Elektrodinamiskais skaļrunis ir ierīce, kas pārvērš elektrisko signālu skaņā, pārvietojot spoli ar strāvu pastāvīgā magnēta magnētiskajā laukā. Mēs izmantojam šīs ierīces ikdienā. Pat ja neesi liels mūzikas cienītājs un nepavadi pusi dienas austiņās. Televizori, radio aparāti automašīnās un pat telefoni ir aprīkoti ar skaļruņiem. Šis mums pazīstamais mehānisms patiesībā ir vesels elementu komplekss, un tā ierīce ir īsts inženierijas mākslas darbs.
Šajā rakstā mēs sīkāk aplūkosim skaļruņu ierīci. Apspriedīsim, no kurām daļām šī ierīce sastāv un kā tās darbojas.
Vēsture
Dienas sākums neliela atkāpe elektrodinamikas izgudrošanas vēsturē. Līdzīga tipa skaļruņi tika izmantoti jau 20. gadu beigās. Bellas telefons darbojās pēc līdzīga principa. Tas ietvēra membrānu, kas pārvietojās pastāvīgā magnēta magnētiskajā laukā. Šiem skaļruņiem bija daudz nopietnu trūkumu: frekvences kropļojumi, skaņas zudumi. Lai atrisinātu problēmas, kas saistītas ar klasiskajiem skaļruņiem, Olivers Lorde ieteica izmantot viņa darbu. Viņa spole pārvietojās pāri spēka līnijām. mazlietvēlāk divi viņa kolēģi pielāgoja tehnoloģiju patēriņa tirgum un patentēja jaunu elektrodinamikas dizainu, kas tiek izmantots vēl šodien.
Skaļruņa ierīce
Skaļrunim ir diezgan sarežģīts dizains, un tas sastāv no daudziem elementiem. Skaļruņu diagramma (zemāk) parāda galvenās daļas, kas nodrošina skaļruņa pareizu darbību.
Akustiskajā skaļruņa ierīcē ir šādas daļas:
- piekare (vai malu rievojums);
- difuzors (vai membrāna);
- cepure;
- balss spole;
- core;
- magnētiskā sistēma;
- difuzora turētājs;
- elastīgi potenciālie pirkumi.
Dažādos skaļruņu modeļos var būt izmantoti dažādi unikāli dizaina elementi. Klasiskā skaļruņu ierīce izskatās tieši šādi.
Apskatīsim katru atsevišķu dizaina elementu sīkāk.
malu rievojums
Šo elementu sauc arī par "apkakli". Šī ir plastmasas vai gumijas apmale, kas apraksta elektrodinamisko mehānismu visā laukumā. Dažreiz kā galvenais materiāls tiek izmantoti dabiskie audumi ar īpašu vibrācijas slāpējošu pārklājumu. Gofrējumus iedala ne tikai pēc materiāla veida, no kura tie izgatavoti, bet arī pēc formas. Populārākais apakštips ir daļēji toroidālie profili.
"Apkaklei" ir izvirzītas vairākas prasības, kuru ievērošana liecina par tās augsto kvalitāti. Pirmā prasība ir augsta elastība. Gofrēšanas rezonanses frekvencejābūt zemam. Otra prasība ir tāda, ka gofrēšanai jābūt labi nostiprinātai un jānodrošina tikai viena veida svārstības - paralēlas. Trešā prasība ir uzticamība. "Apkaklei" ir adekvāti jāreaģē uz temperatūras izmaiņām un "normālu" nodilumu, saglabājot savu formu ilgu laiku.
Lai panāktu vislabāko skaņas līdzsvaru, zemfrekvences skaļruņos tiek izmantotas gumijas rievojums, bet augstfrekvences skaļruņos - papīra rievojums.
Difuzors
Galvenais izstarojošais objekts elektrodinamikā ir difuzors. Skaļruņa konuss ir sava veida virzulis, kas kustas taisnā līnijā uz augšu un uz leju un uztur amplitūdas-frekvences raksturlielumu (turpmāk tekstā – frekvences reakcija) lineārā formā. Palielinoties svārstību frekvencei, difuzors sāk saliekties. Šī iemesla dēļ parādās tā sauktie stāvviļņi, kas savukārt izraisa frekvenču reakcijas diagrammas kritumus un kāpumus. Lai samazinātu šo efektu, dizaineri izmanto stingrākus difuzorus, kas izgatavoti no zemāka blīvuma materiāliem. Ja skaļruņa izmērs ir 12 collas, frekvenču diapazons tajā mainīsies 1 kilohercu robežās zemām frekvencēm, 3 kilohercos vidējām un 16 kilohercos augstām frekvencēm.
- Difuzori var būt stingri. Tie ir izgatavoti no keramikas vai alumīnija. Šādi izstrādājumi nodrošina viszemāko skaņas kropļojumu līmeni. Cietie konusa skaļruņi ir daudz dārgāki nekā to kolēģi.
- Mīkstie difuzori ir izgatavoti no polipropilēna. Šādi paraugi nodrošina maigāko un siltāko skaņu, jo mīksts materiāls absorbē viļņus.
- Puscietie difuzori ir kompromiss. Tie ir izgatavoti no kevlara vai stiklplasta. Šāda konusa radītie kropļojumi ir augstāki nekā cietie, bet mazāki nekā mīkstie.
Cap
Vāciņš ir sintētisks vai auduma apvalks, kura galvenā funkcija ir aizsargāt skaļruņus no putekļiem. Turklāt vāciņam ir svarīga loma noteiktas skaņas veidošanā. Jo īpaši, atskaņojot vidējās frekvences. Lai nodrošinātu stingrāko stiprinājumu, vāciņi ir noapaļoti, piešķirot tiem nelielu izliekumu. Kā jūs droši vien jau sapratāt, materiālu daudzveidība ir tāda pati, lai sasniegtu noteiktu skanējumu. Tiek izmantoti audumi ar dažādām impregnācijām, plēves, celulozes sastāvi un pat metāla sieti. Pēdējie savukārt pilda arī radiatora funkciju. Alumīnija vai metāla sieta novada lieko siltumu prom no spoles.
Ripa
Dažreiz to sauc arī par "zirnekli". Šī ir smaga daļa, kas atrodas starp skaļruņa konusu un tā korpusu. Paplāksnes mērķis ir uzturēt stabilu zemfrekvences skaļruņu rezonansi. Tas ir īpaši svarīgi, ja telpā ir pēkšņas temperatūras izmaiņas. Paplāksne fiksē spoles un visas kustīgās sistēmas stāvokli, kā arī aizver magnētisko spraugu, neļaujot tajā iekļūt putekļiem. Klasiskās paplāksnes ir apaļš rievots disks. Mūsdienīgākas iespējas izskatās nedaudz savādāk. Daži ražotāji apzināti maina rievojuma formu, lai palielinātu linearitātifrekvences un stabilizēt ripas formu. Šis dizains lielā mērā ietekmē skaļruņa cenu. Paplāksnes ir izgatavotas no neilona, rupja kalikona vai vara. Pēdējā iespēja, tāpat kā vāciņa gadījumā, darbojas kā mini radiators.
Balss spole un magnētu sistēma
Tā mēs nonācām pie stihijas, kas patiesībā ir atbildīga par skaņas reproducēšanu. Magnētiskā sistēma atrodas nelielā magnētiskās ķēdes spraugā un kopā ar spoli pārveido elektrisko enerģiju. Pati magnētiskā sistēma ir magnēta sistēma gredzena un serdeņa formā. Starp tiem skaņas reproducēšanas laikā balss spole pārvietojas. Svarīgs dizaineru uzdevums ir izveidot vienotu magnētisko lauku magnētiskajā sistēmā. Lai to izdarītu, skaļruņu ražotāji rūpīgi izlīdzina stabus un aprīko serdi ar vara galu. Strāva balss spolei tiek piegādāta caur skaļruņa elastīgajiem vadiem - parastu vadu, kas uztīts pāri sintētiskajam pavedienam.
Darba princips
Mēs izdomājām skaļruņa ierīci, pāriesim pie darbības principa. Skaļruņa darbības princips ir šāds: strāva, kas iet uz spoli, izraisa tās perpendikulāras svārstības magnētiskā lauka ietvaros. Šī sistēma velk difuzoru sev līdzi, izraisot tā svārstības pielietotās strāvas frekvencē un rada izlādētus viļņus. Difuzors sāk svārstīties un rada skaņas viļņus, ko var uztvert cilvēka auss. Tie tiek pārraidīti kā elektriskais signāls uz pastiprinātāju. Šeit nāk skaņa.
Frekvenču diapazons tiešiatkarīgs no magnētisko serdeņu biezuma un skaļruņa izmēra. Ar lielāku magnētisko ķēdi palielinās sprauga magnētiskajā sistēmā, un līdz ar to palielinās spoles efektīvā daļa. Tāpēc kompaktie skaļruņi nevar tikt galā ar zemām frekvencēm diapazonā no 16 līdz 250 Hz. To minimālais frekvences slieksnis sākas ar 300 herciem un beidzas pie 12 000 herciem. Tāpēc skaļruņi čīkst, kad palieliniet skaļumu.
Nominālā elektriskā pretestība
Vadam, kas piegādā strāvu spolei, ir aktīvā un reaktīvā pretestība. Lai noteiktu pēdējās līmeni, inženieri to mēra 1000 hercu frekvencē un iegūtajai vērtībai pievieno balss spoles aktīvo pretestību. Lielākajai daļai skaļruņu pretestības līmenis ir 2, 4, 6 vai 8 omi. Šis parametrs jāņem vērā, pērkot pastiprinātāju. Svarīgi vienoties par slodzes līmeni.
Frekvenču diapazons
Iepriekš jau tika teikts, ka lielākā daļa elektrodinamikas atveido tikai daļu no frekvencēm, kuras cilvēks spēj uztvert. Nav iespējams izveidot universālu skaļruni, kas spēj atskaņot visu diapazonu no 16 herciem līdz 20 kiloherciem, tāpēc frekvences tika sadalītas trīs grupās: zemā, vidējā un augstā. Pēc tam dizaineri sāka veidot skaļruņus atsevišķi katrai frekvencei. Tas nozīmē, ka zemfrekvences skaļruņi vislabāk pārvalda basus. Tie darbojas diapazonā no 25 herci līdz 5 kiloherci. Augstfrekvences ir paredzētas darbam ar čīkstošām galotnēm (tātad vispārpieņemtais nosaukums - "tweeter"). Viņi strādā iekšāfrekvenču diapazons 2 kiloherci - 20 kiloherci. Vidējās frekvences skaļruņi darbojas diapazonā no 200 herci - 7 kiloherci. Inženieri joprojām cenšas izveidot kvalitatīvu pilna diapazona skaļruni. Diemžēl skaļruņa cena ir pretrunā tā kvalitātei un to nemaz neattaisno.
Nedaudz par mobilajiem skaļruņiem
Tālruņa skaļruņi konstruktīvi atšķiras no "pieaugušajiem" modeļiem. Ir nereāli ievietot tik sarežģītu mehānismu mobilā korpusā, tāpēc inženieri ķērās pie viltības un nomainīja vairākus elementus. Piemēram, spoles ir nostiprinājušās, un difuzora vietā tiek izmantota membrāna. Tālruņa skaļruņi ir pārāk vienkāršoti, tāpēc negaidiet no tiem augstu skaņas kvalitāti.
Frekvenču diapazons, ko šāds elements var aptvert, ir ievērojami sašaurināts. Skaņas ziņā tas ir tuvāks augstfrekvences ierīcēm, jo tālruņa korpusā nav papildu vietas biezu magnētisko serdeņu uzstādīšanai.
Skaļruņa ierīce mobilajā tālrunī atšķiras ne tikai pēc izmēra, bet arī ar neatkarības trūkumu. Ierīces iespējas ierobežo programmatūra. Tas tiek darīts, lai aizsargātu skaļruņu dizainu. Daudzi cilvēki šo ierobežojumu noņem manuāli un pēc tam uzdod sev jautājumu: "Kāpēc skaļruņi sēk?"
Vidējā viedtālrunī ir instalēti divi šādi elementi. Viens ir runāts, otrs ir muzikāls. Dažreiz tos apvieno, lai panāktu stereo efektu. Vienā vai otrā veidā jūs varat sasniegt skaņas dziļumu un bagātību tikai ar pilnvērtīgu stereo sistēmu.
