Jak reproduktor funguje a kde se používá?

Svět, ve kterém žijeme, je propojen se zvukem. Pokud nežijete na vrcholu hory (máte štěstí), je pravděpodobné, že během dne slyšíte zvuk z mnoha různých reproduktorů.

Mobilní telefony. televizory. Výtahy. Bluetooth reproduktory v metru, které vybuchnou všechny druhy svinstva, které nechcete slyšet.

A pro nás hudebníky je možná nejdůležitější, že reproduktory nám umožňují slyšet naši tvorbu v její původní podobě.

Ale jak přesně reproduktory fungují? I když vás nezajímá, jak zvuk funguje, je dobré mít základní znalosti o technologii reproduktorů, pokud plánujete strávit svůj život ve studiu.

Základy zvuku

Než se podíváme na reproduktory, pojďme se v rychlosti podívat na to, jak funguje samotný zvuk.

Zvuk je v podstatě mechanická energie ve formě vln procházejících prostředím – vzduchem, kapalinou nebo pevnou látkou.

Tento pohyb způsobuje místní změny tlaku podle tvaru vlny, podobné vlnění, ke kterému dochází, když upustíte kamínek (nebo telefon) do vody.

Na obrázku níže vidíte sinusovku o frekvenci 1 kHz. Vidíte, jak se hladina akustického tlaku zvyšuje a poté snižuje vzhledem k okolnímu tlaku? Toto je zvuk v pohybu.

Uvnitř našich uší reagují tisíce drobných vláskových buněk na tyto tlakové změny jejich přeměnou na elektrický signál, který náš mozek dokáže interpretovat jako Nickelback. Nebo něco jiného.

Analogový zvukový signál je zvuk ve formě elektrické energie reprezentované formou napětí. Zde je stejná zvuková vlna reprezentovaná jako elektrický signál:

Digitální zvuk je reprezentace analogového signálu v binárním formátu.

Zvukový signál, ať už analogový nebo digitální, musí být přeměněn zpět na zvukovou vlnu (mechanickou energii), aby jej naše uši vnímaly.

Jak reproduktory fungují: Základy

Než se pustíme do podrobností o komponentách reproduktorů a jejich funkcích, pojďme se rychle podívat na to, co reproduktory dělají, aby znovu vytvořily zvuk.

Zesílený zvukový signál je odeslán do kovové cívky drátu. Tato cívka reaguje na elektrický proud, který jí prochází, interaguje s magnetem uvnitř reproduktoru a způsobuje vibrace membrány.

Membrána pohybuje vzduchem a vytváří zvukové vlny, které jsou přesnou kopií původního zvukového signálu. A voila! Slyšíš svou mámu, jak s tebou mluví na druhé straně země.

Je zřejmé, že jde o divoké zjednodušení. Ale nyní, když víme obecně, jak řečníci provádějí své aktivity, pojďme si vše pořídit.

Co je uvnitř reproduktoru?

Pojďme se podívat na všechny části reproduktoru, které vytvářejí kouzlo.

mluvčí

Reproduktor je zodpovědný za přeměnu elektrického signálu na zvukové vlny. Toto je motor, který produkuje zvuk v dynamice.

Komponenty, které tvoří reproduktor, jsou jeho vnitřní části:

• Pól
• Zadní deska
• Magnet
• Horní deska
• Hlasová cívka
• košík
• Spider
• Kužel a kruh
• protiprachový uzávěr

Rack, zadní a horní panel

Tyč v reproduktoru je jako dirigentská taktovka, která synchronizuje orchestr zvuků procházejících reproduktorem. Toto je centrální osa, kolem které je postaven celý magnetický systém.

Zadní deska je umístěna za sloupem a horní část je kupodivu nad ním.

Magnet

Permanentní magnet je obklopen póly a deskami, které zaostřují jeho magnetické pole, a je připevněn ke koši reproduktoru.

Říká se mu permanentní magnet, protože vždy zůstává magnetem.

Na druhé straně se kmitací cívka stává magnetem (nebo přesněji elektromagnetem), když je na ni aplikován elektrický proud.

Hlasová cívka

Kmitací cívka je drát pevně navinutý kolem malého válce, někdy nazývaného cívka. Vypadá jako jojo.

Když elektrický signál prochází cívkou, stává se elektromagnetem, který interaguje s permanentním magnetem.

Pokud si pamatujete své hodiny vědy, pravděpodobně si pamatujete, že podobné síly se odpuzují a opačné síly se přitahují. Tato interakce magnetických sil vytváří pohyb, který tlačí cívku v kruhu a nakonec vytváří zvukové vlny.

Pavouk a prostředí

Pavouk je vlnitý kus materiálu, který podporuje kmitací cívku. Drží naviják na místě a umožňuje mu volně se pohybovat tam a zpět.

Ačkoli to zní jako protimluv, není tomu tak. Hlavní úlohou pavouka je umožnit kmitací cívce pohyb pouze jedním směrem, a to nahoru a dolů. Bez pavouka bude kmitací cívka náhodně poskakovat v pouzdře reproduktoru.

Kruh plní stejnou funkci jako pavouk, kromě toho, že drží kužel na místě v horní části koše.

Cone

Kužel reproduktoru, známý také jako membrána, je jednou z mála částí viditelných na reproduktoru.

Kužel se pohybuje tam a zpět v reakci na magnetické impulsy z kmitací cívky. Pohyb difuzéru vytváří ve vzduchu kolem něj tlakové vlny a vytváří zvuky, které slyšíte.

protiprachový uzávěr

Toto dítě zabraňuje tomu, aby se náhodné částice prachu a nečistot dostaly do reproduktorové jednotky a zničily ji.

košík

Je to jen módní označení pro pouzdro, které drží všechny části reproduktoru pohromadě. Ve skutečnosti to vypadá trochu jako košík.

To je vše, co tvoří skutečného mluvčího. Ale v běžném jazyce, když mluvíme o reproduktorech, máme na mysli celý soubor.

Co dalšího je potřeba, aby reproduktory fungovaly?

Elektrické komponenty

Aby se čerpadlo kmitací cívky zaseklo, musíte do něj poslat elektrický signál. K tomuto účelu se používají akustické koncovky a pletený drát.

Terminály jsou kovové výstupky nebo připojovací porty, které připojují audio kabel k reproduktoru.

K těmto svorkám je připojen opletený drát, který je připojen k kmitací cívce a dodává jí potřebné palivo.

Жилье

Reproduktory vyžadují ke správné funkci skříň, často nazývanou skříň, z několika důvodů.

Za prvé, poskytuje těsnění, které chrání různé prvky, které tvoří řidiče, před prachem, špínou a psími chlupy.

Za druhé, snižuje fázové zkreslení. Když se membrána reproduktoru pohybuje, vytváří zvukové vlny v obou směrech. Bez trupu by se tyto vlny navzájem zrušily.

Konečně, kryt ovlivňuje distribuci zvuku. Zvuk lze nasměrovat konkrétním směrem a správně nastavit basy.

Tělo je vyrobeno ze silného materiálu, který není příliš pružný. Obvykle se jedná o dřevo nebo MDF střední hustoty, ale používá se také plast.

Amplifikace

To vše je dobré, ale reproduktor sám o sobě nic užitečného nevyrobí.

Přestože se reproduktory dodávají v různých tvarech a velikostech, všechny mají stejné požadavky: zvukový signál musí být silnější než signál na úrovni linky vysílaný přehrávacími zařízeními, jako je televizor nebo audio rozhraní.

Výkonový zesilovač se používá k zesílení signálu z úrovně linky na úroveň reproduktoru. V závislosti na typu reproduktorů se může jednat o externí jednotku nebo zabudovanou v krytu reproduktoru.

Aktivní reproduktory

Aktivní reproduktory mají vestavěný zesilovač Yamaha HS5 jsou oblíbené aktivní reproduktory pro studiové odposlechy.

Pasivní reproduktory

Pasivní reproduktory vyžadují externí výkonový zesilovač pro generování zvukových vln ze zvukového signálu.

JBL PRX412 je ukázkovým příkladem pasivního reproduktorového systému, který vyžaduje externí výkonový zesilovač pro zajištění dostatečné úrovně hluku.

Jak reproduktory reprodukují různé frekvence?

Zatím jsme se zabývali tím, jak reproduktory přeměňují elektrickou energii (signál) na tlakové vlny ve vzduchu, a tedy na zvuk.

Ale ne všechny frekvence jsou stvořeny stejně a jeden reproduktor, který se snaží pokrýt všechny základny (promiňte slovní hříčku), nebude moc dobrý.

To je důvod, proč na koncertech vidíte obrovské hromady reproduktorových soustav. Některé z nich pokrývají nízké frekvence (subwoofery a woofery), některé pokrývají středy a malé výškové reproduktory se starají o všechny vysokofrekvenční rozsahy.

Všechny tyto reproduktory jsou konstruovány jinak, aby zvládly různé frekvence.

Ne každý ale chce ve svém studiu (nebo obýváku) obří hromadu reproduktorů, nemluvě o hromadě koncových zesilovačů a výhybek.

Zavádíme akustiku pro více měničů.

Vícepásmové reproduktory

Reproduktory s více měniči používají 2, 3 nebo dokonce 4 měniče různých velikostí pro reprodukci různých frekvencí. Nejběžnější z nich je dvoupásmový reproduktor, někdy nazývaný dvoupásmový reproduktor.

Uvnitř 2-pásmové reproduktorové skříně je výhybka, která posílá všechny vysoké frekvence do výškového reproduktoru a střední a nízké frekvence do wooferu pomocí horních a dolních propustí.

Při použití výhybky tímto způsobem reproduktory reprodukují celý frekvenční rozsah při zachování kvality zvuku, kterou by jediný reproduktor nemohl dosáhnout.

Pokud děláte hudbu v domácím studiu, pravděpodobně budete k monitorování používat dvoupásmové reproduktory, jako je Yamaha HS5 zmíněná výše nebo KRK Rokit 5 G4 na obrázku níže.

Duální reproduktory jsou ideální pro nahrávání a mixování ve vašem vlastním studiu. Ale pokud jde o mastering (ať už používáte online službu, jako je eMastered, nebo ji necháte udělat osobou), budete potřebovat trochu více podrobností, takže nejlepší volbou jsou tří- nebo čtyřpásmové reproduktory.

Totéž lze říci o komerčních nahrávacích studiích. K nahrávání a monitorování mohou použít pár napájených monitorových reproduktorů, ale když dojde na mixování, zapnou padouchy.

Co je impedance reproduktoru?

Impedance reproduktoru je v podstatě způsob měření celkového odporu vůči toku elektrického proudu reproduktorem.

Impedance, měřená v ohmech, je součtem odporu vodiče kmitací cívky a indukčnosti způsobené navinutím vodiče do cívky. Indukčnost se liší od odporu tím, že se mění s frekvencí – tomu se říká indukční reaktance.

Kvůli této proměnné se impedance liší od „normálního“ odporu a vypočítává se pomocí složitého vzorce, kterému hudebníci nebudou rozumět.

Místo toho vězte, že je důležité sladit impedanci vašich reproduktorů a zesilovače. Nesoulad impedance může mít za následek špatnou kvalitu zvuku, přehřívání a v extrémních případech poškození zařízení.

Pamatujte, děti, reproduktory by měly být vždy spárovány s kompatibilními zesilovači.

Výkon reproduktoru vs. citlivost reproduktoru

Více je lepší, ne?

Ne vždy. Většina lidí si při porovnávání reproduktorů spojuje vyšší výkon (ve wattech) s vyšší hlasitostí. Dokážete však tuto sílu plně využít v praxi?

Nejlepší způsob, jak porovnat reproduktory, je podívat se na jejich citlivost. Měří se v decibelech a určuje, jak efektivně reproduktor přemění elektrickou energii na zvuk.

Vyšší citlivost znamená, že reproduktor je schopen produkovat více zvuku při daném výkonu. Jinými slovy, převádí elektřinu na zvukové vlny efektivněji.

Měření citlivosti reproduktorů vyrovnává hrací pole při porovnávání účinnosti a výkonu reproduktorů.

Při použití externího zesilovače je však stále důležité vzít v úvahu schopnost reproduktorů zvládat výkon. Měření ukazuje, jaký elektrický výkon reproduktor vydrží, aniž by se poškodil, proto je důležité zajistit, aby měl zesilovač výstupní výkon stejný jako reproduktor.

Výběr reproduktorů s vysokou nebo nízkou citlivostí závisí na požadavcích vašeho systému. Pokud je důležitá energetická účinnost (například u přenosných reproduktorů nebo autorádií), je lepší zvolit reproduktory s vysokou citlivostí, zatímco v profesionálním audio systému můžete potřebovat reproduktory s vyšším výkonem.

Frekvenční odezva

Když mluvíme o frekvenční odezvě reproduktoru, mluvíme o jeho schopnosti reprodukovat zvuk v určitém rozsahu frekvencí.

Žádný reproduktor není dokonalý, takže graf frekvenční odezvy nám pomáhá zjistit, kde se mohou vyskytovat vrcholy nebo prohlubně na frekvencích, které reproduktor zdůrazňuje nebo podtrhává.

Existuje několik důvodů, proč je frekvenční charakteristika konkrétního reproduktoru nebo reproduktorů důležitá.

Za prvé to pomůže při navrhování systému s více reproduktory a při určování místa instalace výhybek.

Zadruhé vám pomůže vybrat ty nejlepší reproduktory pro konkrétní zvukovou úlohu, kterou máte na mysli.

Zatímco mnoho spotřebitelských reproduktorů má ve své frekvenční odezvě mírný „úsměv“, aby zvuk osladil, jako hudební producent chcete pár reproduktorů s plochou frekvenční charakteristikou.

Tímto způsobem nebude žádný nástroj ani vzorek zamaskován poklesem reprodukovaných frekvencí nebo zvukem hlasitějším, než ve skutečnosti je kvůli špičce v grafu.

Plochá frekvenční odezva reproduktorů v podstatě zajišťuje, že vše, co slyšíte, se co nejvíce přibližuje skutečnosti.

A co sluchátka?

Sluchátka používají stejnou technologii ovladače jako reproduktory. V podstatě se jedná o malé reproduktory, které sedí nad (nebo v) vašich uších.

Jak fungují stereo reproduktory?

Jeden reproduktor (obvykle) přenáší zvuk v monofonním režimu. Chcete-li dosáhnout stereofonního zvukového pole, budete potřebovat dva mono reproduktory, které budou vydávat levý a pravý zvuk a které jsou umístěny podle toho.

Ale už jste se někdy podívali na soundbar a napadlo vás, jak vzniká stereo pole?

Jednotlivé reproduktory určené k reprodukci stereofonního obrazu mají více reproduktorů umístěných po celém těle.

Stereo signál je rozdělen do levého a pravého kanálu a posílán v různém množství do každého reproduktoru pro vytvoření kompletního stereofonního obrazu.

Tyto reproduktory se obvykle dodávají s přídavným reproduktorem – subwooferem – pro reprodukci basů a Batmanova hlasu.

Kdo vynalezl reproduktor?

Stejně jako u mnoha jiných vynálezů na přelomu 20. a 20. století je obtížné přesně určit, kdo vynalezl reproduktor. Objevil se v průběhu času, když vědci a vynálezci začali více rozumět zvukovým vlnám a elektrickému proudu.

Alexander Graham Bell (slavný vynálezce telefonu) významně přispěl k audio technologii, včetně vývoje rané verze reproduktoru na konci 19. století.

Na konci téhož století vytvořil Oliver Lodge první reproduktor s pohyblivou cívkou. V roce 1915 pak dánští inženýři Peter L. Jensen a Edward Pridham získali patent na svůj vynález elektrodynamického reproduktoru s cívkou drátu připojenou k membráně umístěné v magnetickém poli.

Na druhé straně rybníka v roce 1925 Edward W. Kellogg a Chester W. Rice vyvinuli dynamický kuželový reproduktor, který byl nakonec licencován společností RCA. Tento návrh zahrnoval mnoho aspektů, které jsou považovány za základ moderní technologie reproduktorů.

Chce to vesnici a tak. Stačí říci, že mnoho difuzérů strávilo nespočet hodin, aby zajistili, že si dnes můžete vychutnat koncerty Nickelback s naprostou autentičností.

Budoucnost reproduktorů

Technologie jsou stále menší a levnější. Všichni to víme. Ale pokud jde o reproduktory, základy technologie zůstaly stejné od doby, kdy byly vynalezeny.

Ve skutečnosti jsou reproduktory jednou z neefektivnějších technologií, které dnes používáme. Více než 99 % energie, která jde do reproduktoru, je generováno něčím jiným než zvukem. Většina se promění v teplo.

Je překvapivé, že EPA dosud nezakázala používání reproduktorů kvůli jejich špatnému energetickému výkonu.

Ale díky novému materiálu objevenému v roce 2004 se budoucí reproduktory mohou lišit.

Grafen je extrémně lehký materiál, což znamená, že k vytvoření tlakové vlny vyžaduje mnohem méně energie k pohybu tam a zpět. Skvělá zpráva, pokud jste tweeter.

Pokud vědci dokážou úspěšně vyrobit grafen ve velkém a implementovat jej do komerčních aplikací, reproduktory budoucnosti by mohly být lehčí a energeticky účinnější.

Do toho dne si budeme muset vystačit s miniohřívači vytvářejícími změny tlaku vzduchu vlivem elektrických signálů a také reproduktory.

Nyní pokračujte a poslouchejte hudbu!