En elektrodynamisk høyttaler er en enhet som konverterer et elektrisk signal til lyd ved å flytte en spole med strøm i magnetfeltet til en permanent magnet. Vi bruker disse enhetene på daglig basis. Selv om du ikke er en stor fan av musikk og ikke bruker en halv dag i hodetelefoner. TV-er, radioer i biler og til og med telefoner er utstyrt med høyttalere. Denne mekanismen som er kjent for oss er faktisk et helt kompleks av elementer, og enheten er et ekte ingeniørkunstverk.
I denne artikkelen skal vi se nærmere på høyttalerenheten. La oss diskutere hvilke deler denne enheten består av og hvordan de fungerer.
Historie
Dag starter en liten digresjon inn i historien til oppfinnelsen av elektrodynamikk. Høyttalere av lignende type ble brukt allerede på slutten av 1920-tallet. Bells telefon fungerte etter et lignende prinsipp. Det involverte en membran som beveget seg i magnetfeltet til en permanent magnet. Disse høyttalerne hadde mange alvorlige feil: frekvensforvrengning, lydtap. For å løse problemene knyttet til klassiske høyttalere foreslo Oliver Lorde å bruke arbeidet hans. Spolen hans beveget seg over kraftlinjene. littsenere tilpasset to av hans kolleger teknologien for forbrukermarkedet og patenterte en ny design av elektrodynamikk som fortsatt er i bruk i dag.
Høyttalerenhet
Høyttaleren har en ganske kompleks design og består av mange elementer. Høyttalerdiagrammet (nedenfor) viser nøkkeldelene som gjør at høyttaleren fungerer som den skal.
Den akustiske høyttalerenheten inkluderer følgende deler:
- suspensjon (eller kantbølge);
- diffusor (eller membran);
- cap;
- talespole;
- core;
- magnetisk system;
- diffuserholder;
- fleksible potensielle salg.
Ulike høyttalermodeller kan bruke forskjellige unike designelementer. Den klassiske høyttalerenheten ser akkurat slik ut.
La oss vurdere hvert enkelt designelement mer detaljert.
Kantkorrugering
Dette elementet kalles også en "krage". Dette er en plast- eller gummikant som beskriver den elektrodynamiske mekanismen over hele området. Noen ganger brukes naturlige stoffer med et spesielt vibrasjonsdempende belegg som hovedmateriale. Korrugeringer er delt inn ikke bare etter typen materiale de er laget av, men også etter form. Den mest populære undertypen er semi-toroidale profiler.
Det stilles en rekke krav til "kragen", hvis overholdelse indikerer dens høye kvalitet. Det første kravet er høy fleksibilitet. Korrugeringsresonansfrekvensbør være lav. Det andre kravet er at korrugeringen må være godt festet og kun gi en type svingning - parallell. Det tredje kravet er pålitelighet. "Kragen" må reagere tilstrekkelig på temperaturendringer og "normal" slitasje, og beholde formen i lang tid.
For å oppnå den beste balansen mellom lyd, brukes gummikorrugeringer i lavfrekvente høyttalere, og papirhøyttalere i høyfrekvente.
Diffuser
Det viktigste utstrålende objektet i elektrodynamikk er en diffusor. Høyttalerkjeglen er et slags stempel som beveger seg i en rett linje opp og ned og opprettholder amplitude-frekvenskarakteristikken (heretter referert til som frekvensresponsen) i en lineær form. Når oscillasjonsfrekvensen øker, begynner diffusoren å bøye seg. På grunn av dette oppstår såk alte stående bølger, som igjen fører til fall og stigninger i frekvensresponsgrafen. For å minimere denne effekten bruker designere stivere diffusorer laget av materialer med lavere tetthet. Hvis høyttalerstørrelsen er 12 tommer, vil frekvensområdet i den variere innen 1 kilohertz for lave frekvenser, 3 kilohertz for medium og 16 kilohertz for høye frekvenser.
- Diffusorer kan være stive. De er laget av keramikk eller aluminium. Slike produkter gir det laveste nivået av lydforvrengning. Høyttalere med stive konus er mye dyrere enn sine motparter.
- Myke diffusorer er laget av polypropylen. Slike sampler gir den mykeste og varmeste lyden på grunn av absorpsjon av bølger av et mykt materiale.
- Halvstive diffusorer er et kompromiss. De er laget av kevlar eller glassfiber. Forvrengning fremprovosert av en slik kjegle er høyere enn harde, men lavere enn myke.
Cap
Hatten er et syntetisk skall eller stoff som har som hovedfunksjon å beskytte høyttalerne mot støv. I tillegg spiller hetten en viktig rolle i dannelsen av en viss lyd. Spesielt når du spiller mellom frekvenser. For den mest stive festingen er hettene laget avrundet, noe som gir dem en liten bøyning. Som du sikkert allerede har forstått, er variasjonen av materialer akkurat den samme for å oppnå en viss lyd. Stoffer med forskjellige impregneringer, filmer, cellulosesammensetninger og til og med metallnett brukes. Sistnevnte utfører på sin side også funksjonen til en radiator. Aluminium eller metallnett leder overflødig varme bort fra spolen.
Puck
Noen ganger kalles det også en "edderkopp". Dette er en tung del plassert mellom høyttalerkjeglen og kroppen. Hensikten med skiven er å opprettholde en stabil resonans for basselementene. Dette er spesielt viktig hvis det er plutselige endringer i temperaturen i rommet. Skiven fikser posisjonen til spolen og hele det bevegelige systemet, og lukker også det magnetiske gapet, og forhindrer at støv kommer inn i det. Klassiske skiver er en rund bølget skive. Mer moderne alternativer ser litt annerledes ut. Noen produsenter endrer bevisst formen på korrugeringene for å øke linearitetenfrekvenser og stabiliserer formen på pucken. Denne designen påvirker i stor grad prisen på høyttaleren. Skiver er laget av nylon, grovt calico eller kobber. Det siste alternativet, som i tilfellet med hetten, fungerer som en miniradiator.
Talespole og magnetsystem
Så vi kom til elementet, som faktisk er ansvarlig for lydgjengivelsen. Det magnetiske systemet er plassert i et lite gap i den magnetiske kretsen og konverterer sammen med spolen elektrisk energi. Det magnetiske systemet i seg selv er et system av en magnet i form av en ring og en kjerne. Mellom dem, på tidspunktet for lydgjengivelse, beveger stemmespolen seg. En viktig oppgave for designere er å skape et enhetlig magnetfelt i et magnetisk system. For å gjøre dette, justerer høyttalerprodusentene polene nøye og utstyrer kjernen med en kobberspiss. Strømmen til talespolen tilføres gjennom de fleksible ledningene til høyttaleren - en vanlig ledning viklet over en syntetisk tråd.
Arbeidsprinsipp
Vi fant ut høyttalerenheten, la oss gå videre til operasjonsprinsippet. Driftsprinsippet til høyttaleren er som følger: strømmen som går til spolen får den til å oscillere vinkelrett innenfor magnetfeltet. Dette systemet drar diffusoren med seg, får den til å oscillere med frekvensen til den påførte strømmen, og skaper utladede bølger. Diffusoren begynner å svinge og lager lydbølger som kan oppfattes av det menneskelige øret. De sendes som et elektrisk signal til forsterkeren. Det er her lyden kommer fra.
Frekvensområde direkteavhenger av tykkelsen på de magnetiske kjernene og størrelsen på høyttaleren. Med en større magnetkrets øker gapet i magnetsystemet, og med det øker den effektive delen av spolen. Det er grunnen til at kompakte høyttalere ikke kan takle lave frekvenser i området 16-250 hertz. Deres minste frekvensterskel starter på 300 hertz og slutter på 12 000 hertz. Det er derfor høyttalerne sprekker når du skruer opp volumet.
Nominell elektrisk motstand
Ledningen som leverer strøm til spolen har aktiv og reaktiv motstand. For å bestemme nivået til sistnevnte, måler ingeniører det med en frekvens på 1000 hertz og legger til den aktive motstanden til talespolen til den resulterende verdien. De fleste høyttalere har et impedansnivå på 2, 4, 6 eller 8 ohm. Denne parameteren må vurderes når du kjøper en forsterker. Det er viktig å bli enige om arbeidsmengden.
Frekvensområde
Det er allerede sagt ovenfor at det meste av elektrodynamikken gjengir bare en del av frekvensene som en person kan oppfatte. Det er umulig å lage en universalhøyttaler som er i stand til å gjengi hele området fra 16 hertz til 20 kilohertz, så frekvensene ble delt inn i tre grupper: lav, middels og høy. Etter det begynte designerne å lage høyttalere separat for hver frekvens. Dette betyr at basshøyttalere er best til å håndtere bassen. De opererer i området 25 hertz - 5 kilohertz. Høyfrekvente er designet for å fungere med squealing topper (derav det vanlige navnet - "tweeter"). De jobber ifrekvensområde 2 kilohertz - 20 kilohertz. Mellomtonehøyttalere fungerer i området 200 hertz - 7 kilohertz. Ingeniører prøver fortsatt å lage en høytaler av høy kvalitet. Dessverre, prisen på høyttaleren strider mot kvaliteten og rettferdiggjør den ikke i det hele tatt.
Litt om mobilhøyttalere
Høyttalere for en telefon skiller seg konstruktivt fra "voksne" modeller. Det er urealistisk å plassere en så kompleks mekanisme i et mobildeksel, så ingeniørene gikk til trikset og byttet ut en rekke elementer. For eksempel har spolene festet seg, og det brukes en membran i stedet for en diffusor. Telefonhøyttalere er forenklede, så ikke forvent høy lydkvalitet fra dem.
Frekvensområdet som et slikt element kan dekke er betydelig innsnevret. Når det gjelder lyden, er den nærmere høyfrekvente enheter, siden det ikke er ekstra plass i telefondekselet for å installere tykke magnetkjerner.
Høyttalerenheten i en mobiltelefon er ikke bare forskjellig i størrelse, men også i mangel på uavhengighet. Funksjonene til enheten er begrenset av programvaren. Dette er gjort for å beskytte utformingen av høyttalerne. Mange fjerner denne grensen manuelt, og spør seg selv: "Hvorfor piper høyttalerne?"
I en gjennomsnittlig smarttelefon er to slike elementer installert. Den ene er t alt, den andre er musikalsk. Noen ganger kombineres de for å oppnå en stereoeffekt. På en eller annen måte kan du kun oppnå dybde og rikdom i lyden med et fullverdig stereoanlegg.
