik wysokotonowy lub niskotonowy, zwany również głośnikiem wysokotonowym, porusza się tam i z powrotem, wytwarza wibracje w powietrzu, zwane inaczej falami dźwiękowymi. W jaki sposób przetwornik porusza się we właściwy sposób, aby wiernie odtworzyć odtwarzane nagranie? Nagranie zawiera kodowanie fali dźwiękowej w pewien sposób, albo poprzez przekształcenie fal dźwiękowych w rowki na płycie, wgłębienia na płycie CD, albo po prostu dane binarne w pliku cyfrowym. Zakodowana translacja fali dźwiękowej jest następnie przekształcana na sygnał elektryczny, który jest przekazywany z urządzenia odtwarzającego, a następnie wzmacniany we wzmacniaczu zewnętrznym, odbiorniku lub we wzmacniaczu wewnątrz głośników. To właśnie te sygnały elektryczne, zwane również prądowymi, zmieniają polaryzację magnesu wewnątrz głośnika, zwanego cewką drgającą. Ponieważ polaryzacja cewki jest przełączana przez prąd tam i z powrotem, przesuwa się ona bliżej lub dalej od innego magnesu znajdującego się obok niej. Ponieważ cewka jest przymocowana do głośnika, obie cewki poruszają się razem, a prąd jest zamieniany z powrotem na fale dźwiękowe.

Jedną z ciekawszych części tego procesu jest to, że gdy dźwięk dociera do naszych uszu, nasz układ nerwowy ponownie przekłada wibracje z dźwięku na prąd elektryczny, który następnie jest przetwarzany przez nasz mózg, gdzie zaczyna się naprawdę tajemnicza część, gdy interpretujemy ten dźwięk poprzez percepcję. Tak więc w zasadzie cały proces nagrywania, odtwarzania dźwięku, a nawet nasz słuch jest tylko konwersja wibracji do prądu elektrycznego i na odwrót. Jedynym wyjątkiem jest przechowywanie informacji na płycie, kawałku winylu, itp. aż do momentu, gdy będzie można je odtworzyć, lub przekształcić w prąd, w późniejszym czasie.

Przyjrzyjmy się dokładniej komponentom, które składają się tylko na sterownik i jak każdy z nich działa:

Anatomia głośnikowego przetwornika

  • Cone: Stożek jest połączony z cewką i porusza powietrzem, tworząc fale dźwiękowe. Większość nowoczesnych głośników wysokotonowych przesuwa powietrze za pomocą kopułki, a nie stożka. Cewka głośnikowa: Elektromagnes, który napędza stożek i jest naprzemiennie ładowany dodatnio i ujemnie: Niezmienne pole magnetyczne, które umożliwia przyciąganie lub odpychanie cewki drgającej o zmiennej sile magnetycznej. Płyta górna, płyta tylna i element biegunowy: Elementy przewodzące prąd magnetyczny, które skutecznie koncentrują energię magnesu wokół cewki drgającej. Pająk: Sprężysty dysk z tkaniny, który zapobiega przesuwaniu się cewki drgającej i dolnej części stożka na boki i skupia ruch cewki w przód i w tył. Dookoła: Elastyczny pierścień, który zapobiega przesuwaniu się stożka na boki, umożliwiając jednocześnie jego pchanie do przodu i do tyłu. Wraz z pająkiem tworzy się układ zawieszenia dla części, które się poruszają, przy czym częściami ruchomymi są stożek i cewka drgająca. Druty giętkie i zaciski drutowe: Elementy te przenoszą prąd elektryczny ze wzmacniacza do cewki drgającej. Korek przeciwpyłowy: Osłania środkową część stożka i zapobiega przedostawaniu się zanieczyszczeń do szczeliny między magnesem a masztem, w której znajduje się cewka drgająca. Rama (lub koszyk): Trzyma razem cały zespół głośników i mocuje go do obudowy.

Oprócz głośnika jest jeszcze kilka innych części, które musimy wykonać jako kompletny głośnik. Najpierw obudowa, która jest tylko pudełkiem, w którym montowane są przetworniki. Po co nam obudowa? Jej głównym zadaniem jest uwięzienie fal dźwiękowych wydobywających się z tylnej części przetwornika i zapewnienie, że nie będą one tłumić dźwięku dochodzącego z przodu przetwornika. Obudowa zapewnia również prawidłowe ustawienie przetworników względem siebie i pozwala na ich sprawną pracę.

Inną cechą, którą można zobaczyć w wielu głośnikach, jest port, który jest tylko otworem w głośniku, który pozwala na wydostawanie się długich fal niskich częstotliwości z obudowy i wzmacnia odpowiedź basową głośnika. Dzięki umieszczeniu portu głośnik będzie w stanie odtwarzać basy z większą objętością niż bez niego. Inną metodą zwiększenia przenoszenia basu przez głośnik jest zastosowanie pasywnej chłodnicy, która posiada wszystkie części zwykłego głośnika, za wyjątkiem cewki drgającej i magnesu ans nie jest podłączona do wzmacniacza. Pasywna chłodnica porusza się tam i z powrotem z falami basowymi tworzonymi przez inne przetworniki i pozwala na uzyskanie większej ilości basu z głośnika. W niektórych przypadkach chłodnica pasywna może być lepsza od portu, ponieważ nie ma takiej samej tendencji do turbulencji czy szumów portowych. Pozwala on również na zachowanie małych rozmiarów obudowy głośnika, co jest metodą inżynierską, którą w Aperion stosujemy w przypadku naszych niewielkich subwooferów i kanałów centralnych.

W końcu w głośnikach z więcej niż jednym przetwornikiem, czyli prawie we wszystkich kolumnach, zastosowano zwrotnice, aby zapewnić, że różne przetworniki odtwarzają częstotliwości, dla których zostały zaprojektowane. Na przykład w przypadku głośnika z dwoma przetwornikami, czyli głośnika wysokotonowego i jednego lub więcej głośników niskotonowych, które grają w tym samym zakresie częstotliwości, zwrotnica odfiltruje niskie częstotliwości, zanim sygnał dotrze do głośnika wysokotonowego, a następnie odfiltruje wysokie częstotliwości, zanim dotrą do głośnika niskotonowego. Dzięki temu przetworniki nie tracą energii próbując odtworzyć częstotliwości niesłyszalne dla naszych uszu, gdy są produkowane przez ten przetwornik. Zazwyczaj do odfiltrowania niższych częstotliwości używane są kondensatory, a do odfiltrowania wysokich częstotliwości cewka lub induktor. Punktem zwrotnym jest częstotliwość, gdy odpowiedź jednego sterownika spada w decybelach (dB), a odpowiedź innego sterownika wzrasta. Możesz myśleć o zwrotnicy jako o "dłoni wyłączonej" dźwięku z jednego sterownika do drugiego. Użycie komponentów do stworzenia idealnego punktu zwrotnicy dla każdego z głośników ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia, że różne głośniki w głośniku płynnie łączą się ze sobą, jednocześnie wiernie odtwarzając pełne spektrum audio.

Wyjaśnione spektrum audio

  • Co to jest Impedancja Nominalna? Impedancja jest miarą oporu. Wszystkie urządzenia elektryczne do pewnego stopnia opierają się przepływowi prądu. Ponieważ przy niektórych częstotliwościach opór jest większy niż przy innych, inżynierowie myśleli, że będą mylili laików. Wybrali więc słowo impedancja zamiast oporu. Ale koncepcja jest taka sama. Nominalna impedancja (opór) oznacza, że "najniższa impedancja (opór) będzie przy każdej częstotliwości nie jest dużo niższa od podanej specyfikacji". Ta specyfikacja nie jest związana z jakością działania głośników, ale może mieć wpływ na to, ile mocy głośnik pobiera z odbiornika. Im niższa impedancja, tym większą moc głośnik będzie pobierał z odbiornika za pomocą pokrętła "volume" w danym miejscu. Dlatego jeśli Twój głośnik ma niską nominalną impedancję, zazwyczaj 4 omy lub mniejszą, będziesz potrzebował wzmacniacza o większej mocy, aby go zasilić. Co to jest sprawność (znana również jako SPL)? Sprawność głośnika to to jak głośno będzie on grał, w dB, gdy zasilany jest z jednego wata mocy i mierzona z odległości jednego metra. Jeśli głośnik ma o 10dB większą sprawność niż inny, to przy tej samej mocy będzie grał dwa razy głośniej. Wzrost o 3 dB oznacza, że będzie grał równie głośno z połową mocy. Nie należy mylić wydajności z jakością. W rzeczywistości wiele dobrych głośników, takich jak samochody o wysokiej wydajności, ma niską wydajność. Co to jest czułość? To wymaga wydajności i dodaje efekt impedancji. Jeśli dwa głośniki mają taką samą sprawność, ale połowę impedancji (rezystancji), to głośniej będzie grał 3dB, ponieważ pobiera dwa razy więcej mocy z wzmacniacza (i to bez dotykania pokrętła głośności). Co to jest charakterystyka częstotliwościowa (Frequency Response)? Jest to zazwyczaj najbardziej wiarygodny wskaźnik jakości dźwięku głośnika. Niestety, jest to również najłatwiejszy do manipulowania parametr, biorąc pod uwagę, że zależy on od rozmieszczenia mikrofonu, umiejscowienia w pomieszczeniu, sposobu skalowania i wygładzania charakterystyki przenoszenia, itp. Jeśli wasz zestaw głośnikowy rzeczywiście ma +/- 3dB, to jest tylko 3dB odchylenia, od 300 Hz do 18,000 Hz w warunkach laboratoryjnych i +/- 5 dB od 30 Hz do 500 Hz w pozycji odsłuchowej, to prawdopodobnie będzie to rzeczywiście dobrze brzmiący system. Jeśli zdecydujecie się przyjrzeć wykresom odpowiedzi, pamiętajcie, że szorstkie szczyty, które są wąskie w zakresie częstotliwości, nie będą tak słyszalne jak wykresy, które mają szeroki zakres częstotliwości, który jest niski lub podwyższony. Co to jest Power Handling? Ciągłe przenoszenie mocy jest ograniczone tylko przez to, jak gorąca może być cewka drgająca, zanim klej trzymający przewód zacznie się topić. Szczytowa moc odnosi się do tego, jak duże chwilowe pęknięcie (przy najbardziej kłopotliwej częstotliwości basu) może zająć głośnik. Jest to nieco podstępna specyfikacja, ponieważ jeśli głośnik ma moc 100 W, nie wiemy jak długo jest w stanie utrzymać ten poziom mocy. Również to, że głośnik jest w stanie obsłużyć dużą ilość mocy, nie oznacza, że jest lepszy niż głośnik o mniejszej mocy. Wreszcie, specyfikacja przenoszenia mocy jest naprawdę ważna tylko wtedy, gdy planujesz grać głośno przez długi czas. Jaka jest zalecana moc (wzmacniacz)? To definiuje pojęcie producenta o rozsądnym zakresie mocy wzmacniacza (lub odbiornika) dla jego głośnika. Ta specyfikacja jest pomocnym sposobem na subiektywne połączenie obsługi mocy i wydajności w jedną użyteczną ocenę. Co to jest Max SPL? Jest to miara tego, jak głośno może grać głośnik. Trudno jest zrozumieć tę specyfikację. Nie jest to najbardziej pomocna specyfikacja, ponieważ nie ma prawdziwego standardu w zakresie warunków, które są używane do testowania maksymalnego SPL głośnika, więc możesz nie porównywać jabłek z jabłkami, gdy patrzysz na różne głośniki.

Miejmy nadzieję, że ten artykuł pomoże zdemistyfikować sposób działania głośników, a także pomoże Ci podjąć świadomą decyzję o zakupie przy następnych zakupach głośników. Pamiętaj tylko, że najważniejsze jest, aby zaufać swoim uszom i jak zawsze cieszyć się słuchaniem!