اسپیکر چیست؟ نحوه کار بلندگو Speaker

هدف اسپیکر یا بلندگو تبدیل شکل موج AC الکتریکی به هوای متحرک است تا گوش ما آن را بشنود. تقریباً می توانید بگویید اسپیکر به ما امکان شنیدن برق را می دهند.

همانطور که از نام بلندگو پیداست، از بلندگو ابتدا برای شنیدن گفتار، به ویژه در اولین تلفنها و سپس برای تولید موسیقی استفاده می شدند. اولین استفاده از بلندگو توسط یوهان ریس در سال 1861 انجام شد ، اما تا سال 1924 مدتی طول کشید بلندگو ها تبدیل به یک اسپیکر سیم پیچ متحرک پویا شوند که امروزه می شناسیم. در طول سالها ، فناوریهای زیادی پدید آمده است که همه آنها سیگنال های الکتریکی را به هوای متحرک تبدیل می کنند. اصلی ترین آنها سیم پیچ متحرک ، الکترواستاتیک ، خازنی ، روبان و پلاسما هستند. ما به سیم پیچ متحرک به عنوان رایج ترین آن نگاه می کنیم.

ساز و کار اسپیکر

در زیر یک تصویر از ساختمان بلندگوی سیم پیچ متحرک نشان داده شده است که قسمتهای اصلی آن را نشان می دهد. شما نمی توانید سیم پیچ متحرک واقعی را در داخل آهنربا ببینید زیرا توسط گنبد (dome) پوشانده شده است. فاصله بین سیم پیچ و آهنربا حداقل است و بدون گنبد ، براده های فلزی کشیده شده و گیر می کنند.

بلندگو چگونه کار می کند

اصل کار بلندگو بسیار ساده است: یک سیگنال الکتریکی از طریق سیم پیچ یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند که با قطبیت سیگنال AC تغییر می کند. اگر این سیم پیچ در داخل یک میدان مغناطیسی دائمی ثابت قرار داشته باشد ، این دو آهن ربا هنگامی که قطبها یکسان باشند یکدیگر را دفع کرده و در هنگام متفاوت بودن یکدیگر را جذب می کنند. نتیجه این است که سیم پیچ به منظور تطبیق با سیگنال AC به داخل و خارج حرکت می کند.

اول ، وقتی هوا از جلوی مخروط به جلو رانده می شود ، هوا در عقب مکیده می شود. این باعث می شود که هوا بخواهد از جلو به عقب بشتابد و به ما “اتصال کوتاه” هوا می دهد. این کوتاه به طول موج سیگنال بستگی دارد و منجر به از بین رفتن باس یا فرکانس پایین می شود. برای جلوگیری از این امر ، می توانیم بلندگو را در یک جعبه قرار دهیم و اتصال کوتاه را حل کنیم.

یک مشکلی وجود دارد این است که هوای داخل جعبه فشرده می شود و کارایی بلندگو را کاهش می دهد. به همین دلیل ، هرگز از بلندگوها به تنهایی استفاده نمی شود. از آن به عنوان بخشی از یک سیستم استفاده می شود که معمولاً از چندین بلندگوی اندازه مختلف برای برخورد با محدوده فرکانس های مختلف و مجموعه ای از فیلترها به نام “شبکه متقاطع (crossover network)” برای هدایت فرکانس های پایین ، میانی و زیاد به بلندگوهای مناسب استفاده می شود. از آنجا که اندازه فیزیکی ، جرم مخروط و حجم جعبه همه بر دامنه فرکانس بلندگو تأثیر می گذارد ، یک سیستم Hi-Fi به طور کلی بار را به حداقل سه باند ، و گاهی اوقات حتی به چهار باند تقسیم می کند.

• ساب ووفر Subwoofer – از زیر 20 هرتز تا حدود 200 هرتز
• ووفر Woofer – از 20Hz تا 2kHz
• محدوده متوسط Mid-range -از 150Hz تا 5kHz
• توییتر Tweeter – از 2 کیلوهرتز تا 20 کیلوهرتز

در حالت 4 باند همپوشانی زیادی وجود دارد که باعث ایجاد صدای مسطح تر و بهتر می شود.

مشخصات فنی اسپیکر

در صورت خرید سیستم بلندگو (به عنوان مثال ، در جعبه ای با تمام بلندگوها و کراس اورهای از قبل سیم کشی شده) ، تولید کننده معمولاً امپدانس محدوده فرکانس و توانایی انتقال قدرت را مشخص می کند. اغلب تصور نمی شود که این موارد با فرکانس بسیار متفاوت باشد.

در مشخصات یک اسپیکر ممکن است با موارد زیر روبرو شوید:

• قدرت Power: فقط RMS قابل اعتماد است. بلندگوی RMS 100w باید بتواند موج سینوسی 100W را به طور مداوم کنترل کند.
• امپدانس Impedance: از آنجا که سیم پیچ القایی است ، این گزینه معنی ندارد و فقط در یک فرکانس ، معمولاً 1 کیلوهرتز صادق است و واکنشی است. به طور کلی 4 ، 8 یا 16Ω است.

به طور کلی ، اگر بلندگوها را به صورت سری وصل کنید ، امپدانس ها را اضافه می کنید و به موازات آنها تقسیم می شوند ، یعنی دو بلندگوی 8Ω به صورت موازی 4Ω به شما می دهند. این محاسبه برا اساس همان قانون اهم است.

• پاسخ فرکانس Frequency response: بستگی به محوطه دارد اما کمی از محدوده را نشان می دهد.
• خود-رزونانس Self-Resonance: فرکانسی که در آن بلندگو خود را طنین انداز می کند و برای محاسبه حجم جعبه استفاده می شود.

آمپلی فایر مناسب بلندگو شما

تقویت کننده (آمپلی فایر) های سوپاپ دارای ترانسفورماتور های خروجی هستند و روی آنها ضربه زده می شود و برای امپدانس مناسب مورد نیاز است. عموماً تقویت کننده های حالت جامد امپدانس خروجی بسیار کمتری نسبت به بلندگو دارند و به تطبیق امپدانس اهمیتی نمی دهند.

با این حال ، یک تقویت کننده ولتاژ منبع تغذیه محدودی دارد و این امر نوسان سیگنال خروجی را محدود می کند ، به عنوان مثال ، یک تقویت کننده با PSU +/- 30V دارای یک نوسان خروجی تقریبا 60Vpp یا 21Vrms است.

از لحاظ نظری ، سیگنال 21 ولت برای حرکت بلندگو در دسترس است ، با فرض اینکه امپدانس بلندگو به طور اسمی 8Ω P = V2/R = 55W باشد. اگر تقویت کننده در واقع یک تقویت کننده 50 واتی بود و ما دو بلندگوی 8Ω را به صورت موازی قرار می دادیم ، ممکن است اشتباه کنیم اگر فرض کنیم P در حال حاضر 212/4 = 110W است. اما این هرگز اتفاق نمی افتد زیرا PSU نمی تواند این مقدار را ارائه دهد.

با فرض یک نوع استاندارد آمپر (بدون اینورتر یا ترانسفورماتور) ، آنها فقط بلندگوها را موازی می کنند تا امپدانس پایینی برای ولتاژ وارد شده به دست آورند. این بدان معناست که R = V2/P یعنی 144/100 = 1.4Ω. بنابراین بلندگوها را موازی می کنند تا این مقدار کم را بدست آورند. توجه داشته باشید که جریان در حال بزرگ شدن است ، I = √ (P/R) = √ (100/1.4) = 8A و اندازه مناسب سیم مهم می شود.

اگر ما یک آمپلی فایر واقعا قدرتمند داشته باشیم ، مثلا یکی با توان 1 کیلو وات چگونه می خواهیم این همه قدرت را وارد سیستم بلندگو کنیم؟ ما باید از بلندگوهای زیادی استفاده کنیم و با سری هوشمند و ترکیب موازی ، می توانیم امپدانس مناسب را در آن سطح قدرت به دست آوریم.

برای سیستم 50W ما ، چقدر جریان به بلندگو می رود؟ بار دیگر ، با استفاده از قانون اهم (I = V/R) ، 21/8 = 2.6A داریم. اکنون ، می بینید که بلندگوها از نظر مفهومی ساده هستند اما از نظر کاربرد بسیار پیچیده هستند.