Elektrodynamický reproduktor je zařízení, které převádí elektrický signál na zvuk pohybem cívky s proudem v magnetickém poli permanentního magnetu. Tato zařízení používáme denně. A to i v případě, že nejste velkým hudebním fanouškem a ve sluchátkách nestrávíte půl dne. Televizory, rádia v autech a dokonce i telefony jsou vybaveny reproduktory. Tento nám známý mechanismus je ve skutečnosti celý komplex prvků a jeho zařízení je skutečným dílem inženýrského umění.
V tomto článku se blíže podíváme na reproduktorové zařízení. Pojďme diskutovat o tom, z jakých částí se toto zařízení skládá a jak fungují.
Historie
Začátek dne malou odbočkou do historie vynálezu elektrodynamiky. Reproduktory podobného typu se používaly již koncem 20. let 20. století. Bellův telefon fungoval na podobném principu. Jednalo se o membránu, která se pohybovala v magnetickém poli permanentního magnetu. Tyto reproduktory měly mnoho vážných nedostatků: frekvenční zkreslení, ztráta zvuku. K vyřešení problémů spojených s klasickými reproduktory Oliver Lorde navrhl použít svou práci. Jeho cívka se pohybovala přes siločáry. trochupozději dva z jeho kolegů přizpůsobili technologii pro spotřebitelský trh a patentovali nový design elektrodynamiky, který se používá dodnes.
Zařízení reproduktoru
Reproduktor má poměrně složitý design a skládá se z mnoha prvků. Schéma reproduktoru (níže) ukazuje klíčové části, které zajišťují správnou funkci reproduktoru.
Zařízení akustického reproduktoru obsahuje následující části:
- zavěšení (nebo zvlnění okraje);
- difuzér (nebo membrána);
- cap;
- hlasová cívka;
- core;
- magnetický systém;
- držák difuzoru;
- flexibilní potenciální zákazníci.
Různé modely reproduktorů mohou používat různé jedinečné designové prvky. Klasické reproduktorové zařízení vypadá přesně takto.
Zvažme každý jednotlivý designový prvek podrobněji.
Zvlnění okraje
Tento prvek se také nazývá „límec“. Jedná se o plastové nebo pryžové lemování, které celoplošně popisuje elektrodynamický mechanismus. Někdy se jako hlavní materiál používají přírodní tkaniny se speciálním povlakem tlumícím vibrace. Vlny se dělí nejen podle druhu materiálu, ze kterého jsou vyrobeny, ale také podle tvaru. Nejoblíbenějším podtypem jsou semi-toroidní profily.
Na „límec“je kladena řada požadavků, jejichž dodržení svědčí o jeho vysoké kvalitě. Prvním požadavkem je vysoká flexibilita. Rezonanční frekvence zvlněníby měla být nízká. Druhým požadavkem je, že zvlnění musí být dobře upevněno a poskytovat pouze jeden typ kmitání - paralelní. Třetím požadavkem je spolehlivost. "Obojek" musí adekvátně reagovat na změny teploty a "normální" opotřebení a po dlouhou dobu si zachovat svůj tvar.
Pro dosažení nejlepšího vyvážení zvuku se u nízkofrekvenčních reproduktorů používají pryžové zvlnění a u vysokofrekvenčních reproduktorů papírové.
Difuzér
Hlavním vyzařujícím objektem v elektrodynamice je difuzér. Kužel reproduktoru je druh pístu, který se pohybuje přímočaře nahoru a dolů a udržuje amplitudově-frekvenční charakteristiku (dále jen frekvenční charakteristiku) v lineární podobě. S rostoucí frekvencí kmitání se difuzor začne ohýbat. Kvůli tomu se objevují takzvané stojaté vlny, které zase vedou k poklesům a vzestupům v grafu frekvenční odezvy. Pro minimalizaci tohoto efektu používají konstruktéři tužší difuzory vyrobené z materiálů s nižší hustotou. Pokud je velikost reproduktoru 12 palců, pak se frekvenční rozsah v něm bude lišit v rozmezí 1 kilohertz pro nízké frekvence, 3 kilohertz pro střední a 16 kilohertz pro vysoké frekvence.
- Difuzory mohou být tuhé. Jsou vyrobeny z keramiky nebo hliníku. Takové produkty poskytují nejnižší úroveň zkreslení zvuku. Pevné kuželové reproduktory jsou mnohem dražší než jejich protějšky.
- Měkké difuzory jsou vyrobeny z polypropylenu. Takové vzorky poskytují nejjemnější a nejteplejší zvuk díky absorpci vln měkkým materiálem.
- Polotuhé difuzory jsou kompromisem. Jsou vyrobeny z kevlaru nebo sklolaminátu. Zkreslení vyvolané takovým kuželem je vyšší než tvrdé, ale nižší než měkké.
Cap
Víčko je syntetické nebo látkové pouzdro, jehož hlavní funkcí je chránit reproduktory před prachem. Navíc čepice hraje důležitou roli při tvorbě určitého zvuku. Zejména při přehrávání středních frekvencí. Pro účely co nejpevnějšího upevnění jsou krytky zaoblené, což jim dává mírný ohyb. Jak jste již pravděpodobně pochopili, rozmanitost materiálů je pro dosažení určitého zvuku stejná. Používají se tkaniny s různými impregnacemi, fóliemi, celulózovými kompozicemi a dokonce i kovovými sítěmi. Ty zase plní i funkci radiátoru. Hliníková nebo kovová síťovina odvádí přebytečné teplo pryč z cívky.
Puck
Někdy se mu také říká "pavouk". Jedná se o těžký díl umístěný mezi kuželem reproduktoru a jeho tělem. Účelem podložky je udržovat stabilní rezonanci pro basové reproduktory. To je zvláště důležité, pokud dojde k náhlým změnám teploty v místnosti. Podložka zafixuje polohu cívky a celého pohyblivého systému a také uzavře magnetickou mezeru, čímž zabrání vnikání prachu. Klasické podložky jsou kulatý vlnitý kotouč. Modernější možnosti vypadají trochu jinak. Někteří výrobci záměrně mění tvar zvlnění, aby zvýšili linearitufrekvence a stabilizují tvar puku. Toto provedení značně ovlivňuje cenu reproduktoru. Podložky jsou vyrobeny z nylonu, hrubého kalika nebo mědi. Poslední možnost, stejně jako v případě uzávěru, funguje jako mini radiátor.
Hlasová cívka a magnetický systém
Tak jsme se dostali k prvku, který je ve skutečnosti zodpovědný za reprodukci zvuku. Magnetický systém je umístěn v malé mezeře magnetického obvodu a spolu s cívkou přeměňuje elektrickou energii. Vlastní magnetický systém je systém magnetu ve formě prstence a jádra. Mezi nimi se v době reprodukce zvuku pohybuje kmitací cívka. Důležitým úkolem pro konstruktéry je vytvořit jednotné magnetické pole v magnetickém systému. K tomu výrobci reproduktorů pečlivě zarovnávají póly a opatřují jádro měděným hrotem. Proud do kmitací cívky je přiváděn přes ohebné vodiče reproduktoru - obyčejný drát navinutý přes syntetické vlákno.
Funkční princip
Přišli jsme na reproduktorové zařízení, přejděme k principu fungování. Princip činnosti reproduktoru je následující: proud jdoucí do cívky způsobuje, že osciluje kolmo v magnetickém poli. Tento systém táhne difuzér spolu s ním, což způsobuje, že osciluje na frekvenci aplikovaného proudu a vytváří vybité vlny. Difuzér začne kmitat a vytváří zvukové vlny, které může vnímat lidské ucho. Jsou přenášeny jako elektrický signál do zesilovače. Odtud zvuk pochází.
Přímý rozsah frekvencezávisí na tloušťce magnetických jader a velikosti reproduktoru. S větším magnetickým obvodem se zvětšuje mezera v magnetickém systému a s tím se zvětšuje i efektivní část cívky. To je důvod, proč si kompaktní reproduktory neporadí s nízkými frekvencemi v rozsahu 16-250 hertzů. Jejich minimální frekvenční práh začíná na 300 hertzech a končí na 12 000 hertzech. To je důvod, proč reproduktory praskají, když zvýšíte hlasitost.
Jmenovitý elektrický odpor
Vodič, který dodává proud do cívky, má aktivní a jalový odpor. Aby určili úroveň toho druhého, inženýři jej změří při frekvenci 1000 hertzů a k výsledné hodnotě připočítají aktivní odpor kmitací cívky. Většina reproduktorů má úroveň impedance 2, 4, 6 nebo 8 ohmů. Tento parametr je třeba vzít v úvahu při nákupu zesilovače. Je důležité se dohodnout na úrovni pracovní zátěže.
Frekvenční rozsah
Již bylo řečeno výše, že většina elektrodynamiky reprodukuje pouze část frekvencí, které člověk může vnímat. Není možné vyrobit univerzální reproduktor schopný reprodukovat celý rozsah od 16 hertzů do 20 kilohertzů, proto byly frekvence rozděleny do tří skupin: nízké, střední a vysoké. Poté začali konstruktéři vytvářet reproduktory zvlášť pro každou frekvenci. To znamená, že basové reproduktory nejlépe zvládají basy. Pracují v rozsahu 25 hertzů - 5 kilohertzů. Vysokofrekvenční jsou určeny pro práci s pískacími svršky (odtud společný název – „tweeter“). Pracují vfrekvenční rozsah 2 kilohertz - 20 kilohertz. Středobasové reproduktory pracují v rozsahu 200 hertzů - 7 kilohertzů. Inženýři se stále snaží vytvořit kvalitní reproduktor s plným rozsahem. Bohužel, cena reproduktoru jde proti jeho kvalitě a vůbec ji neospravedlňuje.
Něco málo o mobilních reproduktorech
Reproduktory pro telefon se od „dospělých“modelů konstruktivně liší. Umístit tak složitý mechanismus do mobilního pouzdra je nereálné, proto inženýři šli na trik a vyměnili řadu prvků. Cívky se například upevnily a místo difuzoru je použita membrána. Reproduktory telefonu jsou příliš zjednodušené, takže od nich nečekejte vysokou kvalitu zvuku.
Kmitočtový rozsah, který může takový prvek pokrýt, je výrazně zúžen. Z hlediska zvuku se blíží vysokofrekvenčním zařízením, protože v pouzdře telefonu není žádný další prostor pro instalaci silných magnetických jader.
Reproduktor v mobilním telefonu se liší nejen velikostí, ale také nedostatkem nezávislosti. Možnosti zařízení jsou omezeny softwarem. To se provádí za účelem ochrany konstrukce reproduktorů. Mnoho lidí tento limit odstraní ručně a pak se sami sebe zeptají: „Proč reproduktory pískají?“
V průměrném smartphonu jsou nainstalovány dva takové prvky. Jedna je mluvená, druhá hudební. Někdy jsou kombinovány pro dosažení stereo efektu. Tak či onak, hloubky a bohatosti zvuku dosáhnete pouze s plnohodnotným stereo systémem.
