Głośnik jak to działa.pdf

EiS 2001-05

TECHNOLOGIA

Głośniki małe i duże (1)

Marek Witkowski

Zestawy głośnikowe różnią się od siebie kształtem bryły, z pewnością też i ciężarem, systemem

mocowań służących do podwieszania, a po odsłonięciu maskownicy okazałoby się, że także

rozwiązaniami konstrukcyjnymi. Różnice występują nie tylko pomiędzy produktami

poszczególnych wytwórców, ale też różne modele tego samego producenta posiadają specyficzne

cechy, właściwe często tylko dla danego modelu. Do każdego modelu dołączane są listy danych

technicznych opracowywane przez armie naukowców, projektantów i konstruktorów. Na ich

podstawie przedstawiciele handlowi poszczególnych producentów kruszą kopie, starając się

dowieść wyższości oferowanego przez siebie sprzętu nad propozycjami konkurentów.

Należy sobie jednak uświadomić, że nawet różne modele sprzętu wykonane przez tego samego

producenta, będą się zachowywały różnie w określonych warunkach eksploatacji. Dlatego

porównywanie sprzętu różnych wytwórców, który często z założenia został zaprojektowany w

ściśle określony sposób - pod kątem spełniania określonych potrzeb, jest bez sensu. To tak, jak

porównanie np. jakiegokolwiek modelu BMW z ciężarówką Mercedesa (oba produkty znanych i

cenionych marek, ale do jakże różnych zastosowań...). Auta te posiadają jednak coś wspólnego.

Jest to silnik, dzięki któremu mogą się poruszać. Tę samą analogię można odnieść również do

systemów nagłośnienia. Pomimo różnic, posiadają one nadrzędną wspólną cechę - wyposażone są

w głośniki.

Odrobina historii

Czym jest głośnik? Jest on jednym z najbardziej rozpowszechnionych przetworników

elektroakustycznych, dzięki któremu sygnał elektryczny może być - po wcześniejszym

wzmocnieniu - zamieniony w fale akustyczne. W głośniku zachodzi więc proces odwrotny, niż ma

to miejsce w mikrofonie. Pierwsze głośniki konstruowano korzystając z dużych słuchawek

telefonicznych z metalową membraną. W celu polepszenia sprawności działania tych

przetworników elektroakustycznych, dodano do nich odpowiednie tuby. Głośniki opisane powyżej

przenosiły bardzo wąskie pasmo częstotliwości, a emitowany przez nie dźwięk był silnie

zniekształcony.

Znacznym postępem w procesie ewolucji głośników było skonstruowanie głośnika

elektromagnetycznego, wyposażonego w papierową membranę o kształcie stożka.

Zasada działania takiego głośnika była następująca. Na silnym stałym magnesie znajdowały się

cewki, przez które płynął prąd zasilający głośnik. W niewielkiej odległości od biegunów magnesu

znajdowała się sprężysta blaszka stalowa z przymocowaną do niej membraną, wykonaną ze

sztywnego papieru. Jeżeli przez cewki przepływał prąd zmienny, to zmieniała się siła, z jaką była

przyciągana blaszka stalowa wraz z membraną. Ruch membrany powodował promieniowanie

dźwięku. W latach 1922-1930 powstało wiele bardzo udanych (jak na owe czasy) głośników o

takiej właśnie konstrukcji. Pomimo, iż posiadały one małą moc, a jakość emitowanego dźwięku

pozostawiała wciąż wiele do życzenia, głośniki te były stosowane w odbiornikach radiowych aż do

1940 roku.

W roku 1924 C.W. Riec oraz E.W.Kellog skonstruowali głośnik, działający w oparciu o inne

rozwiązanie. Ten typ konstrukcji nazwano głośnikiem magnetoelektrycznym, a do dziś jest on

znany jako głośnik dynamiczny. Głównym założeniem motywującym wynalazców do pracy, była

potrzeba zbudowania głośnika o znacznie większej mocy oraz lepszych parametrach. Nikt nie

spodziewał się wówczas, że głośnik o tej konstrukcji zapanuje - w zasadzie niepodzielnie -

wszędzie tam, gdzie potrzebne jest przetwarzanie przebiegów prądu elektrycznego na głos ludzki

oraz muzykę. Na przestrzeni lat zmieniały się techniki, stosowane materiały i technologie. Jeżeli

jednak weźmiemy pod uwagę zasadę działania, to przetrwał on w wersji pierwotnej po dzień

dzisiejszy i nic nie wskazuje na to, aby jego dominująca pozycja, którą zdobył była w jakikolwiek

sposób zagrożona.

Rys. 1. Uproszczony rysunek

przedstawiający zasadę działania pierwszego głośnika. Elementy składowe: 1 - papierowa

membrana, 2 - sprężysta blaszka stalowa, 3 - cewka, 4 - magnes stały.

Rys. 2. Przekrój głośnika

dynamicznego z cewką krótką (a) i cewką długą (b).

Głośnik dynamiczny

Rys. 2 przedstawia przekrój budowy głośnika dynamicznego. Można wyróżnić w nim takie

elementy jak: silny (dużych rozmiarów) magnes stały, membranę w kształcie stożka z

przytwierdzoną do niej cewką, zawieszenie dolne membrany - tzw. resor, zawieszenie górne

membrany oraz metalowy kosz osłaniający membranę i służący do przymocowania głośnika do

obudowy.

Prąd przepływający przez umieszczoną w szczelinie cewkę powoduje jej ruch (wraz z

przytwierdzoną do niej membraną) ze stanu spoczynkowego w przód i w tył - zależnie od kierunku

przepływającego prądu. Podczas przepływu prądu zmiennego o częstotliwości akustycznej,

membrana wykonuje drgania, wytwarzając fale dźwiękowe. Taka jest zasada działania głośnika

dynamicznego - przedstawiona w dużym uproszczeniu.

Rysunek, na którym pokazany jest przekrój głośnika dynamicznego, przedstawia głośnik z

magnesem w kształcie pierścienia. W bardzo wielu głośnikach stosuje się magnesy ferrytowe,

które skutecznie zastępują dużo droższe magnesy stopowe. Pierścień ferrytowy jest bardziej płaski,

w związku z czym cały obwód magnetyczny głośnika ma większą średnicę, ale za to jest dużo

niższy. Cewka głośnika jest nawijana warstwowo drutem miedzianym lub aluminiowym. Niektóre

firmy stosują do tego celu drut o przekroju kwadratowym albo sześciokątnym, dzięki czemu można

szczelniej wypełnić cewkę. Ma to istotne znaczenie przy konstruowaniu głośników o dużej mocy, z

możliwie najwęższymi szczelinami w obwodzie magnetycznym.

W zależności od przeznaczenia głośnika jego cewka jest dłuższa od szczeliny lub krótsza. Jeżeli

głośnik konstruowany jest pod kątem przenoszenia niskich częstotliwości - czyli jego membrana

będzie się wychylała z dużą amplitudą, to stosuje się w nim długą cewkę - na tyle długą, aby

podczas maksymalnego wychylenia membrany znajdowała się ona w polu strumienia

magnetycznego. Głośniki wysokotonowe nie potrzebują długich cewek, gdyż ruch jaki wykonuje

cewka jest bardzo mały. Końce uzwojenia cewki są spojone z elastycznymi linkami miedzianymi,

za pomocą których łączy się ją z obwodem zasilającym. Średnice cewek zależą od założeń

konstrukcyjnych i mocy. Kształtują się one w przedziale 10-100mm.

Wpływ na parametry i jakość głośnika ma również kształt i wymiar membrany oraz materiał z

jakiej została ona wykonana. Rys. 3 pokazuje podstawowe rodzaje membran.

Przy zwiększeniu częstotliwości prądu zasilającego cewkę, membrana przestaje zachowywać się

jak idealnie sztywny stożek. Pojawiają się drgania obwodowe i promieniowe w samej membranie,

w skutek czego różne jej fragmenty mają różne fazy ruchu. Zjawisko to wpływa niekorzystnie na

własności elektroakustyczne głośnika oraz jest przyczyną pojawiania się zniekształceń

nieliniowych. Konstruktorom nie udaje się całkowicie wyeliminować tych zjawisk, ale poprzez

dobór odpowiedniego kształtu membrany udaje się je ograniczyć.

Rys. 3. Podstawowe rodzaje

membran głośnikowych: stożkowa z fałdami (a), wykładnicza (b), układ dwumembranowy,

dwustożkowy (c), kopułkowa (d). W tej ostatniej wyróżniamy: membranę właściwą (1), cewkę (2),

podstawę montażową (3).

Rys. 4. Zawieszenie górne

membrany: fałdowe, za pomocą odpowiedniego ukształtowania obrzeża membrany (a, b); miękkie,

za pomocą pierścienia z pianki poliuretanowej (c); miękkie, za pomocą kołnierza z gumy lub

tworzywa sztucznego (d).

Rys. 5. Zawieszenie dolne membrany -

resor głośnika: resor współosiowy pofałdowany (1), cewka (2), membrana (3), osłona (4).

Materiały

Materiał, z którego są wykonywane membrany, dobiera się uwzględniając bardzo wiele

czynników. Najważniejsze z nich są dwa: 1 - membrana powinna być sztywna ale lekka, 2 -

materiał membrany powinien charakteryzować się dużą stratnością, czyli wykazywać duże tarcie

wewnętrzne przy zginaniu.

Podstawowym materiałem, z którego wykonuje się membrany, jest masa papierowa. Dodatkami są:

wełna, włókno szklane, włókno aluminiowe itp. Wszystkie membrany impregnuje się

odpowiednimi syciwami. Stosuje się ponadto dodatkowe lakierowanie, albo też pokrywa je

warstwą tworzywa sztucznego lub folią aluminiową. Bywają membrany wykonane w całości z

tworzyw sztucznych, włókna węglistego oraz papieru napylonego obustronnie metalem. Membrany

głośników wysokotonowych wykonuje się najczęściej z aluminium, tytanu bądź berylu.

Do wykonania cewek połączonych trwale z membraną, stosuje się wypraski z mas plastycznych

lub aluminium. Membrana z przytwierdzoną do niej cewką nosi nazwę układu drgającego głośnika.

Układ ten jest zawieszony elastycznie za pomocą resoru stanowiącego zawieszenie dolne oraz

zawieszenia górnego (sposób jego wykonania jest uzależniony od przeznaczenia głośnika),

łączącego membranę z koszem głośnika.

W większości głośników stosuje się zawieszenie fałdowe, polegające na odpowiednim

ukształtowaniu obrzeża membrany. Jeżeli potrzebne jest miękkie zawieszenie, przystosowane do

dużych wychyleń membrany, to używa się kołnierza z tworzyw sztucznych.

Kosz głośnika jest wytłaczany z blachy lub odlewany z lekkiego stopu. Większość głośników

posiada kosze okrągłe. Produkowane są też i inne (np. eliptyczne), ale ich przeznaczeniem jest

dzisiaj głównie sprzęt do użytku domowego. Średnice koszy głośników produkowane są w

określonym standardzie i zawierają się w przedziale od 50mm do około 460mm. Niektórzy

producenci sprzętu nagłośnieniowego (np. Turbosound) stosują w swoich konstrukcjach głośniki

niskotonowe o średnicy około 560 mm (22").

EiS 2001-06

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: