ลำโพงไฟฟ้าไดนามิกเป็นอุปกรณ์ที่แปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นเสียงโดยการย้ายขดลวดที่มีกระแสในสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวร เราใช้อุปกรณ์เหล่านี้เป็นประจำทุกวัน แม้ว่าคุณจะไม่ใช่แฟนตัวยงของดนตรีและอย่าใช้เวลากับหูฟังเพียงครึ่งวัน ทีวี วิทยุในรถยนต์ และแม้แต่โทรศัพท์ก็ติดตั้งลำโพงไว้ด้วย กลไกนี้ที่เราคุ้นเคยจริงๆ แล้วเป็นองค์ประกอบที่ซับซ้อนทั้งหมด และอุปกรณ์ของมันคืองานศิลปะทางวิศวกรรมจริงๆ
ในบทความนี้ เราจะพาไปดูอุปกรณ์ลำโพงอย่างละเอียด มาคุยกันว่าอุปกรณ์นี้ประกอบด้วยส่วนใดและทำงานอย่างไร
ประวัติศาสตร์
วันเริ่มต้นการพูดนอกเรื่องเล็ก ๆ ในประวัติศาสตร์ของการประดิษฐ์ไฟฟ้าไดนามิก ลำโพงประเภทเดียวกันนี้ถูกใช้ตั้งแต่ช่วงปลายทศวรรษ 1920 โทรศัพท์ของเบลล์ทำงานบนหลักการที่คล้ายคลึงกัน มันเกี่ยวข้องกับเมมเบรนที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวร ลำโพงเหล่านี้มีข้อบกพร่องร้ายแรงหลายประการ ได้แก่ การบิดเบือนความถี่ การสูญเสียเสียง เพื่อแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับลำโพงแบบคลาสสิก Oliver Lorde แนะนำให้ใช้งานของเขา ขดลวดของเขาเคลื่อนผ่านแนวแรง เล็กน้อยต่อมาเพื่อนร่วมงานสองคนของเขาได้ปรับเทคโนโลยีสำหรับตลาดผู้บริโภคและจดสิทธิบัตรการออกแบบอิเล็กโทรไดนามิกใหม่ที่ยังคงใช้อยู่ในปัจจุบัน
อุปกรณ์ลำโพง
ลำโพงมีการออกแบบที่ค่อนข้างซับซ้อนและประกอบด้วยองค์ประกอบหลายอย่าง แผนภาพลำโพง (ด้านล่าง) แสดงส่วนสำคัญที่ทำให้ลำโพงทำงานได้อย่างถูกต้อง
อุปกรณ์ลำโพงอะคูสติกประกอบด้วยส่วนต่างๆ ดังต่อไปนี้:
- ระงับ (หรือลอนขอบ);
- ดิฟฟิวเซอร์ (หรือเมมเบรน);
- cap;
- วอยซ์คอยล์;
- core;
- ระบบแม่เหล็ก;
- หัวจ่ายไฟ;
- ลีดแบบยืดหยุ่น
ลำโพงแต่ละรุ่นอาจใช้องค์ประกอบการออกแบบที่ต่างกันออกไป อุปกรณ์ลำโพงแบบคลาสสิกหน้าตาแบบนี้
ลองพิจารณาองค์ประกอบการออกแบบแต่ละอย่างโดยละเอียดมากขึ้น
ลอนขอบ
องค์ประกอบนี้เรียกอีกอย่างว่า "ปลอกคอ" นี่คือขอบพลาสติกหรือยางที่อธิบายกลไกไฟฟ้าไดนามิกทั่วทั้งบริเวณ บางครั้งใช้ผ้าธรรมชาติที่มีการเคลือบกันสะเทือนแบบพิเศษเป็นวัสดุหลัก ลอนไม่เพียงแบ่งตามประเภทของวัสดุที่ใช้ทำ แต่ยังแบ่งตามรูปร่างด้วย ชนิดย่อยที่นิยมมากที่สุดคือโปรไฟล์กึ่งวงแหวน
มีข้อกำหนดหลายประการสำหรับ "ปลอกคอ" ซึ่งการปฏิบัติตามข้อกำหนดดังกล่าวบ่งชี้ถึงคุณภาพสูง ข้อกำหนดแรกคือความยืดหยุ่นสูง ความถี่เรโซแนนซ์ลอนควรจะต่ำ ข้อกำหนดที่สองคือลอนจะต้องได้รับการแก้ไขอย่างดีและจัดให้มีการแกว่งแบบขนานเพียงประเภทเดียว ข้อกำหนดที่สามคือความน่าเชื่อถือ "ปลอกคอ" ต้องตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและการสึกหรอ "ปกติ" อย่างเพียงพอ โดยคงรูปร่างไว้เป็นเวลานาน
เพื่อให้ได้เสียงที่สมดุลที่สุด จะใช้ลอนยางในลำโพงความถี่ต่ำ และใช้กระดาษในความถี่สูง
ดิฟฟิวเซอร์
วัตถุที่แผ่รังสีหลักในอิเล็กโทรไดนามิกส์คือดิฟฟิวเซอร์ กรวยลำโพงเป็นลูกสูบชนิดหนึ่งที่เคลื่อนที่เป็นเส้นตรงขึ้นและลง และรักษาลักษณะเฉพาะของแอมพลิจูด-ความถี่ (ต่อไปนี้จะเรียกว่าการตอบสนองความถี่) ในรูปแบบเชิงเส้น เมื่อความถี่การสั่นเพิ่มขึ้น ดิฟฟิวเซอร์จะเริ่มโค้งงอ ด้วยเหตุนี้จึงเรียกว่าคลื่นนิ่งซึ่งในที่สุดก็นำไปสู่การลดลงและเพิ่มขึ้นในกราฟการตอบสนองความถี่ เพื่อลดผลกระทบนี้ นักออกแบบจึงใช้ตัวกระจายแสงที่แข็งขึ้นซึ่งทำจากวัสดุที่มีความหนาแน่นต่ำ หากลำโพงมีขนาด 12 นิ้ว ช่วงความถี่ในนั้นจะแตกต่างกันไปภายใน 1 กิโลเฮิรตซ์สำหรับความถี่ต่ำ 3 กิโลเฮิรตซ์สำหรับเสียงกลาง และ 16 กิโลเฮิร์ตซ์สำหรับความถี่สูง
- ดิฟฟิวเซอร์ก็แข็งได้ พวกเขาทำจากเซรามิกหรืออลูมิเนียม ผลิตภัณฑ์ดังกล่าวให้การบิดเบือนเสียงในระดับต่ำสุด ลำโพงทรงกรวยแบบแข็งมีราคาแพงกว่าลำโพงคู่กันมาก
- ดิฟฟิวเซอร์เนื้อนุ่มทำจากโพลีโพรพิลีน ตัวอย่างดังกล่าวจะให้เสียงที่นุ่มนวลและอบอุ่นที่สุดเนื่องจากการดูดซับคลื่นด้วยวัสดุที่อ่อนนุ่ม
- ดิฟฟิวเซอร์กึ่งแข็งเป็นการประนีประนอม พวกเขาทำจากเคฟลาร์หรือไฟเบอร์กลาส ความบิดเบี้ยวที่เกิดจากกรวยดังกล่าวสูงกว่าแบบแข็ง แต่ต่ำกว่าแบบอ่อน
หมวก
ฝาครอบเป็นวัสดุสังเคราะห์หรือผ้า ซึ่งมีหน้าที่หลักในการปกป้องลำโพงจากฝุ่นละออง นอกจากนี้ ฝาครอบยังมีบทบาทสำคัญในการก่อตัวของเสียงบางอย่าง โดยเฉพาะเมื่อเล่นความถี่กลาง เพื่อจุดประสงค์ในการยึดที่แข็งที่สุด ตัวครอบถูกทำให้โค้งมน ทำให้งอเล็กน้อย ตามที่คุณอาจเข้าใจแล้ว ความหลากหลายของวัสดุก็เหมือนกันเพื่อให้ได้เสียงที่ต้องการ ใช้ผ้าที่มีการชุบต่างๆ ฟิล์ม องค์ประกอบเซลลูโลสและแม้กระทั่งตาข่ายโลหะ ในทางกลับกันก็ทำหน้าที่ของหม้อน้ำ ตาข่ายอลูมิเนียมหรือโลหะนำความร้อนส่วนเกินออกจากขดลวด
เด็กซน
บางครั้งเรียกว่า "แมงมุม" นี่เป็นส่วนที่มีน้ำหนักมากซึ่งอยู่ระหว่างกรวยลำโพงกับตัวลำโพง เครื่องซักผ้ามีจุดประสงค์เพื่อรักษาเสียงสะท้อนให้คงที่สำหรับวูฟเฟอร์ นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งหากมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในห้องอย่างกะทันหัน เครื่องซักผ้าจะแก้ไขตำแหน่งของคอยล์และระบบเคลื่อนที่ทั้งหมด และยังปิดช่องว่างแม่เหล็กเพื่อป้องกันไม่ให้ฝุ่นเข้าไป เครื่องซักผ้าแบบคลาสสิกเป็นแผ่นลูกฟูกทรงกลม ตัวเลือกที่ทันสมัยกว่านั้นดูแตกต่างออกไปเล็กน้อย ผู้ผลิตบางรายจงใจเปลี่ยนรูปร่างของลอนเพื่อเพิ่มความเป็นเส้นตรงความถี่และทำให้รูปร่างของลูกซนคงที่ การออกแบบนี้ส่งผลกระทบอย่างมากต่อราคาของลำโพง เครื่องซักผ้าทำจากไนลอน ผ้าดิบหยาบ หรือทองแดง ตัวเลือกสุดท้ายเช่นเดียวกับในกรณีของฝาทำหน้าที่เป็นหม้อน้ำขนาดเล็ก
วอยซ์คอยล์และระบบแม่เหล็ก
เรามาถึงองค์ประกอบซึ่งอันที่จริงมีหน้าที่สร้างเสียง ระบบแม่เหล็กตั้งอยู่ในช่องว่างเล็ก ๆ ของวงจรแม่เหล็กและแปลงพลังงานไฟฟ้าร่วมกับขดลวด ระบบแม่เหล็กเองเป็นระบบของแม่เหล็กในรูปแบบของวงแหวนและแกนกลาง คอยล์เสียงจะเคลื่อนที่ระหว่างกันในช่วงเวลาของการสร้างเสียง งานสำคัญสำหรับนักออกแบบคือการสร้างสนามแม่เหล็กที่สม่ำเสมอในระบบแม่เหล็ก ในการดำเนินการนี้ ผู้ผลิตลำโพงจะจัดแนวเสาอย่างระมัดระวังและติดตั้งแกนด้วยปลายทองแดง กระแสไปยังวอยซ์คอยล์จ่ายผ่านลีดที่ยืดหยุ่นของลำโพง - ลวดธรรมดาพันรอบด้ายสังเคราะห์
หลักการทำงาน
เราหาอุปกรณ์ลำโพงได้แล้ว มาต่อที่หลักการทำงานกัน หลักการทำงานของลำโพงมีดังนี้ กระแสที่ไหลเข้าสู่ขดลวดจะทำให้เกิดการสั่นในแนวตั้งฉากภายในสนามแม่เหล็ก ระบบนี้จะลากดิฟฟิวเซอร์ไปพร้อมกับมัน ทำให้มันสั่นที่ความถี่ของกระแสที่ใช้ และสร้างคลื่นที่ปล่อยออกมา ดิฟฟิวเซอร์เริ่มสั่นและสร้างคลื่นเสียงที่หูของมนุษย์รับรู้ได้ พวกมันจะถูกส่งเป็นสัญญาณไฟฟ้าไปยังเครื่องขยายเสียง นี่คือที่มาของเสียง
ช่วงความถี่โดยตรงขึ้นอยู่กับความหนาของแกนแม่เหล็กและขนาดของลำโพง ด้วยวงจรแม่เหล็กที่ใหญ่ขึ้น ช่องว่างในระบบแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้น และส่วนที่มีประสิทธิภาพของขดลวดก็เพิ่มขึ้นด้วย นั่นคือเหตุผลที่ลำโพงขนาดกะทัดรัดไม่สามารถรับมือกับความถี่ต่ำในช่วง 16-250 เฮิรตซ์ได้ เกณฑ์ความถี่ต่ำสุดเริ่มต้นที่ 300 เฮิรตซ์และสิ้นสุดที่ 12,000 เฮิรตซ์ นั่นเป็นสาเหตุที่ลำโพงแตกเมื่อคุณเร่งระดับเสียง
พิกัดความต้านทานไฟฟ้า
ลวดที่จ่ายกระแสให้คอยล์มีความต้านทานแบบแอคทีฟและรีแอกทีฟ ในการกำหนดระดับของหลัง วิศวกรทำการวัดที่ความถี่ 1,000 เฮิรตซ์ และเพิ่มความต้านทานเชิงแอ็คทีฟของวอยซ์คอยล์ให้กับค่าผลลัพธ์ ลำโพงส่วนใหญ่มีระดับอิมพีแดนซ์ 2, 4, 6 หรือ 8 โอห์ม ต้องพิจารณาพารามิเตอร์นี้เมื่อซื้อเครื่องขยายเสียง สิ่งสำคัญคือต้องตกลงเรื่องระดับภาระงาน
ช่วงความถี่
มีการกล่าวไว้ข้างต้นแล้วว่าอิเล็กโทรไดนามิกส์ส่วนใหญ่จะทำซ้ำเพียงส่วนหนึ่งของความถี่ที่บุคคลสามารถรับรู้ได้ เป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างลำโพงอเนกประสงค์ที่สามารถทำซ้ำช่วงทั้งหมดได้ตั้งแต่ 16 เฮิรตซ์ถึง 20 กิโลเฮิรตซ์ ดังนั้นความถี่จึงถูกแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม: ต่ำ กลาง และสูง หลังจากนั้นนักออกแบบก็เริ่มสร้างลำโพงแยกกันสำหรับแต่ละความถี่ ซึ่งหมายความว่าวูฟเฟอร์จะจัดการกับเสียงเบสได้ดีที่สุด พวกเขาทำงานในช่วง 25 เฮิรตซ์ - 5 กิโลเฮิรตซ์ ความถี่สูงได้รับการออกแบบมาให้ทำงานกับเสียงแหลม (จึงเป็นชื่อสามัญ - "ทวีตเตอร์") พวกเขาทำงานในช่วงความถี่ 2 กิโลเฮิรตซ์ - 20 กิโลเฮิรตซ์ ลำโพงเสียงกลางทำงานในช่วง 200 เฮิรตซ์ - 7 กิโลเฮิรตซ์ วิศวกรยังคงพยายามสร้างลำโพงฟูลเรนจ์ที่มีคุณภาพ อนิจจาราคาของลำโพงนั้นขัดกับคุณภาพและไม่สมเหตุสมผลเลย
เล็ก ๆ น้อย ๆ เกี่ยวกับลำโพงมือถือ
ลำโพงสำหรับโทรศัพท์แตกต่างจากรุ่น "ผู้ใหญ่" ในทางสร้างสรรค์ การวางกลไกที่ซับซ้อนเช่นนี้ในเคสมือถือนั้นไม่สมจริง ดังนั้นวิศวกรจึงใช้กลอุบายและเปลี่ยนองค์ประกอบจำนวนหนึ่ง ตัวอย่างเช่น ขดลวดได้รับการแก้ไขแล้ว และใช้เมมเบรนแทนดิฟฟิวเซอร์ ลำโพงโทรศัพท์มีความเรียบง่ายเกินไป ดังนั้นอย่าคาดหวังคุณภาพเสียงที่สูงจากลำโพงเหล่านี้
ช่วงความถี่ที่องค์ประกอบดังกล่าวสามารถครอบคลุมได้นั้นแคบลงอย่างมาก ในแง่ของเสียง มันอยู่ใกล้กับอุปกรณ์ความถี่สูงมากกว่า เนื่องจากไม่มีพื้นที่เพิ่มเติมในเคสโทรศัพท์สำหรับติดตั้งแกนแม่เหล็กแบบหนา
อุปกรณ์ลำโพงในโทรศัพท์มือถือไม่เพียงแต่มีขนาดแตกต่างกัน แต่ยังขาดความเป็นอิสระอีกด้วย ความสามารถของอุปกรณ์ถูกจำกัดโดยซอฟต์แวร์ เพื่อป้องกันการออกแบบลำโพง หลายคนลบขีดจำกัดนี้ด้วยตนเอง แล้วถามตัวเองว่า: "ทำไมลำโพงถึงส่งเสียงหวีด"
ในสมาร์ทโฟนทั่วไป มีการติดตั้งสององค์ประกอบดังกล่าว คนหนึ่งพูด อีกคนหนึ่งคือดนตรี บางครั้งก็รวมกันเพื่อให้ได้เอฟเฟกต์สเตอริโอ ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง คุณสามารถบรรลุความลึกและความสมบูรณ์ของเสียงได้ด้วยระบบสเตอริโอที่เต็มเปี่ยมเท่านั้น
