Kouzlo zvuku z pohledu fyziky: struktura reproduktoru a vše užitečné vědět o reproduktorech – Recenze a články.

V průběhu let byly vyzkoušeny různé mechanismy generující zvuk v reakci na elektrický signál. Tři z nich jsou dost dobré pro návrh komerčních reproduktorových systémů: dynamický měnič, páskový měnič a elektrostatický panel. Náš článek obsahuje mnoho zajímavých a poučných informací o nejběžnějších dynamických zářičích současnosti. Akustické systémy s dynamickými měniči (reproduktory) lze snadno identifikovat podle charakteristických kuželů a kopulí difuzorů. Takové měniče jsou velmi oblíbené díky svým mnoha výhodám: širokému dynamickému rozsahu, vysoké citlivosti a spolehlivosti.

Reproduktorové systémy s dynamickými měniči obvykle používají kombinaci několika měničů různých velikostí. Nízké frekvence jsou reprodukovány kuželovým basovým měničem, zatímco vysoké frekvence jsou produkovány výškovým reproduktorem – obvykle s malou kovovou nebo látkovou kopulí. Mnoho modelů reproduktorových soustav je vybaveno i třetím dynamickým měničem – pro reprodukci středních frekvencí samostatně. Ačkoli existuje mnoho možných variací v designu dynamického ovladače, všechny fungují na stejném principu. Elektrický proud z výkonového zesilovače protéká kmitací cívkou řidiče a vytváří kolem ní magnetické pole, které pulzuje na stejné frekvenci jako zvukový signál. V tomto případě je kmitací cívka v konstantním magnetickém poli vytvořeném magnety nainstalovanými v ovladači. Toto konstantní magnetické pole interaguje s magnetickým polem generovaným proudem procházejícím kmitací cívkou a střídavě tlačí a zatahuje cívku. Protože kmitací cívka je připojena ke kuželu budiče, tato magnetická interakce pohání kužel a vytváří zvukové vibrace.

Dynamický design měniče zahrnuje také středící podložku, která drží kmitací cívku přesně uprostřed mezery magnetického systému. Koš reproduktoru je litá nebo lisovaná kovová konstrukce, která drží celou sestavu pohromadě. Lisované koše se zpravidla nacházejí ve vysoce kvalitních reproduktorech a lisované koše se nacházejí v levných modelech. Kroužek z poddajné pryže nebo polymerového materiálu, nazývaný věšák, spojuje difuzér s okrajem koše. Flexibilní zavěšení umožňuje pohyb difuzoru při připevnění ke koši reproduktoru. Difuzory jsou často vyrobeny z papíru, který může být impregnován zpevňujícím činidlem, dále z různých druhů plastů, jako je polypropylen, nebo z kovů a dalších exotických materiálů, jako jsou uhlíková vlákna, kevlar (materiál používaný v neprůstřelných vestách) a patentované kompozity. Někdy návrháři používají speciální kombinaci („sendvič“) několika materiálů, aby zabránili zkreslení zvanému ohybové vlny: k nim dochází, když se materiál membrány (kuželu) ohýbá místo toho, aby se pohyboval jako dokonalý píst. Vzhledem k tomu, že kužel je poháněn přes malou oblast uvnitř (o velikosti kmitací cívky), má tendenci se ohýbat, což má za následek nelineární zkreslení. Tužší materiály difuzoru pomáhají zabránit takovému zkreslení. Přestože všechny dynamické měniče vykazují tendenci produkovat ohybové vlny při určité frekvenci, zkušení konstruktéři reproduktorů zajistí, aby měnič nebyl vystaven frekvencím, které by způsobovaly takové zkreslení. V ideálním případě by měl být kužel lehký a zároveň tuhý. Lehčí kužel má menší setrvačnost, což mu umožňuje rychleji reagovat na zvukový signál a po zastavení rychleji zastavit. Představte si, že udeříte do basového bubnu. Velký, těžký kužel nemusí být schopen se pohybovat dostatečně rychle, aby přesně reprodukoval útok, a to sníží dynamický dopad hudebního nástroje. Podobně, jakmile skončí úder bubnu, bude mít těžký kužel tendenci pokračovat v pohybu. Proto vývojáři akustických systémů a reproduktorů neustále hledají nové materiály pro výrobu difuzorů, které kombinují vysokou tuhost s nízkou hmotností. Mnoho pokroků v konstrukci reproduktorů za posledních 20 let vyplynulo z výzkumu, který vedl k lehčím, ale tužším membránám.

Vysokofrekvenční reproduktory (výškové reproduktory) fungují na podobném principu, ale zpravidla místo kužele používají 1palcovou kopuli: ta může být vyrobena z plastu, pogumovaného pleteného vlákna, titanu nebo hliníkových slitin. V poslední době je trendem vyrábět membrány výškových reproduktorů z berylia a dokonce z diamantu. Tyto materiály, kdysi používané pouze ve velmi drahých vlajkových modelech, se nyní instalují do cenově dostupnějších reproduktorových systémů. Na rozdíl od kuželových měničů, které jsou poháněny v horní části kužele, kopulovité membrány vyzařují záření z vnější strany kopule. Některé výškové reproduktory také používají ferrofluid, speciální chladicí kapalinu navrženou k odstranění tepla z kmitací cívky. Středobasové měniče jsou obvykle menší verze kuželových wooferů. Některé středobasové měniče však používají kupolové membrány namísto konvenčnějších kuželů.

Dynamická komprese

Když dynamický měnič hraje nahlas, potřebuje odvést hodně tepla z jeho kmitací cívky. Jak se kmitací cívka zahřívá, její elektrický odpor se zvyšuje, čímž se snižuje množství proudu procházejícího vodičem. Protože je to proud procházející kmitací cívkou, který pohání kužel reproduktoru, zvýšený odpor cívky snižuje množství produkovaného zvuku. Jinými slovy, můžete stále zvyšovat dodávaný výkon, ale reproduktor dosáhne určité úrovně, po které již nebude hrát hlasitěji. Tento jev, nazývaný dynamická komprese, má zřejmý vliv na zvuk. Zejména při maximální hlasitosti nemusí být přehrávání tak jisté, jak by mělo být. Návrháři reproduktorů bojují proti tomuto jevu vytvořením měničů s většími kmitacími cívkami a speciálními látkami, které cívku přirozeně ochlazují.

Existuje další mechanismus, díky kterému mohou zvukové emitory produkovat zkreslení. Když se reproduktor pohybuje vysokou amplitudou a vydává hlasitý zvuk, okraje jeho kmitací cívky mohou na okamžik opustit magnetické pole, což zbavuje řidiče jeho schopnosti přesného pohybu v reakci na vstupní signál, což zhoršuje dynamiku reproduktoru. zvuk a vytváří zkreslení. Tento problém je vyřešen navržením měničů s krátkou kmitací cívkou a delší magnetickou mezerou. Stojí za zmínku, že dynamický měnič může také dosáhnout limitu svého výkonu, což má za následek praskání nebo praskání zvuků z wooferu. K tomu dochází, protože rám kmitací cívky naráží na zadní stranu magnetického systému. Pokud uslyšíte takové podivné zvuky, nejlepším řešením je okamžitě snížit hlasitost.

Možné poruchy dynamických ovladačů

Nejčastějším problémem je spálený dynamický ovladač. Zpravidla jsou „obětí“ výškové reproduktory, které náhle přestanou vydávat zvuk. Výškové reproduktory často selhávají kvůli příliš velkému proudu procházejícímu jejich hlasovými cívkami. Protože výškový reproduktor nemůže dostatečně rychle odvádět teplo, jeho kmitací cívka se spálí a přestane procházet proud. Další častou příčinou selhání reproduktoru je chrastění způsobené oslabenou kmitací cívkou. Příliš velký proud procházející cívkou roztaví lepidlo a uvolní drát vinutí, který se pak otírá o magnet, což způsobuje bzučivý zvuk. Navíc se montážní šrouby mohou časem uvolnit a zhoršit výkon tím, že nechá vibrovat celý reproduktor, nejen kužel.

Elektromagnetický dynamický ovladač

Výše popsané dynamické ovladače nakonec čelí jistým omezením. Zejména je omezena síla magnetického pole vytvářeného permanentními magnety, což zase omezuje hmotnost kužele, nižší frekvenci a citlivost budiče. Těžký kužel je schopen reprodukovat nižší frekvence (všechny ostatní věci jsou stejné), ale vyžaduje silnější magnetické pole k pohonu kmitací cívky. To platí zejména pro velké basové reproduktory.

Řešením tohoto problému jsou elektromagnetické budiče, které jako elektromagnet využívají místo permanentních magnetů velkou cívku. Cívka je poháněna proudem dodávaným z externího napájecího zdroje připojeného k síti. Tento proud vytváří magnetické pole, po interakci se kterým pole generované kmitací cívkou uvede kužel do pohybu. Elektromagnet je mnohem účinnější, a proto může být basový reproduktor těžší, což mu dává nižší rezonanční frekvenci. Basový výstup wooferu lze navíc upravit změnou síly proudu procházejícího cívkou pomocí regulátoru na síťovém zdroji. Tímto způsobem si můžete přizpůsobit basový výstup elektromagnetického wooferu na základě vlastního vkusu a akustiky místnosti.

Dobrým příkladem použití elektromagnetického měniče jsou basové reproduktory v reproduktorových systémech Focal Grande Utopia EM. Jejich basové měniče mají velmi vysokou citlivost (97 dB / 1 W), ale velmi nízkou rezonanci (24 Hz). Jinými slovy, basový reproduktor produkuje hodně velmi basů s malým vstupním výkonem. Cenou za takový výkon je nutnost externího zdroje energie, který je nutné zapojit do AC zásuvky, a také velká hmotnost: 16palcový woofer Grande Utopia EM váží téměř 30 kg, z toho 20 kg díky elektromagnetické cívce .

Závěry

Dynamické měniče si svou oblibu získaly zcela zaslouženě, protože i při zohlednění všech nedostatků takového designu zůstávají nejvyváženějším a nejuniverzálnějším řešením, které umožňuje vytvářet vysoce kvalitní akustické systémy dostupné většině znalců kvalitního zvuku. Na základě materiálů z theabsolutesound.com