Głośnik

Budowa głośnika
Definicja
Głośnik – przetwornik elektroakustyczny przekształcający zmienny
prąd elektryczny o odpowiedniej częstotliwości na falę akustyczną,
proporcjonalnie i liniowo. Rzeczywisty zakres częstotliwości, w
którym głośnik wytwarza falę ciśnienia proporcjonalnie do napięcia
(z dopuszczalnym odchyleniem) nazywa się pasmem przenoszenia
głośnika.
Zakresy częstotliwości instrumentów
Głośnik dynamiczny
Głośnik dynamiczny
Głośnik dynamiczny
Membrana
Im niższe częstotliwości, tym lepiej służy im duża sztywność
membrany, odpowiedzialna za dynamikę, a mniej ważna jest jej
stratność wewnętrzna, wygładzająca charakterystykę
przetwarzania. Jednocześnie masa membrany niskotonowej,
choć nie może być dowolnie duża, nie musi też być
minimalizowana - jej określona wartość służy uzyskaniu
odpowiednio niskiej częstotliwości rezonansowej, a więc
przetwarzaniu niskiego basu. Stąd też w tym miejscu
zastosowanie znajdują membrany relatywnie grube, często o
strukturze wielowarstwowej, lub metalowe; również celuloza, choć
już nie tak sztywna, spełnia podstawowe kryteria i jest szeroko
stosowana dzięki bardzo naturalnemu "wybrzmieniu". Głośniki
średniotonowe powinny mieć membrany lżejsze, cieńsze, ale
tutaj w grę wchodzi wcale nie mniejszy wybór materiałów - od
sztywnych, głównie metalowych, poprzez celulozowe,
polipropylenowe, aż po różne odmiany plecionek - z włókna
kewlarowego, węglowego lub szklanego, które ze względu na
swoją strukturę mają właściwość rozpraszania fal stojących.
Charakterystyka częstotliwościowa głośnika
Na tej charakterystyce możemy wyróżnić cztery zakresy oznaczone poprzez odcinki: AB, BC, CD,
DE. Jak widzimy, głośnik przenosi najlepiej (najbardziej liniowo) częstotliwości leżące pomiędzy
punktami CD. Przy wyższych częstotliwościach charakterystyka jest bardziej nierównomierna, i
głośnik traci stopniowo zdolność do wytwarzania fal dźwiękowych. Odcinek BC charakterystyki
odpowiada zakresowi rezonansu układu drgającego głośnika. Rezonans powstaje w wyniku
zawieszenia układu o określonej masie, na sprężystych zawieszeniach. W tym zakresie sprawność
głośnika jest największa, lecz wierność odtwarzania jest mała. W zakresie częstotliwości
rezonansowej dźwięk jest mocno „podbity", czyli głośniejszy. Na odcinku AB widzimy, że ciśnienie
akustyczne gwałtownie maleje wraz ze spadkiem częstotliwości. Spadek ten jest różny dla różnych
głośników, najczęściej wynosi on 12-18 dB/oktawę. Konstruktorzy starają się poszerzyć maksymalnie
liniową część charakterystyki głośnika, a także zmniejszyć rezonans i nierówności charakterystyki.
Charakterystyka częstotliwościowa głośnika
Częstotliwość rezonansowa głośnika
Jest częstotliwość poniżej której głośnik nie spełnia
swojej roli. Jest to częstotliwość przy której moduł z
impedancji osiąga swoje pierwsze, główne maksimum
Przykładowe wartości:
Głośnik niskotonowy – 19 Hz
Głośnik średniotonowy – 700 Hz
Głośnik wysokotonowy – 1200 Hz
Krzywa impedancji głośnika
Impedancja głośników w systemach stereo - 8Ω
Impedancja głośników w samochodach - 4Ω czasami 2 Ω
Impedancja głośników w systemach kina domowego - 6Ω
Efektywność
Cechą najważniejszą każdego zespołu nagłaśniającego jest jego moc, podawana w watach (W).
jest to wartość wskazująca na wytrzymałość, a nie „siłę”, dynamikę. Bo głośność dźwięku
wydobywającego się z głośnika zależy od wzmacniacza. Tylko niewielką część dostarczonej
mocy elektrycznej głośnik zamienia na dźwięk (większość zamienia na ciepło, stąd też "grzanie
się" i wynikające stąd niebezpieczeństwo uszkodzenia głośnika przy dużych dostarczonych
mocach). Sprawność głośnika wynosi około 1%. Efektywność, podawana w dB co odpowiada
poziomowi ciśnienia akustycznego jakie uzyskuje się w odległości 1m od głośnika zasilanego
sygnałem sinusoidalnym o częstotliwości 1kHz i mocy 1W a dokładnie: [dB/W/m]. Im więcej
tym lepiej. Każde 3 dB więcej tym 2-krotnie większa moc dźwięku. Efektywność ma bezpośredni
wpływ nie tylko na głośność, lecz również na dynamikę, głębię i czystość uzyskanego dźwięku.
Oczywiście, im wyższy parametr tym lepiej. Głośnik o efektywności 90dB jest dwukrotnie
cichszy niż głośnik 93dB. Zatem ten drugi potrzebuje wzmacniacza o dwukrotnie mniejszej
mocy, by odtwarzał sygnał o takiej samej głośności, jak ten pierwszy.
Trzeba pamiętać, że skala decybelowa jest logarytmiczna. Zatem:
– różnica 3 dB daje 2-krotny wzrost głośności,
– różnica 6 dB to 4-krotnie większa głośność,
– a różnica 9 dB to już 8-krotnie większa głośność.
Wzmacniacz o mocy 40W z kolumnami o efektywności 93dB gra równie głośno jak wzmacniacz
o mocy 160W z kolumnami o efektywności 87dB. Ba, ten pierwszy gra nie tylko z takim samym
natężeniem dźwięku, ale dynamiczniej i czyściej.
Podział głośników
Magnetoelektryczne (dynamiczne) – w polu magnetycznym magnesu umieszcza się
cewkę, w której płynie zmienny prąd elektryczny. Oddziaływanie magnesu i
przewodnika
z prądem wywołuje ruch przewodnika, do którego przymocowana jest membrana.
Elektromagnetyczne – przepływ prądu o częstotliwości akustycznej powoduje
powstanie zmiennego pola magnetycznego. Pole to magnesuje rdzeń ferromagnetyczny
połączony z membraną. Przyciąganie i odpychanie rdzenia powoduje drgania
membrany.
Elektrostatyczne – na naelektryzowaną membranę z cienkiej folii (mającą napyloną
warstwę metaliczną z jednej lub dwóch stron, bądź będącą elektretem) oddziałują dwie
perforowane elektrody, umieszczone z obu stron folii (jedna elektroda ma odwróconą
fazę sygnału o 180 stopni w stosunku do drugiej), w ten sposób wywołując drgania folii
w takt sygnału.
Magnetostrykcyjne – pole magnetyczne wywołuje zmianę wymiarów materiału
ferromagnetycznego. Ze względu na duże częstotliwości drgań własnych elementów
ferromagnetycznych, tego typu głośniki stosowane są do otrzymywania ultradźwięków.
Piezoelektryczne – pole elektryczne wywołuje zmianę wymiarów materiału
piezoelektrycznego, stosowane w głośnikach wysokotonowych i ultradźwiękowych.
Jonowe (bezmembranowe). Zmiana objętości gazu pod wpływem zmian wysokiego
Napięcia. Stosowane przy średnich i wysokich tonach, bardzo drogie.
Głośnik tubowy
Poprawienie skuteczności odbywa się poprzez dopasowanie wysokiej impedancji akustycznej
membrany głośnika do niskiej impedancji otwartej przestrzeni. Tuba działa tu jak transformator
akustyczny.
Dopasowanie akustyczne głośnika tubowego do otwartej przestrzeni w zakresie najniższych
częstotliwości akustycznych wymaga konstrukcji o bardzo dużych rozmiarach, dlatego też
głośniki tubowe stosowane są najczęściej tam, gdzie użyteczne pasmo przenoszenia zaczyna się
od częstotliwości kilkuset herców (np. do transmisji ludzkiej mowy w megafonach).
Głośnik tubowy
Głośnik stożkowy
Zakresy stosowania:
(50-500)Hz niskotonowy
(800-6000)Hz śroedniotonowy
Głośnik kopułkowy
Głośnik wstęgowy
drganie metalowej wstęgi w polu magnetycznym, możliwość generowania bardzo wysokich
częstotliwości (nawet do 50 kHz).
Głośnik wstęgowy
Głośnik elektrostatyczny
Do okładek kondensatora (folii) przyłożone jest napięcie elektryczne. Jedna
z okładek kondensatora drga pod wpływem przyłożonego napięcia
powodując promieniowanie dźwięku.
Głośnik elektrostatyczny
Głośnik piezoelektryczny
Materiał piezoelektryczny uległa odkształceniu pod wpływem napięcia zmiennego.
Głośnik piezoelektryczny
Oznaczenia głośników
GDN – głośnik dynamiczny niskotonowy,
GDM – głośnik dynamiczny średniotonowy,
GDMK – głośnik dynamiczny średniotonowy kopułkowy,
GDMT – głośnik dynamiczny średniotonowy tubowy,
GDW – głośnik dynamiczny wysokotonowy,
GDWK – głośnik dynamiczny wysokotonowy kopułkowy,
GDWT – głośnik dynamiczny wysokotonowy tubowy,
GDS – głośnik dynamiczny szerokopasmowy,