Bagaimana cara kerja speaker

Meskipun speaker Hi-Fi telah ada selama lebih dari 70 tahun, bagi banyak pendatang baru di dunia audio, kotak kayu dengan berbagai komponen dan bukaan ini mungkin tampak misterius. Itu sebabnya kami menyusun artikel ini untuk mereka yang baru memulai perjalanan mereka ke dunia suara berkualitas tinggi.

Penting untuk dipahami bahwa, meskipun ada kemajuan teknologi selama puluhan tahun dalam desain dan manufaktur, prinsip dasar di balik cara kerja speaker—atau transduser akustik—hampir tidak berubah sejak Edward Kellogg dan Chester Rice pertama kali memperkenalkannya pada tahun 1925. Apakah kita sedang membicarakan tentang speaker kecil di ponsel cerdas Anda, soundbar di bawah TV Anda, atau speaker besar di konser, semuanya memiliki desain dasar yang sama.

Evolusi sistem Hi-Fi telah menghasilkan kualitas suara yang luar biasa, namun memahami prinsip dasar di balik teknologi speaker akan membantu Anda membuat keputusan yang lebih tepat saat membangun sistem audio Anda sendiri.

Bagaimana cara kerja pembicara?

Sebelum mendalami detail cara kerja komponen speaker, mari luangkan waktu sejenak untuk memahami cara speaker menghasilkan suara secara umum. Sinyal audio yang diperkuat dikirim ke kumparan logam yang terbuat dari kawat. Saat arus listrik mengalir melalui kumparan, ia berinteraksi dengan magnet di dalam speaker, menyebabkan diafragma bergetar.

Getaran ini menggerakkan udara, menciptakan gelombang suara yang merupakan replika persis dari sinyal audio aslinya. Dan begitu saja, Anda mendengar suaranya—entah itu musik atau suara seseorang. Tentu saja, ini adalah penjelasan yang disederhanakan, tetapi sekarang kita sudah mempunyai pemahaman dasar, mari kita uraikan lebih lanjut.

Speaker, atau transduser suara, adalah komponen kunci dari sistem speaker mana pun, yang memungkinkan kita mendengar audio. Tugasnya adalah mengubah sinyal listrik dari amplifier menjadi gelombang suara akustik yang merambat melalui udara dan mencapai telinga kita.

Untuk menyambung ke amplifier, speaker memiliki dua terminal yang dihubungkan ke kumparan suara yang tersembunyi di dalam speaker. Kumparan ini berada di celah sempit antara kutub magnet permanen yang terletak di bagian belakang speaker. Ketika arus bolak-balik (sinyal audio listrik) mengalir melalui kumparan, ia bergerak maju mundur—mengikuti prinsip elektromagnetisme yang kita semua pelajari di sekolah.

Karena kumparan dipasang pada diafragma, yaitu bagian yang dapat Anda lihat di bagian depan speaker, diafragma (atau kerucut) juga bergerak maju mundur. Gerakan-gerakan ini menghasilkan gelombang suara yang kita anggap sebagai suara. Agar diafragma dapat bergerak bebas, diafragma dipasang pada lingkungan yang fleksibel. Semakin besar amplitudo pergerakan diafragma maka semakin keras pula suara yang kita dengar.

Apa yang ada di dalam speaker?

Mari kita lihat ke dalam speaker dan uraikan bagaimana setiap bagian berperan dalam menciptakan suara.

Pembicara

Tugas utama seorang pembicara adalah mengubah sinyal listrik menjadi gelombang suara. Ini pada dasarnya adalah “mesin” yang menggerakkan produksi suara.

Komponen utama seorang pembicara meliputi:

• Tiang;
• Pelat belakang;
• magnet;
• Pelat atas;
• Kumparan suara;
• Keranjang;
• laba-laba;
• Kerucut dan mengelilingi;
• Tutup debu.

Tiang, Pelat Belakang, dan Pelat Atas

Kutub bertindak seperti konduktor, mengoordinasikan seluruh sistem magnetis speaker. Itu terletak di tengah dan mengarahkan medan magnet. Pelat belakang terletak di belakang tiang, sedangkan pelat atas posisinya tepat di atasnya.

magnet

Magnet menyediakan sumber energi magnet yang konstan pada speaker, dikelilingi oleh tiang dan pelat yang membantu memfokuskan medan magnet. Magnet ini dipasang pada keranjang speaker dan disebut sebagai magnet permanen karena sifat magnetiknya dapat dipertahankan tanpa batas waktu. Sebaliknya kumparan suara yang berinteraksi dengan magnet hanya menjadi magnetis jika arus listrik melewatinya.

Kumparan Suara

Kumparan suara adalah kawat yang dililitkan erat pada silinder kecil, kadang disebut gelendong. Anggap saja seperti yo-yo. Ketika sinyal listrik melewati kumparan, ia menjadi elektromagnet, berinteraksi dengan magnet permanen di speaker. Jika Anda ingat pelajaran fisika, Anda akan tahu bahwa muatan yang sejenis akan tolak menolak dan muatan yang berlawanan tarik menarik. Interaksi magnetik ini menyebabkan kumparan bergerak maju mundur, yang pada akhirnya menimbulkan gelombang suara.

Laba-laba dan Keliling

Laba-laba adalah bahan bergelombang yang menopang kumparan suara, menjaganya tetap di tempatnya sekaligus memungkinkannya bergerak maju dan mundur. Meskipun mungkin tampak berlawanan dengan intuisi, laba-laba memastikan bahwa kumparan tidak bergeser ke samping, sehingga gerakannya tetap stabil.

Lingkungan sekitarnya memiliki tujuan serupa untuk kerucut. Ini menahan kerucut di bagian atas keranjang speaker, memungkinkannya bergerak dengan lancar sambil menghasilkan suara.

Kerucut

Kerucut, juga dikenal sebagai diafragma, adalah salah satu dari sedikit bagian speaker yang terlihat. Ia bergerak maju mundur sebagai respons terhadap impuls magnetis dari kumparan suara. Gerakan ini menciptakan gelombang tekanan di udara sekitar, menghasilkan suara yang kita dengar.

Tutup Debu

Penutup debu adalah komponen kecil yang melindungi bagian internal speaker dari debu dan kotoran, sehingga mencegah potensi kerusakan.

Keranjang

Keranjang adalah rangka yang menyatukan semua komponen speaker. Seperti namanya, ia berfungsi seperti keranjang, mengumpulkan semua bagian menjadi satu struktur terpadu.

Begitulah cara kerja speaker. Namun, ketika kita berbicara tentang “speaker”, kita biasanya mengacu pada keseluruhan sistem, bukan hanya komponen internalnya. Namun apa lagi yang diperlukan untuk memastikan speaker bekerja secara efektif?

Komponen Listrik

Agar kumparan suara dapat menghasilkan suara, diperlukan sinyal listrik. Di sinilah terminal speaker dan kabel jalinan berperan. Terminal adalah titik sambungan logam atau port tempat kabel audio dihubungkan ke speaker.

Terminal-terminal ini terhubung ke jalinan kabel yang mengalirkan kumparan suara, menyediakan “bahan bakar” yang diperlukan untuk menyalakannya. Kabel ini bertanggung jawab untuk mentransmisikan sinyal listrik yang diubah menjadi suara.

Lampiran

Penutup, atau “kabinet” speaker, memainkan peran penting dalam fungsi speaker. Pertama, ia menyediakan wadah tertutup yang melindungi komponen internal dari debu, kotoran, dan elemen eksternal seperti bulu hewan peliharaan.

Kedua, enklosur membantu mengurangi distorsi fase. Saat diafragma speaker bergerak, menghasilkan gelombang suara dua arah. Tanpa penutup, gelombang-gelombang ini dapat saling menghilangkan, sehingga menghasilkan kualitas suara yang buruk.

Terakhir, enklosur memengaruhi arah suara dan penyetelan bass. Kabinet yang dirancang dengan baik dapat membantu mengarahkan suara ke tempat yang diperlukan dan meningkatkan persepsi frekuensi rendah.

Penutup biasanya terbuat dari bahan padat dan kaku untuk mencegah resonansi dan getaran yang tidak diinginkan. Bahan yang paling umum adalah kayu atau MDF (papan serat kepadatan menengah), meskipun terkadang plastik juga digunakan.

Bagaimana Speaker Mereproduksi Frekuensi yang Berbeda?

Kita telah membahas bagaimana speaker mengubah energi listrik menjadi gelombang suara. Namun, tidak semua frekuensi suara sama, dan jika satu speaker mencoba menangani seluruh spektrum suara, kualitasnya akan menurun.

Itu sebabnya di konser, Anda akan sering melihat tumpukan sistem audio yang sangat banyak. Setiap speaker dirancang untuk menangani rentang frekuensi tertentu: subwoofer dan woofer mengatur frekuensi rendah, driver midrange menangani frekuensi menengah, dan tweeter kecil menangani frekuensi tinggi. Speaker ini dibuat secara berbeda untuk menangani rentang yang berbeda ini.

Tentu saja, kebanyakan orang tidak ingin memenuhi studio atau ruang tamu mereka dengan banyak speaker dan driver terpisah untuk setiap frekuensi. Di sinilah peran speaker multi-driver.

Speaker Multi-Pengemudi

Speaker multi-driver menggunakan dua, tiga, atau bahkan empat driver dengan ukuran berbeda untuk menangani berbagai frekuensi. Jenis yang paling umum adalah speaker dua driver, sering disebut sistem dua arah.

Di dalam speaker dua arah, terdapat crossover—komponen khusus yang membagi sinyal audio ke dalam rentang frekuensi berbeda. Frekuensi tinggi dikirim ke tweeter, sedangkan frekuensi menengah dan rendah diarahkan ke woofer, menggunakan filter untuk membagi frekuensi dengan tepat.

Dengan menggunakan crossover, speaker dapat mereproduksi seluruh rentang suara dengan tingkat kualitas yang tidak mungkin dicapai hanya dengan satu driver.

Tweeter dan woofer

Jika Anda perhatikan, sebagian besar speaker Hi-Fi memiliki beberapa driver dengan ukuran berbeda di panel depan. Tapi kenapa begitu? Meskipun secara teori, satu driver dapat mereproduksi seluruh frekuensi audio, terdapat keterbatasan praktis pada pendekatan ini.

Tweeter dan woofer

Penggerak kecil tidak dapat menggerakkan udara yang cukup untuk menghasilkan frekuensi rendah pada volume yang memadai. Di sisi lain, driver yang lebih besar, yang menangani bass dengan baik, memiliki keterbatasan mekanis yang mencegahnya mereproduksi frekuensi tinggi secara efisien. Karakteristik penting lainnya dari pengemudi adalah directivity, yang mengacu pada sudut di mana suara seimbang dengan baik. Pengarahan sebuah driver bergantung pada ukurannya: driver yang lebih besar memiliki directivity yang lebih sempit pada frekuensi tinggi, sedangkan driver yang lebih kecil kesulitan dengan frekuensi rendah.

Pembicara frekuensi tinggi

Untuk menghasilkan suara berkualitas tinggi dan seimbang di semua frekuensi, speaker menggunakan beberapa driver dengan ukuran berbeda. Setiap driver dirancang khusus untuk menangani rentang frekuensi tertentu—rendah, menengah, atau tinggi. Untuk memastikan setiap driver hanya menerima frekuensi yang dirancang untuknya, komponen khusus yang disebut crossover digunakan, yang membagi sinyal audio menjadi pita frekuensi berbeda. Tapi kita akan membicarakannya lain kali.

Apa itu impedansi speaker?

Impedansi speaker mengacu pada resistansi keseluruhan terhadap aliran arus listrik di speaker. Ini diukur dalam ohm dan mencakup resistansi kabel kumparan suara dan induktansi yang disebabkan oleh kawat yang digulung menjadi kumparan. Berbeda dengan resistansi standar, induktansi berubah seiring dengan frekuensi sinyal, sebuah fenomena yang dikenal sebagai reaktansi induktif.

Karena variabel ini, impedansi berbeda dari resistansi “biasa” dan dihitung menggunakan rumus rumit, yang tidak perlu Anda hafal kecuali Anda seorang insinyur. Yang penting untuk diingat adalah mencocokkan impedansi speaker dan amplifier Anda sangat penting untuk performa optimal. Impedansi yang tidak sesuai dapat mengakibatkan kualitas suara yang lebih rendah, panas berlebih, dan bahkan kerusakan peralatan.

Jadi, selalu pastikan speaker Anda kompatibel dengan amplifier Anda untuk menghindari masalah dan nikmati suara berkualitas tinggi tanpa membahayakan peralatan Anda!

Kekuatan Speaker vs. Sensitivitas Speaker

“Lebih besar lebih baik,” bukan?

Tidak selalu. Banyak orang berpikir bahwa watt yang lebih tinggi pada speaker secara otomatis berarti suara yang lebih keras. Namun pada kenyataannya, apakah Anda dapat menggunakan semua kekuatan itu sepenuhnya?

Cara yang lebih baik untuk membandingkan speaker adalah dengan melihat sensitivitasnya. Sensitivitas, diukur dalam desibel (dB), menunjukkan seberapa efisien speaker mengubah energi listrik menjadi suara. Semakin tinggi peringkat sensitivitasnya, semakin banyak suara yang dapat dihasilkan speaker dengan jumlah daya tertentu. Dengan kata lain, ia melakukan tugasnya dengan lebih baik dalam mengubah listrik menjadi gelombang suara.

Peringkat sensitivitas menyamakan kedudukan saat membandingkan kinerja dan kekuatan speaker. Namun, jika Anda menggunakan amplifier eksternal, Anda tetap perlu mempertimbangkan seberapa besar daya yang dapat ditangani oleh speaker. Penanganan daya menunjukkan berapa banyak daya listrik yang dapat digunakan oleh speaker tanpa mengalami kerusakan, jadi penting untuk mencocokkan keluaran amplifier Anda dengan tingkat daya speaker.

Memilih antara sensitivitas tinggi atau rendah bergantung pada kebutuhan sistem Anda. Jika efisiensi energi penting (seperti pada speaker portabel atau sistem audio mobil), Anda memerlukan speaker dengan sensitivitas lebih tinggi. Sebaliknya, dalam pengaturan audio profesional, Anda mungkin memerlukan speaker dengan kapasitas daya lebih tinggi.

Respon frekuensi

Ketika kita berbicara tentang respon frekuensi speaker, kita sedang mendiskusikan kemampuannya untuk mereproduksi suara pada rentang frekuensi yang berbeda. Karena tidak ada pembicara yang sempurna, grafik respons frekuensi membantu mengungkap frekuensi di mana pembicara mungkin terlalu menekankan atau berkinerja buruk.

Respon frekuensi penting karena beberapa alasan. Pertama, hal ini penting ketika merancang sistem multi-driver dan mengatur crossover, yang membagi frekuensi antara driver yang berbeda. Kedua, ini membantu Anda memilih speaker yang tepat untuk kebutuhan audio spesifik Anda, baik untuk pekerjaan studio profesional atau mendengarkan musik rumahan.

Banyak speaker tingkat konsumen yang sengaja disetel dengan sedikit kurva “senyum” pada respons frekuensinya untuk meningkatkan pengalaman suara. Namun, jika Anda bekerja di produksi musik, Anda memerlukan speaker dengan respons frekuensi datar. Hal ini memastikan bahwa tidak ada instrumen atau sampel yang tertutup oleh penurunan rentang frekuensi atau peningkatan buatan oleh puncak.

Pada dasarnya, speaker dengan respons frekuensi datar menghasilkan suara yang akurat dan bersih, mencerminkan sumber audio asli, yang sangat penting untuk mixing dan mastering yang presisi.

Bagaimana dengan headphone?

Headphone menggunakan teknologi yang sama dengan driver speaker namun dalam skala yang lebih kecil. Pada dasarnya, ini adalah speaker kecil yang dipasang di atau di dalam telinga Anda, menghasilkan suara yang dipersonalisasi.

Bagaimana cara kerja speaker stereo?

Satu speaker biasanya memutar suara secara mono. Untuk mencapai soundstage stereo penuh, Anda memerlukan dua speaker, masing-masing mentransmisikan sinyal audio kiri dan kanan dan diposisikan untuk menciptakan lingkungan suara yang luas.

Tapi bagaimana dengan soundbar? Bagaimana cara mereka menciptakan efek stereo?

Soundbar yang dirancang untuk keluaran stereo memiliki beberapa driver yang disusun di seluruh kabinet. Sinyal stereo dibagi menjadi saluran kiri dan kanan, dan masing-masing driver menerima porsinya untuk menciptakan gambar stereo yang lebih luas. Sistem ini sering kali dilengkapi dengan subwoofer tambahan untuk bass yang dalam—sempurna untuk mereproduksi frekuensi rendah atau suara serak Batman.

Siapa penemu speaker?

Seperti banyak penemuan lain di awal abad ke-20, sulit untuk memuji hanya satu orang yang menciptakan loudspeaker. Teknologi ini berkembang seiring waktu ketika para ilmuwan dan insinyur memperoleh pemahaman yang lebih baik tentang gelombang suara dan arus listrik.

Alexander Graham Bell, penemu telepon terkenal, memberikan kontribusi signifikan terhadap teknologi audio, mengembangkan salah satu versi pengeras suara paling awal di akhir abad ke-19. Tidak lama kemudian, Oliver Lodge menciptakan speaker kumparan bergerak pertama. Pada tahun 1915, insinyur Denmark Peter L. Jensen dan Edwin Pridham mematenkan speaker elektrodinamik, di mana kumparan kawat yang dipasang pada diafragma ditempatkan dalam medan magnet.

Di seberang Atlantik, pada tahun 1925, Edward W. Kellogg dan Chester W. Rice mengembangkan loudspeaker dinamis dengan diafragma, yang kemudian dilisensikan oleh RCA. Desainnya mencakup banyak elemen yang menjadi dasar teknologi speaker modern.

Jadi, dapat dikatakan bahwa saat ini banyak orang yang berkontribusi terhadap pengembangan teknologi yang memungkinkan Anda menikmati musik dan film dengan suara berkualitas tinggi. Seperti banyak penemuan hebat lainnya, dibutuhkan sebuah desa untuk menghidupkan speaker modern!

Masa Depan Sistem Akustik

Teknologi semakin kecil dan murah—itulah faktanya. Namun jika berbicara tentang speaker, teknologi intinya praktis tidak berubah sejak penemuan mereka.

Faktanya, speaker adalah salah satu teknologi paling tidak efisien yang kita gunakan saat ini. Lebih dari 99% energi yang masuk ke speaker tidak diubah menjadi suara. Sebagian besarnya terbuang sebagai panas. Mengejutkan bahwa Badan Perlindungan Lingkungan (EPA) belum melarang speaker karena efisiensi energinya yang buruk.

Namun, masa depan pembicara dapat berubah berkat bahan baru yang ditemukan pada tahun 2004—graphene. Bahan ini sangat ringan, artinya memerlukan lebih sedikit energi untuk bergerak maju mundur menciptakan gelombang suara. Ini merupakan berita bagus, terutama bagi tweeter, yang membutuhkan bahan ringan agar dapat berfungsi secara efisien pada frekuensi tinggi.

Jika para ilmuwan berhasil meningkatkan produksi graphene dan mengintegrasikannya ke dalam produk komersial, speaker masa depan akan menjadi lebih ringan dan jauh lebih hemat energi.

Sampai saat itu tiba, kita harus puas dengan apa yang kita miliki sekarang—pemanas ruangan mini yang mengubah sinyal listrik menjadi perubahan tekanan udara, yang juga dikenal sebagai speaker.