Vaikka kaiuttimien suunnittelussa ja valmistuksessa on tapahtunut merkittävää kehitystä, kaiutinajuritekniikan perusteet eivät ole muuttuneet lähes 100 vuoteen: Edward Kelloggin ja Chester Ricen vuonna 1925 kehittelemä dynaaminen kaiutinkaiutin on edelleen käytännössä kaikkien nykyään markkinoilla olevien kaiuttimien perusta, aina puhelimessasi olevasta kaiuttimesta kotiteatterijärjestelmässäsi oleviin kaiuttimiin.
Mutta miten kaiuttimet toimivat? Aloitetaan perusasioista.
Toimittajan huomautus: Tämä artikkeli päivitettiin 12. maaliskuuta 2021 sisältämään lisää teknistä tietoa.
Kaiuttimien toiminta: perusasiat
Kaiutinajuri on raaka sähköakustinen komponentti, joka saa kaiuttimen toimimaan. Muuntajana sen tehtävänä on muuttaa energia yhdestä muodosta toiseen. Tarkemmin sanottuna tämä muuntaja muuttaa toistolaitteestasi, olipa se sitten puhelimesi tai levysoittimesi kasetti, tulevat vahvistetut sähköaallot ilmassa oleviksi äänenpaineaalloiksi, jotka korvasi voivat havaita.
Wikipedia
Kaiutinohjain: yksinkertainen, mutta nerokas sähkömagneettinen moottori
Vahvistin syöttää signaalin kaiuttimen takapuolella oleviin kahteen liitäntään. Nämä liittimet johtavat virran sylinterimäiseen lankakäämiin, joka on ripustettu kestomagneetin napojen väliseen pyöreään rakoon. Kela liikkuu edestakaisin magneettikentässä, kun sen läpi kulkeva virta vaihtelee Faradayn lain mukaisesti signaalin suunnan mukaan. Kaiutinkartion keskikohta on kiinnitetty toiseen päähän, jota liikkuva kela liikuttaa edestakaisin. Tätä kartiota pitää reunoistaan kiinni ilmatiivis jousitus tai surround. Kun kartio liikkuu, se työntää ja vetää ympäröivää ilmaa; näin se synnyttää ilmaan paineaaltoja, joita kutsutaan ääneksi.
Kaiutinohjain toimii siis näin, mutta miksi ne tuntuvat aina olevan asennettuina laatikoihin? Jos kaiutinkaiutin tuottaa ääntä itsestään, mitä varten laatikko on? Entä porttiaukot ja ne muut härpäkkeet?
Miksi kaiuttimet sijoitetaan laatikoihin?
Kussakin Fluance Ai40 -kirjahyllykaiuttimessa on 1″:n diskantti ja 5″:n kaiutin.
Kaiutinohjaimen kartion liikkuessa se synnyttää paineaallon sekä edestä että takaa. Kun se liikkuu sinua kohti työntäen ilmaa ja luoden positiivista painetta, se samanaikaisesti vetää ilmaa taakseen luoden negatiivista painetta. Jos toistettavan signaalin taajuutta vastaava aallonpituus on suuri suhteessa kaiuttimen kokoon, kaiuttimen molempien puolien tuottama paine kumoaa tehokkaasti toisensa. Matalat taajuudet (basso) eivät siis kuulu miltään etäisyydeltä. Jos haluat kokeilla tätä kotona, irrota kaiutin kotelostaan. Huomaat ”tinaisen” äänenlaadun verrattuna siihen, miltä kaiutin kuulosti koottuna.
Jotta kaiutin toimisi hyvin kaikilla taajuuksilla, on estettävä, että kaiutinkartion takaosan luoma paineaalto kumoaa kartion etuosan luoman aallon. Jos kaiutin asennettaisiin suureen, jäykkään materiaalilevyyn (baffle), voitaisiin saavuttaa sama vaikutus. Häiriölevyn on oltava suuri, jotta se estää matalien taajuuksien kumoamisen, joten tämä on epäkäytännöllistä useimmissa sovelluksissa. Suljetut laatikot mahdollistavat käytännöllisemmän tavan tehdä tämä.
Eivät kaikki kaiutinkotelot ole laatikonmuotoisia…
Kokoonpantujen suljettujen laatikkokaiutinjärjestelmien matalien taajuuksien käyttäytymisen määrittelee kuljettajan mekaanisten ominaisuuksien ja laatikon koon yhdistelmä. Menemättä superteknisiksi, laatikossa oleva ilma toimii kuin jousi, jota vastaan kartio työntää ja vetää, ja tällä järjestelmällä on resonanssitaajuus, jonka alapuolella sen teho laskee huomattavasti.
Kaiuttimien on oltava ilmatiiviitä: vuodot laatikossa mahdollistavat peruutuksen, jota haluamme välttää.
Miksi joissakin kaiuttimissa on reikiä?
Olet saattanut huomata monissa kaiutinlaatikoissa olevan pyöreitä reikiä tai joskus aukkoja, jotka ovat tavallisesti etu- tai takaosassa. Se, mitä näet, ovat portteja tai tuuletusaukkoja, ja tämä tunnistaa niin sanotun bassorefleksikotelon.
Bassorefleksikotelo toimii periaatteessa samalla tavalla kuin silloin, kun puhallat ilmaa avoimen olutpullon yli ja nuotti kuuluu. Nuotti muuttuu pullossa olevan nesteen määrän mukaan, koska pullon sisällä olevan ilman tilavuus muuttuu. Jos pystyisit venyttämään pullon lasikaulaa, sekin muuttaisi nuottia. Kyseessä on resonoiva järjestelmä, jota voidaan virittää säätämällä portin mittoja (pullon kaula) tai kotelon (pullon) tilavuutta.
Tässä bassorefleksikaiuttimessa on taaksepäin ampuva bassoportti.
Oikein viritettynä tämä luo resonanssin juuri sen pisteen alapuolelle, jossa kaiuttimen vaste normaalisti laantuisi, ja pidentää siten tehokkaasti järjestelmän bassoääntä. Jotta tämä toimisi oikein, portin viritys lasketaan tietylle kuljettajalle tietyssä kotelossa. Jos vaihdat kaiuttimen toisen tyyppiseen, vaikka kartiohalkaisija olisikin sama, kotelon ja portin viritys ei ole enää sopiva eikä ääni kuulosta oikealta.
Passiivisia säteilijöitä käyttävät kaiuttimet toimivat samalla perusperiaatteella, mutta massakuormitettu, tehoton kaiutinkartio luo bassoresonanssin suljetun ilmatilavuuden avulla.
Kaiuttimet ja bassokaiuttimet
Olet ehkä huomannut, että useimmissa kaiuttimissa, varsinkin kun ne ovat isompia kuin pienet kannettavat boom-boxit, voit nähdä useamman kuin yhden kaiutinajurin – yleensä halkaisijaltaan pienemmän kaiuttimen isomman kaiuttimen päällä.
Näissä kaiuttimissa on kaksi erikokoista kaiutinajuria: yläpuolella olevat kaiuttimet ja alapuolella olevat kaiuttimet
Kaiuttimissa on useita syitä siihen, miksi kaiuttimissa käytetään useita erikokoisia kaiutinajureita. Vaikka on totta, että yksi kaiutin voi yksinään kattaa lähes koko kuultavan spektrin, sillä on useita rajoituksia, joihin se törmää. Jos kaiutin on pieni, se ei pysty liikuttamaan paljon ilmaa, ja sillä on vaikeuksia tuottaa bassoa käyttökelpoisella tasolla.
Lue lisää:
Kookkaammat kaiuttimet voivat liikuttaa enemmän ilmaa, mutta ongelmana on, että kaiuttimista tulee suuntautuneempia, kun niiden toistamat taajuudet nousevat. Tätä kutsutaan säteilemiseksi.
Taajuuden kasvaessa siihen liittyvä aallonpituus pienenee; kaiutinajurit alkavat yleensä säteilemään taajuudella, jonka aallonpituus on sama kuin säteilevän kartion halkaisija. Tämä tarkoittaa, että kuulet korkeammat taajuudet vain, jos olet aivan kaiuttimen akselilla. Se ei tee äänestä tasapainoista tai hyvää kaiutinta. Yksinkertainen ratkaisu on käyttää erikokoisia kaiuttimia, joista kukin on räätälöity toistamaan tiettyä taajuusaluetta – eri osia kuultavissa olevasta spektristä (basso ja diskantti tai basso, keskiääni, diskantti).
Kaiuttimet ja diskantit ja portit, voi sentään!
Tämä konsepti toimii yhdessä kaiutinlaatikkoon sijoitetun taajuusjakoverkon kanssa, jota kutsutaan taajuusrajapinnaksi. Crossover delegoi oikean taajuusalueen kullekin kaiutintyypille: diskantit korkeille ja kaiuttimet matalille.
Miksi kannattaa tietää, miten kaiuttimet toimivat
Sinun ei tarvitse tuntea kaiuttimien taustalla olevaa tiedettä voidaksesi kuunnella ja nauttia niistä. Mutta jos aiot käyttää vakavasti otettavaa rahaa äänentoistolaitteisiin, on aina hyvä ajatus varustaa itsesi ensin tietämyksellä. Pieni perustietämys auttaa sinua ymmärtämään, miksi tietyt suunnittelupäätökset on tehty, miten ne vaikuttavat ääneen, ja auttaa sinua tunnistamaan käärmeöljymyyjät.