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.