Podstawy
Od śrubki do kolumny – czyli krótka
opowieść o głośnikach.
1. Powstawanie dźwięku
Dźwięk - zaburzenie
falowe sprężystego środowiska, jakim jest najczęściej powietrze,
objawiające się drganiami cząstek tego środowiska i wytwarzające
wrażenie słuchowe u człowieka o normalnym słuchu. Dźwiękiem
nazywa się również samo wrażenie słuchowe wytworzone drganiami
akustycznymi. Żeby mógł powstać dźwięk musi
istnieć odpowiedni ośrodek taki jak gaz, ciecz lub ciało stałe.
Brak jakiego kolwiek ośrodka uniemożliwia powstanie dźwięku.To
tyle jeśli chodzi o powstanie, a jak to wyglada w rzeczywistości?
Dźwięk powstaje jako lokalne zmiany ciśnienia, które przez ruch
cząsteczek przekazywane są dalej. Takie różnice ciśnień
przedstawiono na rysunku:
Kiedy różnice ciśnień dotrą do
ucha człowieka, wywołują one drgania błony bębenkowej, które
zamieniane są w impulsy nerwowe i odbierane są jako dźwięk.
Istnieje wiele sposobów wytworzenia fali akustycznej, do najbardziej
popularnych należą drgania płyty, kurczenie i rozkurczanie się
sfery czy też drgania pręta. W głośnikach dźwięk powstaje
poprzez drgania płyty,którą jest membrana. Drgania membrany
wywołane są natomiast poprzez ruch cewki w polu elektromagnetycznym
wywołanym przepływem prądu.
2. Budowa i zasada działania głośnika
Na obecną chwilę najpopularniejszą
metodą wytwarzania dźwięku jest pobudzanie do drgań płyty jaką
jest membrana głośnika. Aby w głośniku powstał dźwięk należy
do jego zacisków przyłożyć napięcie, które spowoduje przepływ
prądu. Prąd w głośniku płynie przez cewkę nawiniętą z drutu
miedzianego. Przepływ tego prądu wywołuje powstanie pola
elektromagnetycznego. I jeśli to byłoby tyle to nasz głośnik by
nie zadziałał, ale na szczęście nasza cewka umieszczona jest w
polu magnetycznym magnesu trwałego. Tak więc powstałe pole
elektromagnetyczne powoduje, że nasza cewka (w zależności od
kierunku płynącego prądu) jest wypychana z magnesu w jednym z
kierunków. I napotykamy kolejny problem, otóż cewka wypadnie nam z
obszaru działania magnesu i znów po głośniku. Jednakże nasza
cewka jest połączona z membraną, która to jest przyczepiona do
kosza głośnika, do kosza przymocowany jest także magnes trwały. I
w ten oto sposób mamy głośnik który nie rozpadnie się i będzie
działał w taki sposób jak planowaliśmy. Teraz wystarczy
przepuścić prąd przemienny przez cewkę i nasz głośnik zaczyna
wykonywać ruchy powodujące lokalne zmiany ciśnienia i gotowe. Na
rysunku poniżej przedstawiony jest głośnik z opisanymi elementami
oraz jego przekrój, który ułatwi nam zrozumienie zasadę działania
głośnika.
Rysunek 1 Głośnik z
zaznaczonymi elementami.
Rysunek 2 Głośnik
dynamiczny-przekrój
Na podsumowanie podać
można “przepis na głośnik”:
Składniki:
1 magnes toroidalny,
1 membrana,
1 kosz np. stalowy,
1 zawieszenie,
1 karkas cewki,
kilkadziesiąt metrów drutu
miedzianego.
Sposób przyrządzenia:
Drut miedziany nawinąć na
karkas aż do uzyskania oporności 4ohm (ewentualnie 8 i/lub16ohm),
dopuszcza się inne wartości wg. pomysłu kucharza. Zmontować kosz
stalowy z magnesem, nawiniętą cewkę zmontować z membraną i
zawieszeniem. Obie części zmontować w całość, podłączyć do
wzmacniacza i podawać z dużą ilością decybeli. Najlepiej podawać
w południe by nie zakłócać porządku. Życzymy miłego
delektowania się dźwiękiem z odpowiednią dawką decybeli.
3. Głośnik – takie
proste, a takie trudne.
Skoro budowa głośnika
jest aż tak prosta, to o co tyle krzyku? Dlaczego firmy inwestują
miliony w badania, projekty nowe technologie i pomysły. No cóż,
prawda jest taka, że choć takie to wszystko proste, to nie chce
działać tak jakbyśmy chcieli. A to pasmo nie takie, a to coś nie
brzmi i tak dalej i tak dalej. Wszelkie problemy związane z
głośnikami wynikają z ich własności fizycznych oraz z wymagań
jakie są im stawiane. Największy problem z głośnikami jest w
przypadku ich charakterystyki częstotliwościowej. Tak wygląda
rzeczywista charakterystyka głośnika:
Rysunek 3 Charakterystyka
częstotliwościowa głośnika.
na czerwono zaznaczona jest
natomiast charakterystyka idealnego głośnika. Jak widać najlepszym
rozwiązaniem byłaby charakterystyka, która miałaby bardzo małe
wachania charakterystyki. Rzeczywistość jest jednak bardzo brutalna
i charakterystyki nie są tak idealne. Wynika to z tego, że nie
istnieją idealne materiały o nieskończonej sztywności, idealnie
prostolinijnych charakterystykach różnych parametrów. Każdy
materiał posiada swoje częstości własne, a że głośnik
zbudowany jest z wielu różnych materiałów jego częstości własne
ciężko jest przewidzieć. Dlatego też wykonuje się szereg badań
i testów, które badają jak głośnik się zachowuje. Sama membrana
z założenia powinna jednakowo poruszać się na całej powierzchni.
W rzeczywistość jeśli posiada ona małą sztywność może ona
drgać z różna prędkością w różnych punktach na powierzchni.
Powoduje to przesunięcia fazy w różnych obszarach oraz nakładanie
się fal powstałych w różnych miejscach membrany. Na rysunku
poniżej przedstawione są przykłady pracy membrany, kiedy różne
obszary pracują w różnych fazach:
Rysunek 4 Drgania membrany
przy różnych częstościach własnych.
Podobnie sprawa się ma z
koszem, który ma zapewnić sztywność całej konstrukcji, a że
materiał z jakiego jest wykonany kosz też ma swoje częstości
własne, to dostajemy kolejny element, który ma wpływ na
charakterystykę głośnika. Jakość drutu użytego do nawinięcia
cewki, stałość pola magnetycznego w magnesie trwałym wszystko to
wpływa na charakterystykę oraz brzmienie głośnika.
Widać więc, że sprawa
się komplikuje, a co za tym idzie nie jest tak łatwo zrobić
głośnik.
4. Zbić deski, wywiercić
dziury – czyli kolumn czar.
Kolejny etap przemiany
kawałka drutu, magnesu i innego złomu w grające cudo to kolumna.
Jak wiadomo najprościej zbić dechy, wywiercić dziury, zamontować
głośnik i niech się stanie muzyka. A tu znów kolejne schody i
przeszkody. Obudowy zamknięte, otwarte, z bas-reflexem i jeszcze
innymi cudami. Tu kolejnym problemem staja się częstości własne,
tak więc kolumny muszą być bardzo sztywne. Wymaga się dużej
szczelności, no i powinny być zaprojektowane do konkretnego
głośnika. Tak więc trzeba przebadać głośnik, następnie zebrane
parametry wykorzystać w obliczeniach, lub też zatrudnić do tego
program no i niby wszystko działa. No może to zależeć od kwestii
wykonania ale już powinno działać. I tak drogi czytelniku
przeszedłeś trudną drogę od początku tekstu do końca. Co z tego
zapamiętasz i co uznasz za ciekawe zależy tylko od ciebie.