Zvučnik

Izvor: Wikipedia
Elektrotehnika
VFPt Solenoid correct2.svg
Elektricitet  Magnetizam
Prednja strana zvučnika
Zvučnička kutija

Zvučnik je elektromehanički pretvarač koji pobuđen električnim signalom proizvodi zvuk namijenjen ljudskom uhu, tj. zvuk frekvencijskog opsega od 20 do 20.000 Hz. Pojam zvučnik se također često koristi i za zvučničku kutiju u kojoj se nalazi jedna ili više zvučničkih jedinica, tj. zvučnika u užem smislu.

Povijest[uredi - уреди]

Prvi zvučnik je bila telefonska slušalica koju je patentirao Alexander Graham Bell 1876. Nedugo zatim uslijedila je poboljšana verzija Ernsta Siemensa u Njemačkoj i Engleskoj 1878. Vjeruje se da je sličnu napravu stvorio 1881. i Nikola Tesla. Modernu konstrukcija zvučnika s pomičnom zavojnicom ostvario je Oliver Lodge u Engleskoj 1898.

Princip pomične zavojnice patentirali su 1924. dva Amerikanaca, Chester W. Rice i Edward W. Kellog. Postoji dvojba kako je Britanac Paul Voigt prije njih podnio patentni zahtjev koji je tek naknadno prihvaćen. Voigt je 1928. napravio prvi zvučnik koji je mogao učinkovito reproducirati cijeli raspon frekvencija, a također je razvio i prvi sustav za kućnu upotrebu, međutim koristio je elektromagnete umjesto permanetnih magneta.

Prvi su zvučnici koristili elektromagnete jer je u to doba cijena permanentnih magneta potrebne veličine i snage bila prevelika. Elektromagnet se pobuđivao istosmjernom strujom kroz zavojnicu koja je obično služila i kao prigušnica u ispravljaču pojačala na koje je zvučnik bio priključen.

Način rada[uredi - уреди]

Prema načinu pretvaranja električne energije u zvuk postoji nekoliko vrsta zvučnika

Dinamički zvučnik[uredi - уреди]

Kada kroz zavojnicu poteče struja, stvara se magnetsko polje, koje zajedno sa zavojnicom, u skladu s promjenom smjera struje, mijenja svoj polaritet, odnosno orijentaciju. Zavojnica je smještena u polje permanentnog (trajnog) magneta. Polja trajnog magneta i zavojnice međusobno djeluju jedno na drugo, kao i svaka druga dva magneta. Kako je trajni magnet stacionaran, a zavojnica pokretljiva, mijenjanje polarizacije zavojnice i polja s promjenom struje rezultira titranjem zavojnice (polje gura ili privlači zavojnicu, ovisno o trenutku). Zavojnica potiskuje membranu, što proizvodi zvuk jer se širi zvučni val. Frekvencija zvučnog vala, odnosno dobivenog zvuka podudara se sa frekvencijom titranja zavojnice.

Elektrostatičke sile privlačenja i odbijanja koja postoje između električno naelektrisanih tela zavisno od toga da li su naelektrisanja istorodnog ili suprotnog polariteta formiraju osnovu elektrostatičkog zvučnika. Tako, ako se dve metalne ploče jedna blizu druge i ako se dovede odgovarajući jednosmerni napon, doći će do međusobnog privlačenja ploča. Zatim, ako se jedna od ploča fiksira, a druga se napravi da bude tanka pokretna membrana, dovođenje naizmeničnog napona će omogućiti kretanje membrane ka i od nepokretne ploče.

U praksi, nelinearnost koja je nezaobilazna kod ovakvog neizbalansiranog sistema se izbegava koristeći push-pullstrukturu, slika 1. Dve fiksne ploče ili elektrode, izolovane na odgovarajući način i perforirane kako bi dopustile da zvučni talasi prođu kroz njih se postavljaju sa različitih strana membrane. Isti jednosmerni polarizacioni napon se dovodi do obe fiksne ploče u odnosu na centralnu membranu, tako daje njen položaj u mirovanju tačno „u sredini“. Naizmenični (audio) signal suprotnog polariteta se dovodi do svake od spoljnih ploča generišući povećano privlačenje membrane jednoj od ploča što je potpomognuto smanjenim privlačenjem od strane druge ploče.

Membrana može biti izuzetno lagana pošto se krutost ovde ne zahteva i odziv na visoke frekvencije i tranzijente je odličan (mebrana može brzo da reaguje). Takođe, pošto se pobudna sila primenjuje preko čitave površine membrane, što je suprotno onome što postoji kod elektrodinamičkog zvučnika sa kalemom, neželjeni modovi kretanja su ovde izbegnuti, kretanje membrane je mnogo bliže kretanju idealnog klipa. Međutim, treba primetiti da je elektrostatički zvučnika napravljen bez ikakve kutije, tako da se on ponaša kao dipol i zrači podjednako na dve strane tako da ima karakteristiku usmerenosti u obliku osmice.

Ne postojanjem kutije se izbegavaju različiti problemi koje ona nameće, kao što su rezonance u kutiji, ali se postavlja granica za nisko-frekvencijsko zračenje pošto su talasi sa prednje i zadnje strane u protiv fazi i dolazi do njihovog poništavanja. Zbog toga se većina elektrostatičkih zvučnika projektuje kao visoko-frekvencijske komponente koje treba upariti sa konvencionlanim elektrodinamičkim zvučnikom sa pokretnim kalemom za niske frekvencije. I jednosmerni i naizmenični naponski signali kod ovih zvučnika mogu biti reda nekoliko kV, i zbog toga treba preduzeti mere opreza dane bi došlo do prekomerno velikih pomeraja membrane i oštećenja. Zbog toga se obično postavljaju kola za ograničavanje signala i senzori koji vrše isključivanje dovodnog napona kada se pređe određena granica.

Zvučničke kutije[uredi - уреди]

Kako je teško napraviti zvučnik koji će jednako dobro reproducirati i niske i visoke frekvencije, u pravilu se rade 2-stazne (češće) ili 3-stazne (rjeđe) zvučničke kutije. Dvostazne kutije imaju 2 zvučnika: visokotonac (tweeter) i dubokotonac (woofer - ponekad se koristi i termin bas), dok 3-stazne kutije imaju i srednjetonac. Neke kutije imaju i takozvanu Bass Reflex cijev koja hvata baseve u kutiji ( koju proizvodi stražnja strana zvučnika te oni kroz cijev određenog promjera ( bass reflex ) izlaze van.

Tehnike reprodukcije[uredi - уреди]

Donedavno se zvuk reproducirao u mono i stereo tehnici, a ideje o kvadrofoniji su davno izumrle, no krajem stoljeća postali su popularni surround zvučnički sustavi, kojima se postiže ono što kvadrofonija nije svojedobno uspjela.

Tipičan razmještaj je 5.1 (noviji standardi su 6.1 i 7.1):

  • dva zvučnika naprijed (lijevi i desni - osnova stereo sustava)
  • dva pozadinska zvučnika (također lijevi i desni)
  • centralni zvučnik ispred nas
  • takozvani subwoofer - zvučnik koji reproducira frekvencije na donjoj granici čujnosti ljudskog uha

7.1 sistem je zapravo jednak 5.1 samo što ima još dva zvučnika "središnji" koji su naravno lijevi i desni. Kvaliteta ovakvog sistema je u tome što sada doslovno možemo sudjelovati u filmu te osječati svaki zvuk te dobiti doživljaj kao da smo u filmu ili nekoj drugoj aplikaciji.

Vanjske poveznice[uredi - уреди]

Reference[uredi - уреди]