Přestože došlo k významnému pokroku v konstrukci i výrobě reproduktorů, základy technologie reproduktorů se nezměnily téměř 100 let: Dynamický měnič Edwarda Kellogga a Chestera Rice z roku 1925 je dodnes základem prakticky všech reproduktorů na trhu, od těch v telefonu až po ty v systému domácího kina.
Ale jak fungují reproduktory? Začněme od základů.
Poznámka redakce: tento článek byl 12. března 2021 aktualizován a doplněn o další technické informace.
Jak fungují reproduktory: základy
Řadič reproduktoru je surová elektroakustická součástka, díky níž reproduktor funguje. Jeho funkcí jako měniče je přeměna energie z jedné formy na druhou. Konkrétně tento měnič transformuje zesílené elektrické vlny z vašeho přehrávacího zařízení, ať už je to telefon nebo kazeta gramofonu, na tlakové zvukové vlny ve vzduchu, které vnímají vaše uši.
Wikipedie
Měnič reproduktoru: jednoduchý, ale geniální elektromagnetický motor
Zesilovač přivádí signál na dvě svorky na zadní straně reproduktoru. Těmito svorkami prochází proud do válcové cívky z drátu, která je zavěšena v kruhové mezeře mezi póly permanentního magnetu. Tato cívka se pohybuje sem a tam uvnitř magnetického pole, protože proud, který jí prochází, střídá směr s přiváděným signálem podle Faradayova zákona. Střed kuželu reproduktoru je připojen k jednomu konci, který je pohyblivou cívkou poháněn tam a zpět. Tento kužel je na svých okrajích držen vzduchotěsným závěsem nebo obklopením. Jak se kužel pohybuje, tlačí a táhne okolní vzduch; tím vytváří ve vzduchu tlakové vlny, kterým se říká zvuk.
Takto tedy funguje reproduktor, ale proč se zdá, že jsou vždy namontovány v bednách? Pokud reproduktor sám o sobě vydává zvuk, k čemu je pak krabice? A co otvory portů a ty další kousky?
Proč jsou reproduktory umístěny v krabicích?
Každý regálový reproduktor Fluance Ai40 je vybaven 1″ výškovým reproduktorem a 5″ měničem.
Při pohybu kuželu reproduktoru vzniká tlaková vlna zepředu i zezadu. Když se pohybuje směrem k vám, tlačí vzduch a vytváří kladný tlak, současně přitahuje vzduch za sebou a vytváří záporný tlak. Pokud je vlnová délka, která odpovídá frekvenci reprodukovaného signálu, velká vzhledem k velikosti reproduktoru, tlaky vytvářené oběma stranami reproduktoru se navzájem účinně vyruší. V jakékoli použitelné vzdálenosti jsou tedy nízké frekvence (basy) neslyšitelné. Pokud si to chcete vyzkoušet doma, vyjměte reproduktor z jeho skříně. Všimnete si „plechové“ kvality zvuku ve srovnání s tím, jak reproduktor zněl, když byl sestaven.
Aby reproduktor dobře fungoval na všech frekvencích, musíme zabránit tomu, aby tlaková vlna vytvářená zadní stranou kuželu reproduktoru rušila vlnu vytvářenou přední stranou kuželu. Pokud bychom reproduktor namontovali do velkého, pevného plátu materiálu (přepážky), dosáhli bychom stejného efektu. Přepážka musí být velká, aby zabránila rušení nízkých frekvencí, takže je to ve většině aplikací nepraktické. Uzavřené boxy umožňují praktičtější způsob, jak toho dosáhnout.
Ne všechny reproboxy mají tvar boxu…
Kombinace mechanických vlastností měniče a velikosti boxu určuje nízkofrekvenční chování sestavené reproduktorové soustavy s uzavřeným boxem. Aniž bychom zacházeli do supertechnických detailů, vzduch v bedně působí jako pružina, na kterou kužel tlačí a táhne, a tento systém má rezonanční frekvenci, pod kterou jeho výkon výrazně klesá.
Reproduktory musí být vzduchotěsné: netěsnosti v bedně umožňují rušení, kterému se chceme vyhnout.
Proč mají některé reproduktory otvory?
Možná jste si všimli, že spousta reproboxů má kruhové otvory nebo někdy drážky, obvykle vpředu nebo vzadu. To, co vidíte, jsou otvory nebo větrací otvory, a to označuje tzv. basreflexovou skříň.
Basreflexová skříň funguje v podstatě stejně, jako když foukáte vzduch přes otevřenou láhev piva a ozve se tón. Tón se mění s množstvím tekutiny v láhvi, protože se mění objem vzduchu uvnitř láhve. Pokud byste dokázali roztáhnout skleněné hrdlo láhve, změnil by se i tón. Jedná se o rezonanční systém, který lze vyladit úpravou rozměrů portu (hrdla láhve) nebo objemu skříně (láhve).
Tento basreflexový reproduktor má vzadu vystřelující basový port.
Pokud je správně vyladěn, vytváří rezonanci těsně pod bodem, kde by se normálně odezva reproduktoru stáčela, což účinně prodlužuje basový výkon systému. Aby to fungovalo správně, je ladění portů vypočítáno pro konkrétní reproduktor v konkrétní skříni. Pokud vyměníte měnič za jiný typ, i když bude mít stejný průměr membrány, vyladění skříně a portu již nebude vhodné a nebude to znít správně.
Reproduktory, které používají pasivní zářiče, pracují na stejném základním principu, ale s hmotou zatíženou, nenapájenou membránou reproduktoru, která vytváří basovou rezonanci s uzavřeným objemem vzduchu.
Výškové a nízkofrekvenční reproduktory
Možná jste si všimli, že u většiny reproduktorů, zejména když jsou větší než malé přenosné boomboxy, můžete vidět více než jeden reproduktor – obvykle menší průměr na větším.
Tyto reproduktory mají dvě velikosti reproduktorových měničů: výškové měniče nahoře a woofery dole
Existuje několik důvodů, proč reproduktory používají více měničů různých velikostí. Je sice pravda, že jediný reproduktor může sám o sobě pokrýt téměř celé slyšitelné spektrum, ale naráží na řadu omezení. Pokud je měnič malý, nemůže pohybovat velkým množstvím vzduchu a bude mít problém generovat basy na užitečné úrovni.
Zjistěte více:
Větší měniče mohou pohybovat větším množstvím vzduchu, ale problém je v tom, že reproduktory se stávají směrovějšími s rostoucími frekvencemi, které reprodukují. Tomu se říká vyzařování.
S rostoucí frekvencí se snižuje související vlnová délka; reproduktory obvykle začínají vyzařovat při frekvenci s vlnovou délkou rovnou průměru vyzařovacího kuželu. To znamená, že vyšší frekvence uslyšíte pouze v případě, že se nacházíte přímo v ose reproduktoru. To nepřispívá k vyváženému zvuku ani k dobrému reproduktoru. Jednoduchým řešením je použití různých velikostí měničů, přičemž každý z nich je přizpůsoben reprodukci určitého rozsahu frekvencí – různých částí slyšitelného spektra (basy a výšky nebo basy, středy, výšky).
Tlumiče a výškové reproduktory a porty, ach jo!
Tato koncepce funguje společně s frekvenční dělicí sítí v reproboxu zvanou crossover. Crossover deleguje správný frekvenční rozsah jednotlivým typům reproduktorů: výškovým reproduktorům pro výšky a basovým reproduktorům pro nízké tóny.
Proč se vyplatí vědět, jak reproduktory fungují
Nepotřebujete znát vědecké základy reproduktorů, abyste je mohli poslouchat a užívat si je. Pokud však hodláte utratit pořádný balík peněz za audio vybavení, je vždy dobré se nejprve vybavit určitými znalostmi. Trocha základních znalostí vám pomůže pochopit, proč byla učiněna určitá konstrukční rozhodnutí, jak ovlivňují zvuk, a pomůže vám rozpoznat prodejce hadího oleje.