En elektrodynamisk højttaler er en enhed, der konverterer et elektrisk signal til lyd ved at flytte en spole med strøm i magnetfeltet i en permanent magnet. Vi bruger disse enheder på daglig basis. Også selvom du ikke er stor fan af musik og ikke bruger en halv dag i høretelefoner. TV'er, radioer i biler og endda telefoner er udstyret med højttalere. Denne mekanisme, vi kender, er faktisk et helt kompleks af elementer, og dens enhed er et rigtigt ingeniørkunstværk.
I denne artikel vil vi se nærmere på højttalerenheden. Lad os diskutere, hvilke dele denne enhed består af, og hvordan de fungerer.
Historie
Dag starter en lille digression ind i historien bag opfindelsen af elektrodynamikken. Højttalere af lignende type blev brugt allerede i slutningen af 1920'erne. Bells telefon fungerede efter et lignende princip. Det involverede en membran, der bevægede sig i magnetfeltet af en permanent magnet. Disse højttalere havde mange alvorlige fejl: frekvensforvrængning, lydtab. For at løse problemerne forbundet med klassiske højttalere foreslog Oliver Lorde at bruge sit arbejde. Hans spole bevægede sig hen over kraftlinjerne. en lillesenere tilpassede to af hans kolleger teknologien til forbrugermarkedet og patenterede et nyt design af elektrodynamik, som stadig er i brug i dag.
Højttalerenhed
Højttaleren har et ret komplekst design og består af mange elementer. Højttalerdiagrammet (nedenfor) viser de vigtigste dele, der får højttaleren til at fungere korrekt.
Den akustiske højttalerenhed inkluderer følgende dele:
- ophæng (eller kantbølge);
- diffuser (eller membran);
- cap;
- stemmespole;
- core;
- magnetisk system;
- diffuserholder;
- fleksible kundeemner.
Forskellige højttalermodeller kan bruge forskellige unikke designelementer. Den klassiske højttalerenhed ser præcis sådan ud.
Lad os overveje hvert enkelt designelement mere detaljeret.
Kantkorrugering
Dette element kaldes også en "krave". Dette er en plast- eller gummikant, der beskriver den elektrodynamiske mekanisme over hele området. Nogle gange bruges naturlige stoffer med en speciel vibrationsdæmpende belægning som hovedmateriale. Korrugeringer er ikke kun opdelt efter den type materiale, de er lavet af, men også efter form. Den mest populære undertype er semi-toroide profiler.
Der er en række krav til "kraven", hvis overholdelse indikerer dens høje kvalitet. Det første krav er høj fleksibilitet. Korrugeringsresonansfrekvensskal være lav. Det andet krav er, at korrugeringen skal være godt fikseret og kun give én type svingning - parallel. Det tredje krav er pålidelighed. "kraven" skal reagere tilstrækkeligt på temperaturændringer og "norm alt" slid og bevare sin form i lang tid.
For at opnå den bedste balance i lyden bruges gummibølger i lavfrekvente højttalere og papirhøjttalere i højfrekvente.
Diffuser
Det vigtigste udstrålende objekt i elektrodynamik er en diffuser. Højttalerkeglen er en slags stempel, der bevæger sig i en lige linje op og ned og fastholder amplitude-frekvenskarakteristikken (herefter benævnt frekvensresponsen) i en lineær form. Når oscillationsfrekvensen stiger, begynder diffusoren at bøje. På grund af dette opstår der såkaldte stående bølger, som igen fører til dyk og stigninger i frekvensresponsgrafen. For at minimere denne effekt bruger designere stivere diffusorer lavet af materialer med lavere tæthed. Hvis højttalerstørrelsen er 12 tommer, vil frekvensområdet i den variere inden for 1 kilohertz for lave frekvenser, 3 kilohertz for medium og 16 kilohertz for høje frekvenser.
- Diffusorer kan være stive. De er lavet af keramik eller aluminium. Sådanne produkter giver det laveste niveau af lydforvrængning. Stive keglehøjttalere er meget dyrere end deres modstykker.
- Bløde diffusorer er lavet af polypropylen. Sådanne samples giver den blødeste og varmeste lyd på grund af absorptionen af bølger af et blødt materiale.
- Halvstive diffusorer er et kompromis. De er lavet af Kevlar eller glasfiber. Forvrængning fremkaldt af sådan en kegle er højere end hårde, men lavere end bløde.
Cap
Kasketten er en kunststof- eller stofskal, hvis hovedfunktion er at beskytte højttalerne mod støv. Derudover spiller hætten en vigtig rolle i dannelsen af en bestemt lyd. Især ved afspilning af mellemfrekvenser. Med henblik på den mest stive fastgørelse er hætterne lavet afrundede, hvilket giver dem en let bøjning. Som du sikkert allerede har forstået, er mangfoldigheden af materialer bare den samme for at opnå en bestemt lyd. Der anvendes stoffer med forskellige imprægneringer, film, cellulosesammensætninger og endda metalnet. Sidstnævnte udfører til gengæld også funktionen som en radiator. Aluminium eller metalnet leder overskydende varme væk fra spolen.
Puck
Nogle gange kaldes det også en "edderkop". Dette er en vægtig del placeret mellem højttalerkeglen og dens krop. Formålet med skiven er at opretholde en stabil resonans for basenhederne. Dette er især vigtigt, hvis der er pludselige ændringer i temperaturen i rummet. Skiven fikserer positionen af spolen og hele det bevægelige system og lukker også det magnetiske mellemrum, hvilket forhindrer støv i at trænge ind i det. Klassiske skiver er en rund bølgeplade. Mere moderne muligheder ser lidt anderledes ud. Nogle producenter ændrer bevidst formen på korrugeringerne for at øge linearitetenfrekvenser og stabiliserer puckens form. Dette design påvirker i høj grad prisen på højttaleren. Skiver er lavet af nylon, groft calico eller kobber. Den sidste mulighed, som i tilfældet med hætten, fungerer som en mini-radiator.
Stemmespole og magnetsystem
Så vi kom til elementet, som faktisk er ansvarligt for lydgengivelsen. Det magnetiske system er placeret i et lille hul i det magnetiske kredsløb og omdanner sammen med spolen elektrisk energi. Selve det magnetiske system er et system af en magnet i form af en ring og en kerne. Mellem dem, på tidspunktet for lydgengivelse, bevæger stemmespolen sig. En vigtig opgave for designere er at skabe et ensartet magnetfelt i et magnetisk system. For at gøre dette justerer højttalerproducenterne omhyggeligt stængerne og udstyrer kernen med en kobberspids. Strømmen til svingspolen tilføres gennem højttalerens fleksible ledninger - en almindelig ledning viklet over en syntetisk tråd.
Arbejdsprincip
Vi fandt ud af højttalerenheden, lad os gå videre til princippet om drift. Funktionsprincippet for højttaleren er som følger: strømmen, der går til spolen, får den til at oscillere vinkelret inden for magnetfeltet. Dette system trækker diffusoren med sig, hvilket får den til at oscillere med frekvensen af den påførte strøm og skaber afladede bølger. Diffusoren begynder at svinge og skaber lydbølger, der kan opfattes af det menneskelige øre. De sendes som et elektrisk signal til forstærkeren. Det er her lyden kommer fra.
Frekvensområde direkteafhænger af tykkelsen af de magnetiske kerner og størrelsen af højttaleren. Med et større magnetkredsløb øges mellemrummet i det magnetiske system, og med det øges den effektive del af spolen. Derfor kan kompakte højttalere ikke klare lave frekvenser i området 16-250 hertz. Deres minimumsfrekvenstærskel starter ved 300 hertz og slutter ved 12.000 hertz. Det er derfor, højttalerne krakelerer, når du skruer op for lyden.
Nominel elektrisk modstand
Tråden, der leverer strøm til spolen, har aktiv og reaktiv modstand. For at bestemme niveauet af sidstnævnte måler ingeniører det ved en frekvens på 1000 hertz og tilføjer den aktive modstand af svingspolen til den resulterende værdi. De fleste højttalere har et impedansniveau på 2, 4, 6 eller 8 ohm. Denne parameter skal overvejes, når du køber en forstærker. Det er vigtigt at blive enige om niveauet af arbejdsbyrden.
Frekvensområde
Det er allerede blevet sagt ovenfor, at det meste af elektrodynamikken kun gengiver en del af de frekvenser, som en person kan opfatte. Det er umuligt at lave en universel højttaler, der er i stand til at gengive hele området fra 16 hertz til 20 kilohertz, så frekvenserne blev opdelt i tre grupper: lav, medium og høj. Derefter begyndte designerne at skabe højttalere separat for hver frekvens. Det betyder, at basenhederne er bedst til at håndtere bassen. De opererer i området 25 hertz - 5 kilohertz. Højfrekvente dem er designet til at fungere med hvinende toppe (deraf det almindelige navn - "tweeter"). De arbejder ifrekvensområde 2 kilohertz - 20 kilohertz. Mellemtonehøjttalere fungerer i området 200 hertz - 7 kilohertz. Ingeniører forsøger stadig at skabe en højtaler af høj kvalitet. Ak, prisen på højttaleren går imod dens kvalitet og retfærdiggør den overhovedet ikke.
Lidt om mobilhøjttalere
Højttalere til en telefon adskiller sig konstruktivt fra "voksne" modeller. Det er urealistisk at placere en så kompleks mekanisme i en mobil taske, så ingeniørerne gik til tricket og erstattede en række elementer. Fx er spolerne fikseret, og der bruges en membran i stedet for en diffuser. Telefonhøjttalere er for forenklede, så forvent ikke høj lydkvalitet fra dem.
Frekvensområdet, som et sådant element kan dække, er betydeligt indsnævret. Med hensyn til lyden er den tættere på højfrekvente enheder, da der ikke er ekstra plads i telefoncoveret til at installere tykke magnetiske kerner.
Højttalerenheden i en mobiltelefon adskiller sig ikke kun i størrelse, men også i mangel på uafhængighed. Enhedens muligheder er begrænset af softwaren. Dette gøres for at beskytte højttalernes design. Mange mennesker fjerner denne grænse manuelt, og spørger derefter sig selv: "Hvorfor hvæser højttalerne?"
I en gennemsnitlig smartphone er to sådanne elementer installeret. Den ene tales, den anden er musikalsk. Nogle gange kombineres de for at opnå en stereoeffekt. På den ene eller den anden måde kan du kun opnå dybde og rigdom i lyden med et fuldgyldigt stereoanlæg.
