Hoewel er aanzienlijke vooruitgang is geboekt in zowel het ontwerp als de fabricage van luidsprekers, is de basis van de driver-technologie in bijna 100 jaar niet veranderd: De dynamische driver van Edward Kellogg en Chester Rice uit 1925 is nog steeds de basis van vrijwel elke luidspreker die vandaag de dag op de markt is, van die in uw telefoon tot die in uw thuisbioscoopsysteem.
Maar hoe werken luidsprekers? Laten we beginnen met de basis.
Editor’s note: dit artikel is bijgewerkt op 12 maart 2021, om meer technische informatie op te nemen.
Hoe luidsprekers werken: de basis
Een luidsprekerdriver is de ruwe elektro-akoestische component die een luidspreker laat werken. Als transducer heeft hij als functie energie om te zetten van de ene vorm in de andere. Meer specifiek transformeert deze transducer de versterkte elektrische golven van uw afspeelapparaat, of dat nu uw telefoon is of de cartridge van uw platenspeler, in geluidsdrukgolven in de lucht die uw oren kunnen waarnemen.
Wikipedia
De luidsprekerdriver: een eenvoudige maar briljante elektromagnetische motor
Een versterker voert een signaal naar twee aansluitingen op de achterkant van een luidspreker. Deze klemmen geven de stroom door aan een cilindervormige draadspoel, die in de cirkelvormige opening tussen de polen van een permanente magneet hangt. Deze spoel beweegt heen en weer binnen het magnetische veld, aangezien de stroom die er doorheen gaat van richting wisselt met het toegepaste signaal, volgens de wet van Faraday. Het midden van de luidsprekerconus is bevestigd aan één uiteinde, dat heen en weer wordt gedreven door de bewegende spoel. Deze conus wordt aan de randen vastgehouden door een luchtdichte ophanging of surround. Als de conus beweegt, duwt en trekt hij aan de omringende lucht; hierdoor ontstaan drukgolven in de lucht, die geluid worden genoemd.
Dus zo werkt de luidsprekerdriver, maar waarom lijken ze altijd in dozen gemonteerd te zijn? Als de driver uit zichzelf geluid maakt, waar is de doos dan voor? En hoe zit het met poortgaten en die andere onderdelen?
Waarom worden luidsprekers in dozen geplaatst?
Elke Fluance Ai40 boekenplankluidspreker is voorzien van een 1″ tweeter en een 5″ driver.
Als de conus van een luidsprekerdriver beweegt, creëert hij een drukgolf, zowel van voren als van achteren. Terwijl hij naar u toe beweegt, de lucht voortstuwt en een positieve druk creëert, trekt hij tegelijkertijd de lucht achter zich aan, waardoor een negatieve druk ontstaat. Als de golflengte die overeenkomt met de frequentie van het gereproduceerde signaal groot is in verhouding tot de grootte van de driver, zal de druk die door de twee zijden van de driver wordt gegenereerd elkaar effectief opheffen. Dus op elke bruikbare afstand worden de lage frequenties (lage tonen) onhoorbaar gemaakt. Als u dit thuis wilt uitproberen, haal dan een driver uit zijn behuizing. U zult merken dat het geluid “blikkerig” klinkt in vergelijking met hoe de luidspreker klonk toen hij in elkaar was gezet.
Om een luidspreker bij alle frequenties goed te laten werken, moeten we voorkomen dat de drukgolf die door de achterkant van de luidsprekerconus wordt gecreëerd, de golf annuleert die door de voorkant van de conus wordt gecreëerd. Als je de driver in een groot, stijf stuk materiaal (een baffle) zou monteren, zou je hetzelfde effect kunnen bereiken. Een baffle moet echter groot zijn om te voorkomen dat de lage frequenties worden geannuleerd, zodat dit in de meeste toepassingen onpraktisch is. Gesloten boxen bieden een praktischer manier om dit te doen.
Niet alle luidsprekerboxen hebben de vorm van een doos…
Een combinatie van de mechanische eigenschappen van de driver en de afmetingen van de box bepalen het lage-frequentie gedrag van een geassembleerd luidsprekersysteem met gesloten box. Zonder super technisch te worden, werkt de lucht in de box als een veer waar de conus tegenaan duwt en trekt, en dat systeem heeft een resonantiefrequentie waaronder de output aanzienlijk afneemt.
Luidsprekers moeten luchtdicht zijn: lekken in de box zorgen voor de annulering die we willen vermijden.
Waarom hebben sommige luidsprekers gaten?
Het is u misschien opgevallen dat veel luidsprekerboxen ronde gaten hebben, of soms sleuven, meestal aan de voor- of achterkant. Wat u ziet zijn poorten, of ventilatieopeningen, en dit is wat bekend staat als een basreflexbehuizing.
Een basreflexbehuizing werkt in wezen op dezelfde manier als wanneer u lucht over een open bierfles blaast en er een toon klinkt. De toon verandert met de hoeveelheid vloeistof in het flesje, omdat het volume van de lucht in het flesje verandert. Als je de glazen hals van de fles zou kunnen uitrekken, zou dat de toon ook veranderen. Het is een resonantiesysteem dat kan worden afgesteld door de afmetingen van de poort (de hals van de fles) of het volume van de behuizing (fles) aan te passen.
Deze basreflex luidspreker heeft een naar achteren gerichte baspoort.
Als hij goed is afgesteld, creëert hij een resonantie net onder het punt waar de respons van de luidspreker normaal gesproken zou wegvallen, waardoor de basprestaties van het systeem effectief worden uitgebreid. Om dit correct te laten werken, wordt de poortafstemming berekend voor de specifieke driver in de specifieke behuizing. Als u de driver verwisselt voor een ander type, zelfs als het dezelfde conusdiameter heeft, zal de box- en poortafstemming niet langer geschikt zijn en zal het niet juist klinken.
Luidsprekers die gebruik maken van passieve radiatoren werken volgens hetzelfde basisprincipe, maar dan met een massa geladen, niet van stroom voorziene luidsprekerconus die de basresonantie creëert met het ingesloten luchtvolume.
Tweeters en woofers
Nou, het is u misschien opgevallen dat in de meeste luidsprekers, vooral als ze groter worden dan kleine draagbare boomboxen, u meer dan één luidsprekerdriver kunt zien – meestal een met een kleinere diameter bovenop een grotere.
Deze luidsprekers hebben twee maten luidsprekerdrivers: tweeters boven en woofers onder
Er zijn verschillende redenen waarom luidsprekers meerdere drivers in verschillende maten gebruiken. Hoewel het waar is dat een enkele driver op zichzelf bijna het gehele hoorbare spectrum kan bestrijken, zijn er een aantal beperkingen waar hij tegenaan loopt. Als de driver klein is, kan hij niet veel lucht verplaatsen en zal hij moeite hebben om lage tonen op een bruikbaar niveau te produceren.
Lees meer: Driver types uitgelegd
Grotere drivers kunnen meer lucht verplaatsen, maar het probleem is dat luidsprekers meer richtingsgevoelig worden naarmate de frequenties die ze weergeven hoger worden. Dit staat bekend als beaming.
Als de frequentie toeneemt, neemt de bijbehorende golflengte af; luidsprekerdrivers beginnen meestal te beaming bij een frequentie met een golflengte die gelijk is aan de diameter van de uitstralende kegel. Dit betekent dat u de hogere frequenties alleen hoort als u zich precies op één lijn met de luidspreker bevindt. Dit zorgt niet voor een evenwichtig geluid of een goede luidspreker. De eenvoudige oplossing bestaat erin verschillende maten drivers te gebruiken, elk afgestemd op de weergave van een specifiek frequentiebereik – verschillende delen van het hoorbare spectrum (lage en hoge tonen, of lage, midden, hoge tonen).
Woofers en tweeters en poorten, oh my!
Dit concept werkt in combinatie met een frequentieverdelend netwerk in de luidsprekerbox, een zogenaamd scheidingsfilter (crossover). Een crossover delegeert het juiste frequentiebereik naar elk type driver: tweeters voor de hoge tonen en woofers voor de lage tonen.
Waarom het de moeite waard is te weten hoe luidsprekers werken
U hoeft de wetenschap achter luidsprekers niet te kennen om ernaar te kunnen luisteren en ervan te genieten. Maar als u van plan bent veel geld uit te geven aan audioapparatuur, is het altijd een goed idee om eerst wat kennis op te doen. Een beetje basiskennis zal u helpen te begrijpen waarom bepaalde ontwerpbeslissingen werden genomen, hoe ze het geluid beïnvloeden, en om u te helpen slangenolieverkopers te herkennen.