Jak działa głośnik
Na początek troszkę teorii. Zanim zaczniemy robić subwoofery i zestawy głośnikowe,
wypadało by wiedzieć jak działa i jak zbudowany jest głośnik. Przekrój głośnika
dynamicznego:
Zacznijmy od szkieletu głośnika, czyli kosza. W większości głośników
kosz wykonany jest z blachy stalowej, tzw wytłoczka. Niektóre firmy pokrywają
go lakierem proszkowym, nie po to aby ładnie wyglądał, ale po to żeby przesunąć
rezonans własny na wyższą częstotliwość. Czasami można spotkać się z głośnikami które mają kosze z tworzywa
sztucznego, kiedyś oglądałem taki głośnik z bliska i muszę stwierdzić, że kosz
taki jest dość delikatny, tzn po mocniejszym naciśnięciu na jedno z ramion było
czuć że kosz się wykrzywia. Kosze najlepszych głośników odlewane są z aluminium
i aluminio podobnych stopów, magnezu itp. To powoduje, że kosz jest bardzo sztywny i nie
wygina się przy dużych obciążeniach
.
Do kosza przyklejone jest
zawieszenie górne, najczęściej stosowanym
materiałem jest guma lub pianka (często spotykane u Tonsila). Należy unikać
głośników z zawieszeniem papierowym lub papierowym powlekanym lakierem. Są to
głośniki nadające się tylko do kolumn estradowych, zawieszenia tego typu są
bardzo sztywne, przez co Fs takich głośników leży wysoko (biorąc pod uwagę średnicę),
za to posiadają one dużą moc i efektywność dzięki czemu mogą wytworzyć bardzo
duże natężenie dĽwięku, a o to chodzi na koncertach.
Do górnego zawieszenia przyklejona jest membrana, najczęściej w kształcie
stożka. Materiałów z których zrobione są membrany jest bardzo dużo, najczęściej
spotykane to: papier, papier powlekany lakierem, aluminium, kevlar
(te żółte membrany w kolumnach B&W to właśnie kevlar), celuloza, polipropylen, aluminium i różnego rodzaju kanapki.
Membrana powinna być bardzo sztywna i możliwie lekka.
Na środku membrany znajduje się kopułka lub korektor fazy. Zadaniem
kopułki jest osłona szczeliny przed kurzem i niepożądanymi ciałami które mogły
by nawet doprowadzić do uszkodzenia cewki na skutek tarcia. Korektor fazy ma
kształt szpica. Ostatnio pojawia się on w różnego typu tanich "giełdowych
głośników", należy tylko zwrócić uwagę na to, że korektor fazy jest przymocowany
na stałe, nie porusza się wraz z ruchem membrany.
Do membrany przyczepiona jest cewka która znajduje się w stałym polu
magnetycznym magnesu, jej karkas wykonany jest z aluminium lub nomexu. Jeśli
do cewki doprowadzimy prąd, wytwarzane jest pole magnetyczne, a że cewka znajduje
się w stałym polu magnetycznym magnesu jest ona wypychana na zewnątrz (lub wpychana
do środka, jeżeli prąd popłynie w drugim kierunku). Dzięki temu membrana się
porusza. Czym większe natężenie prądu, tym na cewkę działa większa siła i zwiększa
się amplituda.
Na dole, cewka przyczepiona jest do
resora, który powoduje, że cewka
wycentrowana w szczelinie, wykonana jest z tkaniny impregnowanej. Cewka porusza
się w szczelinie która powinna być możliwie wązka, czym jest ona węższa tym
zwoje cewki znajdują się bliżej magnesu.
Magnes najczęściej wykonany jest z ferrytu, można również spotkać
magnesy neodymowe (szczególnie w głośnikach wysokotonowych) które mogą wytworzyć
takie same pole jak magnesy ferrytowe, jednak przy dużo mniejszych wymiarach.
Rolą nabiegunnika jest min. odprowadzanie ciepła z
cewki, sprawność typowego głośnika to 0,1..3%, jeśli podajemy
na głośnik 100W to dostajemy w zamian 0,1 do 3W mocy akustycznej,
reszta gdzieś się musi podziać (nic w przyrodzie nie ginie).
Oprócz tego, w nabiegunniku znajduje się tzw. zwój zwarty
(miedziany pierścień) który zmniejsza wzrost impedancji wraz
z rosnącą częstotliwością. Często w nabiegunniku znajduje
się otwór przez które przelatuje powietrze w czasie pracy
głośnika, dzięki czemu cewka jest dodatkowo chłodzona.
Podstawowe parametry głośnika
Każdy głośnik posiada zestaw parametrów, bez których obliczenie obudowy jest niemożliwe. Podstawowe z nich:
Fs- częstotliwość rezonansowa podawana w Hz. Znając ten parametr możemy
wstępnie ocenić jakie są możliwości głośnika w zakresie niskich częstotliwości.
Ale uwaga, sugerowanie się tylko częstotliwością rezonansową jest dużym błędem,
jest to tylko jeden z parametrów odpowiadający za dolną częstotliwość graniczną.
VAS - objętość ekwiwalentna w litrach. Jest to objętość zastępcza obliczana
na podstawie podatności zawieszenia i powierzchni membrany, czym te obie wartości
są większe tym VAS jest większe. W przypadku typowych głośników 20cm Vas znajduje
się w przedziale 40 do 120, dla 30-ek od 100 do 600.
Qts - dobroć całkowita określana wzorem: Qts=(Qms*Qes)/(Qms+Qes). Na
podstawie tego parametru w połączeniu z Fs i VAS możemy określić jaka będzie
charakterystyka głośnika w zakresie aniskich częstotliwości. Przypominam że cewka
włączona w szereg z głośnikiem (filtr dolnoprzepustowy) posiada również rezystancję.
Aby obliczyć obudowę należy obliczyć Qts zastępcze: Qts(zastępcze)=Qts*(Re+Rs)/Re
( Re to rezystancja cewki głośnikowej, Rs to rezystancja cewki włączonej szeregowo
z głośnikiem).
Trzy powyższe parametry (zwane parametrami Thiele'a -
Smalla) są obowiązkowe do poprawnego obliczenia obudowy. Poniższe parametry
są również ważne, ale bez nich możemy się ewentualnie obejść.
Qms - dobroć mechaniczna, czyli tarcie występujące na górnym zawieszeniu
oraz resorze.
Qes - dobroć elektryczna.
Sd - powierzchnia membrany, która przyczynia się do promieniowania dĽwięku
(powierzchnia membrany + powierzchnia połowy zawieszenia) podawana w cm2.
Efektywność - jest to miara ciśnienia akustycznego jaką uzyskamy w odległości
jednego metra od głośnika. Wyróżniamy dwa rodzaje efektywności: mocową i napięciową.
Efektywność mocowa jest to efektywność jaką uzyskamy po dostarczeniu 1W mocy
do głośnika. Efektywność napięciowa to efektywność jaką uzyskamy po doprowadzeniu
do głośnika 2,83V. Ale uwaga, przy obciążeniu 8 omowym efektywność napięciowa
i mocowa jest taka sama, dla głośnika 4 omowego efektywność napięciowa daje
wynik 3dB większy niż efektywność mocowa. Należy na to zwrócić uwagę przy zakupie
głośnika. Efektywność jest bardzo ważnym parametrem który decyduje o maksymalnym
natężeniu dĽwięku. Często ludzie sugerują się jedynie mocą głośnika - błąd.
Dla przykładu podam że głośnik o mocy 100W i efektywności 87dB wytworzy takie
samo natężenie dĽwięku jak głośnik o mocy 50W i efektywności 90dB.
Bl - [Tm] jest to siła która działa na cewkę głośnika, czym jest większa
tym impuls odtwarzany jest lepiej i uzyskujemy większą efektywność.
B - indukcja magnetyczna w szczelinie.
L - indukcyjność cewki głośnika
Xmax - maksymalne wychylenie liniowe głośnika (amplituda)
Pe - jest to moc znamionowa jaką głośnik może przyjmować
w pracy ciągłej, mierzona w watach. Niestety nie ma jednej normy w której jest
to mierzone. Wg DIN45-573 jest to: sygnał 1 min włączony, 2 min wyłączony przez
5 minut. Wg IEC 268-5 do głośnika doprowadzony jest sygnał 100 godzinny. Z tego
wynika, że ten sam głośnik może mieć różną moc znamionową w zależności od normy
w której został mierzony (przy IEC jego moc na pewno będzie mniejsza).
Re - rezystancja cewki głośnika.
Mms - masa układu drgającego (cewka, zawieszenia, membrana).
