Sähködynaaminen kaiutin on laite, joka muuntaa sähköisen signaalin ääneksi liikuttamalla kelaa virralla kestomagneetin magneettikentässä. Käytämme näitä laitteita päivittäin. Vaikka et olisi suuri musiikin ystävä etkä vietä puoli päivää kuulokkeissa. Televisiot, autojen radiot ja jopa puhelimet on varustettu kaiuttimilla. Tämä meille tuttu mekanismi on itse asiassa kokonaisuus elementtejä, ja sen laite on todellinen insinööritaiteen teos.
Tässä artikkelissa tarkastellaan lähemmin kaiutinlaitetta. Keskustellaan siitä, mistä osista tämä laite koostuu ja miten ne toimivat.
Historia
Päivä aloittaa pienen poikkeaman sähködynamiikan keksinnön historiaan. Samantyyppisiä kaiuttimia käytettiin jo 1920-luvun lopulla. Bellin puhelin toimi samalla periaatteella. Se sisälsi kalvon, joka liikkui kestomagneetin magneettikentässä. Näissä kaiuttimissa oli monia vakavia puutteita: taajuuden vääristymä, äänen menetys. Klassisiin kaiuttimiin liittyvien ongelmien ratkaisemiseksi Oliver Lorde ehdotti hänen työnsä käyttöä. Hänen kelansa liikkui voimalinjojen yli. vähänmyöhemmin kaksi hänen kollegansa mukautti teknologiaa kuluttajamarkkinoille ja patentoi uuden sähködynamiikan mallin, joka on edelleen käytössä.
Kaiutinlaite
Kaiuttimella on melko monimutkainen rakenne ja se koostuu monista elementeistä. Kaiutinkaavio (alla) näyttää tärkeimmät osat, jotka saavat kaiuttimen toimimaan oikein.
Akustinen kaiutinlaite sisältää seuraavat osat:
- jousitus (tai reunapoimutus);
- hajotin (tai kalvo);
- korkki;
- äänikela;
- ydin;
- magneettijärjestelmä;
- hajottimen pidike;
- joustavat liidit.
Eri kaiutinmalleissa voi olla erilaisia ainutlaatuisia suunnitteluelementtejä. Klassinen kaiutinlaite näyttää täsmälleen tältä.
Katsotaan jokaista yksittäistä suunnitteluelementtiä tarkemmin.
Reunapoimutus
Tätä elementtiä kutsutaan myös "kaulukseksi". Tämä on muovi- tai kumireuna, joka kuvaa sähködynaamista mekanismia koko alueella. Joskus päämateriaalina käytetään luonnollisia kankaita, joissa on erityinen tärinää vaimentava pinnoite. Aallot on jaettu paitsi materiaalityypin, josta ne on valmistettu, myös muodon mukaan. Suosituin alatyyppi on puolitoroidiset profiilit.
"Kaulukselle" on asetettu useita vaatimuksia, joiden noudattaminen osoittaa sen korkeaa laatua. Ensimmäinen vaatimus on suuri joustavuus. Aallotusresonanssitaajuuspitäisi olla alhainen. Toinen vaatimus on, että aallotuksen on oltava hyvin kiinnitetty ja saatava aikaan vain yhden tyyppinen värähtely - yhdensuuntainen. Kolmas vaatimus on luotettavuus. "Kauluksen" on reagoitava riittävästi lämpötilan muutoksiin ja "normaaliin" kulumiseen ja säilytettävä muotonsa pitkään.
Parhaan äänen tasapainon saavuttamiseksi matalataajuisissa kaiuttimissa käytetään kumia ja korkeataajuisissa kaiuttimissa paperia.
Hajottaja
Sähködynamiikan tärkein säteilevä kohde on diffuusori. Kaiutinkartio on eräänlainen mäntä, joka liikkuu suorassa linjassa ylös ja alas ja säilyttää amplitudi-taajuusominaisuuden (jäljempänä taajuusvaste) lineaarisessa muodossa. Kun värähtelytaajuus kasvaa, diffuusori alkaa taipua. Tästä johtuen ilmaantuu niin sanottuja seisovia a altoja, jotka puolestaan johtavat taajuusvastekäyrän laskuihin ja nousuihin. Tämän vaikutuksen minimoimiseksi suunnittelijat käyttävät jäykempiä diffuusoreita, jotka on valmistettu alhaisemman tiheyden materiaaleista. Jos kaiuttimen koko on 12 tuumaa, taajuusalue siinä vaihtelee 1 kilohertsin sisällä matalilla taajuuksilla, 3 kilohertsin sisällä keskitaajuuksilla ja 16 kilohertsillä korkeilla taajuuksilla.
- Hajottimet voivat olla jäykkiä. Ne on valmistettu keraamisesta tai alumiinista. Tällaiset tuotteet tarjoavat alhaisimman äänen vääristymisen. Jäykät kartiokaiuttimet ovat paljon kalliimpia kuin vastaavat.
- Pehmeät diffuusorit on valmistettu polypropeenista. Tällaiset näytteet tarjoavat pehmeimmän ja lämpimimmän äänen, koska pehmeä materiaali absorboi a altoja.
- Puolijäykät diffuusorit ovat kompromissi. Ne on valmistettu kevlarista tai lasikuidusta. Tällaisen kartion aiheuttama vääristymä on suurempi kuin kovien, mutta pienempi kuin pehmeiden.
Lippis
Suojus on synteettinen tai kangaskuori, jonka päätehtävä on suojata kaiuttimia pölyltä. Lisäksi korkilla on tärkeä rooli tietyn äänen muodostumisessa. Erityisesti keskitaajuuksia toistettaessa. Jäykimmän kiinnityksen takaamiseksi korkit on pyöristetty, jolloin ne taivutetaan hieman. Kuten luultavasti jo ymmärsit, materiaalien valikoima on aivan sama tietyn äänen saavuttamiseksi. Käytetään kankaita, joissa on erilaisia kyllästymiä, kalvoja, selluloosakoostumuksia ja jopa metalliverkkoja. Jälkimmäiset puolestaan toimivat myös jäähdyttimenä. Alumiini- tai metalliverkko johtaa ylimääräisen lämmön pois patarista.
Puck
Joskus sitä kutsutaan myös "hämähäkkiksi". Tämä on painava osa, joka sijaitsee kaiuttimen kartion ja sen rungon välissä. Pesin tarkoituksena on ylläpitää vakaa resonanssi bassokaiuttimille. Tämä on erityisen tärkeää, jos huoneessa tapahtuu äkillisiä lämpötilan muutoksia. Aluslevy kiinnittää kelan ja koko liikkuvan järjestelmän asennon ja sulkee myös magneettisen raon estäen pölyn pääsyn siihen. Classic aluslevyt ovat pyöreitä aallotettuja kiekkoja. Nykyaikaisemmat vaihtoehdot näyttävät hieman erilaisilta. Jotkut valmistajat muuttavat tarkoituksella aallotusten muotoa lineaarisuuden lisäämiseksitaajuuksia ja vakauttaa kiekon muotoa. Tämä muotoilu vaikuttaa suuresti kaiuttimen hintaan. Aluslevyt on valmistettu nailonista, karkeasta kalikosta tai kuparista. Viimeinen vaihtoehto, kuten korkin tapauksessa, toimii minijäähdyttimenä.
Äänikela ja magneettijärjestelmä
Joten pääsimme elementtiin, joka itse asiassa vastaa äänen toistosta. Magneettijärjestelmä sijaitsee magneettipiirin pienessä rakossa ja yhdessä kelan kanssa muuntaa sähköenergiaa. Magneettijärjestelmä itsessään on magneetin järjestelmä renkaan ja ytimen muodossa. Niiden välillä äänikela liikkuu äänen toiston aikana. Suunnittelijoiden tärkeä tehtävä on luoda yhtenäinen magneettikenttä magneettijärjestelmään. Tätä varten kaiutinvalmistajat kohdistavat navat huolellisesti ja varustavat ytimen kuparisella kärjellä. Virta puhekelaan syötetään kaiuttimen joustavien johtimien kautta - tavallisen langan kautta, joka on kierretty synteettiselle langalle.
Toimintaperiaate
Selvitimme kaiutinlaitteen, siirrytään toimintaperiaatteeseen. Kaiuttimen toimintaperiaate on seuraava: kelaan menevä virta saa sen värähtelemään kohtisuoraan magneettikentän sisällä. Tämä järjestelmä vetää diffuusoria mukanaan, jolloin se värähtelee syötetyn virran taajuudella ja luo purkautuneita a altoja. Hajotin alkaa värähdellä ja luo äänia altoja, jotka ihmiskorva havaitsee. Ne lähetetään sähköisenä signaalina vahvistimeen. Tästä ääni tulee.
Taajuusalue suoraanriippuu magneettisydämien paksuudesta ja kaiuttimen koosta. Suuremmalla magneettipiirillä magneettijärjestelmän rako kasvaa ja sen mukana kelan tehollinen osa kasvaa. Siksi kompaktit kaiuttimet eivät selviä matalilla taajuuksilla alueella 16-250 hertsiä. Niiden vähimmäistaajuuskynnys alkaa 300 hertsistä ja päättyy 12 000 hertsiin. Tästä syystä kaiuttimet rätisevät, kun lisäät äänenvoimakkuutta.
Nimellinen sähkövastus
Kelaan virtaa syöttävässä johdossa on aktiivinen ja reaktiivinen vastus. Jälkimmäisen tason määrittämiseksi insinöörit mittaavat sen 1000 hertsin taajuudella ja lisäävät äänikelan aktiivisen vastuksen tuloksena olevaan arvoon. Useimpien kaiuttimien impedanssitaso on 2, 4, 6 tai 8 ohmia. Tämä parametri on otettava huomioon vahvistinta ostettaessa. On tärkeää sopia työmäärän tasosta.
Taajuusalue
Edellä on jo sanottu, että suurin osa sähködynamiikasta toistaa vain osan taajuuksista, jotka ihminen voi havaita. On mahdotonta tehdä universaalia kaiutinta, joka pystyisi toistamaan koko alueen 16 hertsistä 20 kilohertsiin, joten taajuudet jaettiin kolmeen ryhmään: matalat, keskitasot ja korkeat. Sen jälkeen suunnittelijat alkoivat luoda kaiuttimia erikseen jokaiselle taajuudelle. Tämä tarkoittaa, että bassokaiuttimet hallitsevat parhaiten basson. Ne toimivat alueella 25 hertsiä - 5 kilohertsiä. Korkeataajuiset on suunniteltu toimimaan vinkuvien yläosien kanssa (tästä yleisnimi - "diskantti"). He työskentelevät sisällätaajuusalue 2 kilohertsiä - 20 kilohertsiä. Keskiäänikaiuttimet toimivat taajuudella 200 hertsiä - 7 kilohertsiä. Insinöörit yrittävät edelleen luoda laadukkaan täyden valikoiman kaiuttimen. Valitettavasti kaiuttimen hinta on vastoin sen laatua eikä oikeuta sitä ollenkaan.
Hieman mobiilikaiuttimista
Puhelimen kaiuttimet eroavat "aikuisten" malleista rakentavasti. On epärealistista sijoittaa niin monimutkainen mekanismi matkapuhelinkoteloon, joten insinöörit menivät temppuun ja vaihtoivat useita elementtejä. Esimerkiksi kelat ovat jähmettyneet ja diffuusorin sijasta käytetään kalvoa. Puhelimen kaiuttimet ovat liian yksinkertaistettuja, joten älä odota niiltä korkeaa äänenlaatua.
Taajuusalue, jonka tällainen elementti voi kattaa, on huomattavasti kaventunut. Soundiltaan se on lähempänä korkeataajuisia laitteita, koska puhelimen kotelossa ei ole ylimääräistä tilaa paksujen magneettisydämien asentamiseen.
Matkapuhelimen kaiutinlaite eroaa paitsi koon, myös riippumattomuuden puutteen os alta. Ohjelmisto rajoittaa laitteen ominaisuuksia. Tämä tehdään kaiuttimien suunnittelun suojaamiseksi. Monet ihmiset poistavat tämän rajan manuaalisesti ja kysyvät sitten itseltään: "Miksi kaiuttimet vinkuvat?"
Keskimääräiseen älypuhelimeen on asennettu kaksi tällaista elementtiä. Toinen on puhuttu, toinen on musiikillinen. Joskus niitä yhdistetään stereovaikutelman aikaansaamiseksi. Tavalla tai toisella voit saavuttaa äänen syvyyden ja täyteläisyyden vain täysimittaisella stereojärjestelmällä.
