Och även om det har gjorts betydande framsteg både när det gäller design och tillverkning av högtalare, har grunderna för högtalardrivrutetekniken inte ändrats på nästan 100 år: Edward Kelloggs och Chester Rices dynamiska drivare från 1925 ligger fortfarande till grund för praktiskt taget alla högtalare som finns på marknaden idag, från högtalaren i din telefon till högtalarna i ditt hemmabiosystem.
Men hur fungerar högtalare? Låt oss börja med grunderna.
Redaktörens anmärkning: Denna artikel uppdaterades den 12 mars 2021 för att inkludera mer teknisk information.
Hur högtalare fungerar: grunderna
En högtalardrivare är den råa elektroakustiska komponent som får en högtalare att fungera. Som transducer är dess funktion att omvandla energi från en form till en annan. Närmare bestämt omvandlar denna omvandlare de förstärkta elektriska vågorna från din uppspelningsenhet, oavsett om det är din telefon eller skivspelarens kassett, till ljudtrycksvågor i luften som dina öron kan uppfatta.
Wikipedia
Högtalardrivrutinen: en enkel men briljant elektromagnetisk motor
En förstärkare matar in en signal till två terminaler på baksidan av en högtalare. Dessa terminaler leder strömmen in i en cylindrisk trådspole som hänger i den cirkulära springan mellan polerna på en permanentmagnet. Spolen rör sig fram och tillbaka i magnetfältet när strömmen som passerar genom den växlar i riktning med signalen, enligt Faradays lag. Högtalarkonens centrum är fäst vid den ena änden, som drivs fram och tillbaka av den rörliga spolen. Denna kotte hålls vid sina kanter av en lufttät upphängning eller surround. När konen rör sig trycker och drar den på den omgivande luften; på så sätt skapar den tryckvågor i luften, som kallas ljud.
Så fungerar alltså högtalardrivrutinen, men varför verkar de alltid vara monterade i lådor? Om drivrutinen skapar ljud av sig själv, vad är lådan till för? Och hur är det med porthål och de andra bitarna?
Varför placeras högtalare i lådor?
Varje Fluance Ai40-bokhylla har en 1″ diskant och en 5″-drivare.
När en högtalardrivares kägla rör sig skapar den en tryckvåg från både framsidan och baksidan. När den rör sig mot dig och trycker på luften och skapar ett positivt tryck, drar den samtidigt luften bakom sig och skapar ett negativt tryck. Om den våglängd som motsvarar frekvensen för den återgivna signalen är stor i förhållande till drivrutans storlek kommer trycket som genereras av drivrutans två sidor att effektivt upphäva varandra. På alla användbara avstånd blir de låga frekvenserna (bas) ohörbara. Om du vill prova detta hemma kan du ta ut en drivrutin ur sitt hölje. Du kommer att märka en ”burkig” ljudkvalitet jämfört med hur högtalaren lät när den var monterad.
För att en högtalare ska fungera bra vid alla frekvenser måste vi förhindra att den tryckvåg som skapas av baksidan av högtalarkonen upphäver den våg som skapas av framsidan av konen. Om man monterar högtalaren i en stor, styv materialplatta (en baffel) kan man uppnå samma effekt. En baffle måste vara stor för att förhindra att låga frekvenser upphävs, så detta är opraktiskt i de flesta tillämpningar. Slutna lådor möjliggör ett mer praktiskt sätt att göra detta.
Inte alla högtalarlådor är lådformade…
En kombination av drivrutans mekaniska egenskaper och lådans storlek definierar det lågfrekventa beteendet hos ett monterat högtalarsystem med sluten låda. Utan att bli superteknisk fungerar luften i lådan som en fjäder som konen trycker och drar mot, och det systemet har en resonansfrekvens under vilken dess effekt sjunker avsevärt.
Högtalare måste vara lufttäta: läckor i lådan möjliggör den annullering som vi vill undvika.
Varför har vissa högtalare hål?
Du kanske har lagt märke till att många högtalarlådor har cirkelformade hål, eller ibland slitsar, vanligen på fram- eller baksidan. Vad du ser är portar, eller ventiler, och detta identifierar vad som är känt som ett basreflexhölje.
Ett basreflexhölje fungerar i princip på samma sätt som när du blåser luft över en öppen ölflaska och en ton ljuder. Ljudet ändras med mängden vätska i flaskan eftersom luftvolymen i flaskan ändras. Om du kunde sträcka ut glashalsen på flaskan skulle det också förändra tonen. Det är ett resonanssystem som kan stämmas av genom att justera portdimensionerna (flaskhalsen) eller volymen i höljet (flaskan).
Den här basreflexhögtalaren har en bakåtriktad basport.
Om den är rätt inställd skapar den en resonans precis under den punkt där högtalarens respons normalt sett skulle avta, vilket effektivt förlänger basprestandan i systemet. För att detta ska fungera korrekt beräknas portinställningen för den specifika drivrutinen i det specifika höljet. Om du byter ut drivrutinen mot en annan typ, även om den har samma kondiameter, kommer box- och portinställningen inte längre att vara lämplig och det kommer inte att låta rätt.
Högtalare som använder sig av passiva radiatorer fungerar enligt samma grundprincip, men med en masselastad, icke-påverkad högtalarkonus som skapar basresonansen med den inneslutna luftvolymen.
Tweeters och woofers
Nu har du kanske lagt märke till att i de flesta högtalare, särskilt när de blir större än små bärbara boomboxar, kan du se mer än en högtalardrivare – vanligen en med mindre diameter ovanpå en större.
Dessa högtalare har två storlekar av högtalardrivare: diskanter ovanför och woofers nedanför
Det finns flera anledningar till att högtalare använder flera drivare i olika storlekar. Även om det är sant att en enda drivrutin kan täcka nästan hela det hörbara spektrumet på egen hand, finns det ett antal begränsningar som den stöter på. Om drivrutinen är liten kan den inte flytta mycket luft och kommer att kämpa för att generera bas på en användbar nivå.
Lär dig mer: Läs mer: Drivartstyper förklarade
Större drivrutiner kan flytta mer luft, men problemet är att högtalare blir mer riktade när frekvenserna de återger ökar. Detta kallas strålning.
När frekvensen ökar minskar den tillhörande våglängden; högtalardrivrutiner börjar vanligtvis stråla vid en frekvens med en våglängd som är lika stor som diametern på den strålande konen. Detta innebär att du endast kommer att höra de högre frekvenserna om du befinner dig precis på axeln av högtalaren. Det ger inte ett balanserat ljud eller en bra högtalare. Den enkla lösningen är att använda olika storlekar på drivrutiner som var och en är skräddarsydd för att återge ett visst frekvensområde – olika delar av det hörbara spektrumet (bas och diskant, eller bas, mitt, diskant).
Woofers och tweeters och portar, oj då!
Detta koncept fungerar tillsammans med ett nätverk som delar upp frekvensen i högtalarlådan och som kallas för en växelriktare. En växelriktare delegerar rätt frekvensområde till varje drivartyp: tweeters för de höga tonerna och woofers för de låga.
Varför det är värt att veta hur högtalare fungerar
Du behöver inte känna till vetenskapen bakom högtalare för att kunna lyssna på och njuta av dem. Men om du tänker spendera rejält med pengar på ljudutrustning är det alltid en bra idé att först utrusta dig med lite kunskap. Lite grundkunskap hjälper dig att förstå varför vissa konstruktionsbeslut fattades, hur de påverkar ljudet och hjälper dig att identifiera ormoljeförsäljare.