ZVUČNICI

elektrodinamički pobuđivači, skretnice i kutije

Za konstrukciju zvučnika mogu se iskoristiti svi mogući načini pretvorbe električne energije u akustičku energiju. Kada je riječ o reprodukciji niskog dijela spektra, elektrodinamički princip je najzastupljeniji i, za sada, najkvalitetniji pa ćemo njega detaljno obraditi. Zadržat ćemo se najviše na niskotonskom ili bas zvučniku i bas-srednjetonskom zvučniku, koji na Vašem sustavu upravo reproduciraju frekvenciju od 48 Hz.

Presjek tipičnog kvalitetnog zvučnika sa svim sastavnim dijelovima

Kao mehanički sustav zvučnika najčešće služi - konusna membrana s jednim stupnjem slobode. To označava da je kretanje membrane moguće samo u jednom smjeru prostora. Jedan stupanj slobode omogućava izvedba mehaničkog spoja membrane s kućištem ili, kako se još naziva, košarom zvučnika. Kućište zvučnika izrađeno je redovito od metala. Nekvalitetna kućišta izrađena su od štancanog“ lima i nemaju dovoljnu krutost i inertnost pri reprodukciji jakih bas tranzijenata. Kvalitetnija su kućišta lijevana od aluminija ili magnezija pod tlakom. Ona imaju veliku krutost ali i gušenja rezonantnih pojava. U principu, kućište treba biti vrlo kruto i ne smije odzvanjati. Na širem dijelu membrana je spojena s kućištem ovjesom-elastičnim rubom, a na užem dijelu centratorom.

Na uži dio konusne membrane spaja se nosač zavojnice, sa zavojnicom. S vanjske strane zavojnica je zaštićena kupolom kako bi se spriječio ulaz prašine i raznih čestica u procjep, a to poboljšava i odziv zvučnika na višim frekvencijama. Zavojnica zvučnika izrađena je od lakirane bakrene ili aluminijske žice. Početak i kraj žice zavojnice spojen je s konektorima na košarizvučnika.

Zavojnica je uronjena u magnetsko polje prstenastog procjepa. Procjep tvore polni nastavci od mekog željeza pričvršćeni na magnet. Magnet i polni nastavci tvore - magnetski krug zvučnika.

Centrator, koji ima elastično djelovanje, mora zavojnicu držati točno u centru procjepa i onemogućavati njen ekscentrični položaj ili savijanje. Svaki pomak iz centra može dovesti do trenja namotaja žice pod naponom s metalnim polnim nastavcima i do pregaranja zvučnika i pojačala. Procjep se mora napraviti što uži kako bi magnetsko polje u njemu bilo što jače, a to istovremeno omogućava bolji prijelaz topline sa zavojnice na polne nastavke. Kod nekih zvučnika kroz centar polnog nastavka napravljen je odušak. Time se pojačava cirkuliranje zraka koje hladi zavojnicu, ali i mijenjaju neke značajke zvučnika.

Dovedemo li iz izlaznog pojačala snage struju u ritmu audio frekvencija, oko zavojnice će se formirati promjenjivo elektromagnetsko polje koje će reagirati s poljem stalnog magneta.

Između polja stalnog magneta i promjenjivog polja u prostoru oko zavojnice, koju uzrokuje struja i, javit će se privlačna ili odbojna sila F. Ta sila proporcionalna je indukciji magneta B, dužini zavojnice l te smjeru i jakosti struje i. Sila će potaknuti membranu na titranje, a ona će potaknuti na titranje čestice okolnog zraka. Mehanički titraji membrane trenjem će tvoriti u zraku zvučne valove.

Sila (F = Bil), koja djeluje na membranu zvučnika, treba nadvladati tri različita tipa sila koje joj se suprotstavljaju. To su inercijske sile, sile trenja i elastične sile. Inercijske sile, proporcionalne akceleraciji, određuje ukupna masa membrane i zraka koja titra zajedno s membranom. Sile trenja, proporcionalne brzini, određuje unutrašnje trenje mehaničkog sustava membrane i trenja čestica zraka. Elastične sile, proporcionalne pomaku, ovise o krutosti cijelog sustava. Od svih sila samo sila trenja čestica zraka ostvaruje zvučne valove.

Interesira nas kako dobiti zadovoljavajuću reprodukciju niskih frekvencija? Kako dobiti dobar bas - bas koji će imati dubinu i brzinu, tj. udarac. To će definirati zvučnička kutija; ali prije nego se pozabavimo bas refleks, potpuno zatvorenom ili zvučničkom kutijom s lijevkom potrebno je prvo upoznati prednosti i mane samog dinamičkog pretvarača - bas zvučnika.

Konstruktori su pokušali riješiti mnoge nedostatke dinamičkih zvučnika različitim pristupima. Promotrit ćemo nekoliko različitih pristupa konstrukciji bas zvučnika. Ako zapamtimo sve načine pristupa, samim pogledom na bas zvučnik, moći ćemo zaključiti o mnogim njegovim osobinama bez slušanja i bez uvida u karakteristike.

Uobičajena je podjela dinamičkih zvučnika po osjetljivosti, efikasnosti i linearnosti.

Osjetljivost nije isto što i efikasnost. Referentna efikasnost ili korisnost je funkcija elektromehaničkih značajki zvučnika i predstavlja akustički izlaz na niskim frekvencijama pri kojima je širenje zvuka jednoliko na svim frekvencijama. Izražava se omjerom akustičke i električne snage. Npr. ako dobijemo 2 W akustičke snage, a uložili smo 100 W električne snage, korisnost je 0.02. Pomnožimo li vrijednost sa 100, dobije se korisnost u postocima tj. 2%. Izračunamo li 10 log od 0.02, dobijemo da je korisnost -17 dB.

Osjetljivost pokazuje izmjereni zvučni tlak na osi zvučnika pri zadanoj ulaznoj snazi i udaljenosti (najčešće 1 W/1m). Izmjerena osjetljivost može se, ali ne mora podudarati s efikasnosti.

Primarna upotreba im je za bas zvučnike potpuno zatvorene ili bas-refleks izvedbe u monitor i subwoofer zvučnim kutijama te zvučnicima za visoku vjernost. Za tu primjenu neophodna značajka je veliki pomak membrane na niskim frekvencijama, vrlo mala izobličenja te linearan odziv i na gornjem dijelu spektra kako bi se pravilno ukrštavali sa srednjetonskim ili visokotonskim zvučnicima. Osjetljivost im je od 80 do 89 dB (niska osjetljivost), a do 95 dB (srednje osjetljivosti). Referentna efikasnost od 0.5 do 2 %.

Zavojnica se izrađuje od bakrene žice i obvezno je duža od magnetskog procjepa kako bi se realizirala maksimalna linearnost.

Nosač zavojnice izrađuje se od aluminija, kaptona, nomexa ili kompozitnih materijala kako bi imala krutost i dobru vodljivost topline. Noviji zvučnici najviše koriste Kapton.

Centrator zvučnika treba konstrukcijom onemogućiti pomake membrane bez narinutog signala i nestabilnosti pri maksimalnom signalu, te omogućiti niska izobličenja i brzi tranzijentni odziv.

Membrane su konusne, ravne, ili s rebrima i pojačanjima, relativno visoke mase za visok akustički tlak na niskim frekvencijama te mala izobličenja. Neki proizvođači premazuju membrane premazima za prigušenje, dodaju prstene za povećanje mase ili lijepe s unutrašnje strane gumene utege za povećanje mase. Materijal za izradu membrana je papir, propilen, karbonat, kevlar, akrilni polimer gel i njihove mješavine. Polimernim gel membranama može se prilikom izrade mijenjati debljina presjeka u bilo kojoj točci membrane.

Elastični ovjes vanjskog ruba membrane najčešće je izveden jednostrukim polukružnim ovjesom gume ili poliuretanske pjene koji omogućava vrlo visoku elastičnost i dugi pomak.

Poklopac (kupola) je napravljena od sličnog materijala kao i membrana za glatki visokofrekvencijski odziv.

Upotrebljavaju se najviše za scenska ozvučenja primjenom kutija s lijevkom i bas-refleks zvučnika. Za ovu primjenu pomak membrane je bitno ograničen, a osjetljivost povećana u odnosu na zvučnike srednje osjetljivosti. Tipične vrijednosti 96 - 100 dB 1W/1m, referentna efikasnost do 6 %.

Zavojnice su im izrađene od bakrene žice, najčešće plosnate ili šesterokutnog presjeka, kako bi što veća zapremnina žice bila u što manjem procjepu. Zavojnica je malo viša od procjepa, ali znatno manje, nego kod zvučnika niske i srednje osjetljivosti. Uobičajen je vrlo velik promjer zavojnice.

Nosač zavojnice izrađuje se od aluminija, Kaptona, Nomexa ili sličnog materijala.

Centrator zvučnika treba konstrukcijom onemogućiti pomake membrane bez narinutog signala i nestabilnost pri maksimalnom signalu, te omogućiti niska izobličenja i brzi tranzijentni odziv.

Membrane su konusne, ravne s rebrima ili pojačanjima, za visoki akustički tlak na niskim frekvencijama te mala izobličenja, ali su uz iste materijale uvijek manje mase, nego zvučnicima srednje osjetljivosti.

Ovjes je višestruki polukružni, optimizirane krutosti, što se postiže promjenom dubine nabora, radijusom tkanine i primjenom različitog, često ljepljivog, premaza za prigušenje titranja ovjesa.

Kupola poklopca zavojnice redovito je izrađena od istog materijala kao i membrana.

Zvučnici najviše osjetljivosti

U principu nisu pogodni za reprodukciju visoke vjernosti niti monitor zvučnike. Primarna im je namjena ozvučenja za muzičke instrumente npr. el. gitare, najčešće u zvučničkim sustavima s lijevkom. Linearni pomak membrane maksimalno je ograničen, kako bi se realizirala velika osjetljivost tipične vrijednosti do 110 dB 1W/1m, referentne efikasnosti do 10%.

Zavojnice su manje od procjepa ili iste kao i visina procjepa što omogućava visoku osjetljivost, nauštrb linearnosti. Izrađene su pretežno od aluminija ili bakra.

Nosač zavojnice izrađuje se od papira, aluminija, Nomexa ili Kaptona.

Centrator im je vrlo krut za visoku rezonanciju.

Papirnati konus membrane je zakrivljen za bolju reprodukciju viših frekvencija, te rub membrane redovito prelazi direktno u višestruki polukružni ovjes za poboljšani odziv viših frekvencija.

Kupola poklopca zavojnice izrađuje se od laganog papira ili aluminija kako bi se postigla minimalna masa i poboljšani odziv na višim frekvencijama. Nekad se aluminijski poklopac direktno nastavlja na aluminijski nosač membrane pa služi i kao hladilo.

Zavojnica zvučnika izrađuje se najčešće od bakra koji je čvrst i ne puca prilikom savijanja. Koristi se za najveće električne snage. Teži je od aluminija pa svojom masom smanjuje efikasnost zvučnika. Ima veću vodljivost pa s više namotaja povećava snagu zvučnika. Vrlo lako se lemi. Da bi se u magnetsko polje smjestilo više bakra, lakirana žica se hladno valja na kvadratni, pravokutni oblik za jednoslojne, a za višeslojne zavojnice na šesterokutni oblik. Za zvučnike koji zahtijevaju najvišu efikasnost, zavojnica se redovito mota u vakuumu. Za najviše efikasnosti koristi se aluminijska zavojnica jer je vrlo lagana. Aluminij je lomljiv i teško se lemi. Ima viši specifični otpor od bakra. Bolji je za više frekvencije. Na zraku se čisti aluminij odmah presvuče slojem oksida, pa aluminijske vodiče ne treba dodatno izolirati lakom. Spajanje aluminijske zavojnice i bakrenog vodiča točkastim varenjem spada u čuvane tehnološke postupke.

Nosač zavojnice nosi zavojnicu u magnetskom polju procjepa i spaja zavojnicu s membranom i centratorom. Na visokim temperaturama mora zadržati koncentričnost i čvrstoću te se treba lako spajati lijepljenjem.

Nosači zavojnica od impregniranog kartona su najlakši, ali i najmanje kruti te temperaturno nestabilni. Rijetko se koriste na ozbiljnim zvučnicima.

Aluminij je krut i čvrst te idealno odvodi toplinu sa zavojnice. U njemu se stvaraju vrtložne struje koje pridonose prigušenju niskih frekvencija. Dobar je za reprodukciju vrlo visokih frekvencija.

Nomex je sintetička masa koju proizvodi DuPont vrlo visoke temperaturne izdržljivosti i vrlo lako se lijepi.

Kapton je DuPont sintetička masa najviše temperaturne izdržljivosti koja se teško lijepi, ali zbog ostalih dobrih svojstava danas se najviše upotrebljava.

Druga situacija prikazuje zavojnicu kraću od procjepa. Zavojnica je kratka, lagana, brzo i lako se hladi. Zavojnica se kreće stalno unutar procjepa pa se odzivom zvučnika lako upravlja jer je odziv linearan. Ima minimalni omski otpor. Mana: duboki procjep je vrlo skup. Nosač zavojnice je redovito Kapton ili aluminij.

Treći slučaj nastaje kada su procjep i zavojnica iste visine. Takav zvučnik ima maksimalnu efikasnost jer je kratka i lagana zavojnica potpuno unutar maksimalnog toka magnetskog procjepa. Međutim, niskofrekvencijska linearnost je minimalna jer je omogućava samo rasipni tok. Ovakvi zvučnici nisu primjenjivi za reprodukciju visoke vjernosti niti monitore zbog visokih izobličenja. Nosač zavojnice najčešće je aluminij.