Cum funcționează difuzoarele

Chiar dacă difuzoarele Hi-Fi există de peste 70 de ani, pentru mulți nou-veniți în lumea audio, aceste cutii din lemn cu diverse componente și deschideri ar putea părea misterioase. De aceea, am creat acest articol pentru cei care tocmai încep călătoria în lumea sunetului de înaltă calitate.

Este important de înțeles că, în ciuda deceniilor de progrese tehnologice în proiectare și producție, principiul fundamental din spatele modului în care funcționează difuzoarele sau traductoarele acustice abia s-a schimbat de când Edward Kellogg și Chester Rice l-au introdus pentru prima dată în 1925. Fie că vorbim despre difuzoarele minuscule din smartphone-ul dvs., bara de sunet de sub televizor sau difuzoarele masive de la un concert, toate au același design de bază.

Evoluția sistemelor Hi-Fi ne-a adus o calitate incredibilă a sunetului, dar înțelegerea principiilor de bază din spatele tehnologiei difuzoarelor vă va ajuta să luați decizii mai informate atunci când vă construiți propriul sistem audio.

Cum funcționează un difuzor?

Înainte de a ne aprofunda în detaliile modului în care funcționează componentele difuzoarelor, să luăm un moment pentru a înțelege modul în care difuzoarele creează sunetul în general. Semnalul audio amplificat este trimis la o bobină metalică din sârmă. Pe măsură ce curentul electric trece prin bobină, acesta interacționează cu un magnet din interiorul difuzorului, determinând diafragma să vibreze.

Aceste vibrații mișcă aerul, creând unde sonore care sunt o replică exactă a semnalului audio original. Și chiar așa, auzi sunetul, indiferent dacă este muzică sau vocea cuiva. Desigur, aceasta este o explicație simplificată, dar acum că avem o înțelegere de bază, haideți să o descompunem în continuare.

Difuzorul, sau traductorul de sunet, este componenta cheie a oricărui sistem de difuzoare, permițându-ne să auzim sunetul. Sarcina sa este de a converti semnalul electric de la amplificator în unde sonore acustice care călătoresc prin aer și ajung la urechile noastre.

Pentru a se conecta la amplificator, difuzorul are două terminale legate la o bobină vocală ascunsă în interiorul difuzorului. Această bobină se află într-un spațiu îngust între polii unui magnet permanent situat în partea din spate a difuzorului. Când curentul alternativ (semnalul audio electric) trece prin bobină, acesta se mișcă înainte și înapoi — urmând principiile electromagnetismului pe care le-am învățat cu toții la școală.

Deoarece bobina este atașată la diafragmă, care este partea pe care o puteți vedea pe partea din față a difuzorului, diafragma (sau conul) se mișcă și ea înainte și înapoi. Aceste mișcări generează undele sonore pe care le percepem ca sunet. Pentru a permite diafragmei să se miște liber, este montată pe un înveliș flexibil. Cu cât amplitudinea mișcării diafragmei este mai mare, cu atât sunetul pe care îl auzim este mai puternic.

Ce se află în interiorul unui difuzor?

Să aruncăm o privire în interiorul unui difuzor și să analizăm modul în care fiecare parte joacă un rol în crearea sunetului.

Difuzor

Principala sarcină a unui difuzor este să transforme un semnal electric în unde sonore. Este în esență „motorul” care conduce producția de sunet.

Componentele cheie ale unui difuzor includ:

• Pol;
• Placa din spate;
• Magnet;
• Placa de sus;
• bobină;
• Coş;
• Păianjen;
• Con și înconjur;
• Capac de praf.

Stâlp, placa din spate și placa superioară

Stâlpul acționează ca un conductor, coordonând întregul sistem magnetic al difuzorului. Se află în centru și direcționează câmpul magnetic. Placa din spate este situată în spatele stâlpului, în timp ce placa superioară este poziționată direct deasupra acestuia.

Magnet

Magnetul oferă o sursă constantă de energie magnetică în difuzor, înconjurat de stâlp și plăci care ajută la focalizarea câmpului magnetic. Este fixat de coșul difuzorului și este denumit magnet permanent deoarece își păstrează proprietățile magnetice la nesfârșit. Pe de altă parte, bobina vocală, care interacționează cu magnetul, devine magnetică doar atunci când trece un curent electric prin ea.

Bobina vocală

Bobina vocală este un fir înfășurat strâns în jurul unui cilindru mic, numit uneori bobină. Gândește-te la asta ca la un yo-yo. Când un semnal electric trece prin bobină, acesta devine un electromagnet, interacționând cu magnetul permanent din difuzor. Dacă vă amintiți lecțiile de fizică, veți ști că sarcinile asemănătoare se resping și cele opuse se atrag. Această interacțiune magnetică face ca bobina să se miște înainte și înapoi, creând în cele din urmă unde sonore.

Păianjen și înconjur

Păianjenul este un material ondulat care susține bobina vocală, menținând-o pe loc, permițându-i în același timp să se miște strict înainte și înapoi. Deși ar putea părea contraintuitiv, păianjenul se asigură că bobina nu se mișcă lateral, menținând o mișcare stabilă.

Surroundul servește un scop similar pentru con. Acesta ține conul în poziție în partea de sus a coșului difuzorului, permițându-i să se miște fără probleme în timp ce produce sunet.

Con

Conul, cunoscut și sub numele de diafragma, este una dintre puținele părți vizibile ale difuzorului. Se mișcă înainte și înapoi ca răspuns la impulsurile magnetice de la bobina vocală. Această mișcare creează unde de presiune în aerul înconjurător, producând sunetele pe care le auzim.

Capac de praf

Capacul de praf este o componentă mică care protejează părțile interne ale difuzorului de praf și resturi, prevenind potențialele deteriorări.

Coş

Coșul este cadrul care ține toate componentele difuzorului împreună. După cum sugerează și numele, acționează ca un coș, adunând toate părțile într-o structură unificată.

Așa funcționează un difuzor. Cu toate acestea, când vorbim despre „difuzoare”, de obicei ne referim la întregul sistem, nu doar la componentele interne. Dar ce altceva este nevoie pentru a ne asigura că difuzoarele funcționează eficient?

Componente electrice

Pentru ca bobina să producă sunet, are nevoie de un semnal electric. Aici intră în joc bornele difuzoarelor și firele împletite. Terminalele sunt punctele metalice de conectare sau porturile unde cablul audio se conectează la difuzor.

Aceste terminale se leagă de firul împletit care alimentează bobina, furnizând „combustibilul” necesar pentru alimentarea acesteia. Acest fir este responsabil pentru transmiterea semnalului electric care este transformat în sunet.

Incinta

Carcasa sau „cabinetul” difuzorului joacă un rol crucial în modul în care funcționează difuzorul. În primul rând, oferă o carcasă etanșă care protejează componentele interne de praf, murdărie și elemente externe, cum ar fi părul de animale.

În al doilea rând, carcasa ajută la reducerea distorsiunii de fază. Când diafragma difuzorului se mișcă, aceasta produce unde sonore în ambele direcții. Fără incintă, aceste unde s-ar putea anula reciproc, rezultând o calitate slabă a sunetului.

În cele din urmă, carcasa afectează direcția sunetului și reglarea basului. Un cabinet bine proiectat poate ajuta la direcționarea sunetului acolo unde este necesar și la îmbunătățirea percepției frecvențelor joase.

Carcasa este de obicei realizată din material dens și rigid pentru a preveni rezonanța și vibrațiile nedorite. Cele mai comune materiale sunt lemnul sau MDF (plăci de fibre de densitate medie), deși uneori se folosește și plasticul.

Cum reproduc difuzoarele diferite frecvențe?

Am descris deja modul în care difuzoarele convertesc energia electrică în unde sonore. Cu toate acestea, nu toate frecvențele de sunet sunt la fel și dacă un singur difuzor încearcă să gestioneze întregul spectru al sunetului, calitatea va avea de suferit.

De aceea, la concerte, veți vedea adesea stive masive de sisteme audio. Fiecare difuzor este proiectat pentru a gestiona o gamă de frecvență specifică: subwooferele și wooferele gestionează frecvențele joase, driverele medii acoperă gama medie, iar tweeterele mici se ocupă de frecvențele înalte. Aceste difuzoare sunt construite diferit pentru a gestiona aceste game distincte.

Desigur, majoritatea oamenilor nu doresc să-și umple studioul sau camera de zi cu un teanc mare de difuzoare și drivere separate pentru fiecare frecvență. Aici intervin difuzoarele cu mai multe drivere.

Difuzoare cu mai multe drivere

Difuzoarele cu mai multe drivere folosesc două, trei sau chiar patru drivere de dimensiuni diferite pentru a gestiona diferite frecvențe. Cel mai comun tip este difuzorul cu două drivere, adesea numit sistem cu două căi.

În interiorul unui difuzor cu două căi, există un crossover - o componentă specială care împarte semnalul audio în diferite game de frecvență. Frecvențele înalte sunt trimise către tweeter, în timp ce frecvențele medii și joase sunt direcționate către woofer, folosind filtre pentru a împărți frecvențele în mod corespunzător.

Folosind un crossover, difuzorul poate reproduce întreaga gamă de sunet cu un nivel de calitate care ar fi imposibil cu un singur driver.

Tweetere și woofer

Dacă ați observat, majoritatea difuzoarelor Hi-Fi au mai multe drivere de dimensiuni diferite pe panoul frontal. Dar de ce este asta? În timp ce, teoretic, un singur driver poate reproduce întreaga gamă de frecvențe audio, există limitări practice ale acestei abordări.

Tweetere și woofer

Un șofer mic nu poate mișca suficient aer pentru a produce frecvențe joase la un volum adecvat. Pe de altă parte, driverele mai mari, care gestionează bine basul, au limitări mecanice care le împiedică să reproducă eficient frecvențele înalte. O altă caracteristică importantă a driverelor este directivitatea, care se referă la unghiul în care sunetul este echilibrat corespunzător. Directivitatea unui driver depinde de dimensiunea acestuia: driverele mai mari au o directivitate mai îngustă la frecvențe înalte, în timp ce cele mai mici se luptă cu frecvențele joase.

Difuzor de înaltă frecvență

Pentru a obține un sunet echilibrat de înaltă calitate pe toate frecvențele, difuzoarele folosesc mai multe drivere de diferite dimensiuni. Fiecare driver este proiectat special pentru a gestiona o anumită gamă de frecvență - joasă, medie sau înaltă. Pentru a se asigura că fiecare driver primește doar frecvențele pentru care a fost proiectat, este utilizată o componentă specială cunoscută sub numele de crossover, care împarte semnalul audio în diferite benzi de frecvență. Dar despre asta vom vorbi data viitoare.

Ce este impedanța difuzorului?

Impedanța difuzorului se referă la rezistența totală la fluxul de curent electric într-un difuzor. Se măsoară în ohmi și include atât rezistența firului bobinei vocale, cât și inductanța cauzată de înfășurarea firului într-o bobină. Spre deosebire de rezistența standard, inductanța se modifică odată cu frecvența semnalului, un fenomen cunoscut sub numele de reactanță inductivă.

Din cauza acestei variabile, impedanța diferă de rezistența „obișnuită” și este calculată folosind formule complexe, pe care nu trebuie să le memorezi decât dacă ești inginer. Ceea ce este important de reținut este că potrivirea impedanței difuzoarelor și a amplificatorului este crucială pentru o performanță optimă. Impedanța nepotrivită poate duce la o calitate mai scăzută a sunetului, supraîncălzire și chiar deteriorarea echipamentului.

Așadar, asigurați-vă întotdeauna că difuzoarele sunt compatibile cu amplificatorul pentru a evita problemele și pentru a vă bucura de sunet de înaltă calitate, fără a vă risca echipamentul!

Puterea difuzorului vs. Sensibilitatea difuzorului

„Mai mare este mai bine”, nu?

Nu întotdeauna. Mulți oameni cred că o putere mai mare în difuzoare înseamnă automat un sunet mai puternic. Dar, în realitate, vei putea chiar să folosești pe deplin toată această putere?

O modalitate mai bună de a compara difuzoarele este să vă uitați la sensibilitatea acestora. Sensibilitatea, măsurată în decibeli (dB), vă arată cât de eficient un difuzor transformă energia electrică în sunet. Cu cât gradul de sensibilitate este mai mare, cu atât difuzorul poate produce mai mult sunet cu o anumită cantitate de putere. Cu alte cuvinte, face o treabă mai bună de a transforma electricitatea în unde sonore.

Evaluările de sensibilitate nivelează câmpul de joc atunci când comparăm performanța și puterea difuzoarelor. Cu toate acestea, dacă utilizați un amplificator extern, trebuie să luați în considerare câtă putere pot suporta difuzoarele. Manevrarea puterii indică cât de multă putere electrică poate lua un difuzor fără a se deteriora, așa că este important să potriviți ieșirea amplificatorului cu puterea nominală a difuzorului.

Alegerea dintre sensibilitatea ridicată sau scăzută depinde de nevoile sistemului dumneavoastră. Dacă eficiența energetică este importantă (cum ar fi difuzoarele portabile sau sistemele audio auto), veți dori difuzoare cu sensibilitate mai mare. Pe de altă parte, într-o configurație audio profesională, este posibil să aveți nevoie de difuzoare cu o capacitate de putere mai mare.

Raspuns in frecventa

Când vorbim despre răspunsul în frecvență al unui difuzor, discutăm despre capacitatea acestuia de a reproduce sunetul în diferite game de frecvență. Deoarece niciun difuzor nu este perfect, un grafic de răspuns în frecvență ajută la dezvăluirea frecvențelor în care difuzorul poate fie să sublinieze sau să aibă performanțe slabe.

Răspunsul în frecvență este important din mai multe motive. În primul rând, este esențial atunci când se proiectează sisteme cu mai multe drivere și se instalează crossover, care împart frecvențele între diferiți drivere. În al doilea rând, vă ajută să alegeți difuzoarele potrivite pentru nevoile dvs. audio specifice, fie că este vorba de munca profesională în studio sau pentru ascultarea muzicii acasă.

Multe difuzoare de calitate pentru consumatori sunt reglate în mod intenționat cu o ușoară curbă „zâmbet” în răspunsul lor în frecvență pentru a îmbunătăți experiența sonoră. Cu toate acestea, dacă lucrați în producția muzicală, aveți nevoie de difuzoare cu un răspuns plat în frecvență. Acest lucru asigură că niciun instrument sau eșantion nu este mascat de scăderi în domeniul de frecvență sau amplificat artificial de vârfuri.

În esență, difuzoarele cu răspuns în frecvență plat oferă un sunet precis și curat, reflectând îndeaproape sursa audio originală, ceea ce este crucial pentru mixarea și masterizarea precisă.

Dar căștile?

Căștile folosesc aceeași tehnologie ca și driverele pentru difuzoare, dar la o scară mai mică. În esență, sunt difuzoare minuscule care stau pe sau în interiorul urechilor tale, oferind un sunet personalizat.

Cum funcționează difuzoarele stereo?

Un singur difuzor redă de obicei sunetul mono. Pentru a obține un sunet stereo complet, aveți nevoie de două difuzoare, fiecare transmitând semnalele audio din stânga și din dreapta și poziționate pentru a crea un mediu de sunet spațios.

Dar ce zici de barele de sunet? Cum creează un efect stereo?

Barele de sunet concepute pentru ieșire stereo au mai multe drivere aranjate de-a lungul carcasei. Semnalul stereo este împărțit în canale stânga și dreapta, iar fiecare driver primește porțiunea sa pentru a crea o imagine stereo mai largă. Aceste sisteme vin adesea cu un subwoofer suplimentar pentru un bas profund - perfect pentru a reproduce frecvențele joase sau vocea groaznică a lui Batman.

Cine a inventat difuzorul?

La fel ca multe alte invenții de la începutul secolului al XX-lea, este greu să dai credit unei singure persoane care a inventat difuzorul. Tehnologia a evoluat de-a lungul timpului, pe măsură ce oamenii de știință și inginerii au dobândit o mai bună înțelegere a undelor sonore și a curenților electrici.

Alexander Graham Bell, celebrul inventator al telefonului, a adus contribuții semnificative la tehnologia audio, dezvoltând una dintre cele mai vechi versiuni ale unui difuzor la sfârșitul secolului al XIX-lea. Nu după mult timp, Oliver Lodge a creat primul difuzor cu bobină mobilă. În 1915, inginerii danezi Peter L. Jensen și Edwin Pridham au brevetat difuzorul electrodinamic, în care o bobină de sârmă atașată la o diafragmă a fost plasată într-un câmp magnetic.

Peste Atlantic, în 1925, Edward W. Kellogg și Chester W. Rice au dezvoltat difuzorul dinamic cu diafragmă, care ulterior a fost autorizat de RCA. Designul lor a inclus multe elemente care formează baza tehnologiei moderne a difuzoarelor.

Deci, este sigur să spunem că mulți oameni au contribuit la dezvoltarea tehnologiei care vă permite să vă bucurați de muzică și filme cu sunet de înaltă calitate astăzi. Ca și în cazul multor invenții grozave, a fost cu adevărat nevoie de un sat pentru a aduce difuzorul modern la viață!

Viitorul sistemelor acustice

Tehnologia devine din ce în ce mai mică și mai ieftină – acesta este un fapt. Dar când vine vorba de difuzoare, tehnologia de bază a rămas practic neschimbată de la inventarea lor.

În realitate, difuzoarele sunt una dintre cele mai ineficiente tehnologii pe care le folosim astăzi. Peste 99% din energia care intră într-un difuzor nu este convertită în sunet. Cea mai mare parte este irosită ca căldură. Este surprinzător că Agenția pentru Protecția Mediului (EPA) nu a interzis încă difuzoarele din cauza eficienței lor energetice slabe.

Cu toate acestea, viitorul difuzoarelor s-ar putea schimba datorită unui nou material descoperit în 2004 — grafenul. Acest material este incredibil de ușor, ceea ce înseamnă că necesită mult mai puțină energie pentru a se mișca înainte și înapoi pentru a crea unde sonore. Este o veste grozavă, în special pentru tweetere, care au nevoie de materiale atât de ușoare pentru a funcționa eficient la frecvențe înalte.

Dacă oamenii de știință pot crește cu succes producția de grafen și o pot integra în produse comerciale, difuzoarele viitorului ar putea fi mai ușoare și mult mai eficiente din punct de vedere energetic.

Până atunci, va trebui să ne descurcăm cu ceea ce avem acum - mini încălzitoare care convertesc semnalele electrice în schimbări de presiune a aerului, cunoscute și sub numele de difuzoare.