یک بلندگو چگونه کار میکند؟

یک بلندگو (speaker) چگونه کار میکند؟

در ابتدایی ترین سطح می توان گفت بلندگو یک مبدل است. هر وسیله ای که یک شکل از انرژی را به شکل دیگری تبدیل کند مبدل گفته می شود. بلندگو نیز انرژی الکتریکی را به انرژی آکوستیک تبدیل می کند. پالس های الکتریکی (که از آمپر تغذیه میشوند) جهت حرکت یک بلندگو را تعیین می کنند.

یک پالس مثبت باعث می شود تا بلندگو به جلو و پالس منفی باعث می شود بلندگو به عقب حرکت نماید. انرژی صوتی حاصل از آن باعث حرکت هوا با ایجاد مولکول های هوا در گروه ها (فشرده سازی) و جداسازی آنها در مناطقی از مولکولهای هوا کمتر (منقبض) می شود. نمودار زیر نشان می دهد که چگونه یک رسانه ارتعاشی مانند ویولن یا بلندگو موجب حرکت هوا می شود.

شکل 1: جایی که مولکولها در کنار یکدیگر جمع می شوند، ناحیه ای است که فشار در آن قسمت بالاست.

پرده گوش شما نیز مطابق با این تغییرات فشار ارتعاش می کند و مغز شما دقیقا همان حرکت را به صدا تبدیل می نماید. به بیانی دیگر می توان گفت به عنوان یک میکروفون فشار هوا را به تکانه های الکتریکی تبدیل می کند. بطور کلی بلندگو همانند یک موتور عمل می نماید که مولکولها را برای ایجاد این تغییرات فشار هوا حرکت می دهد.

قطعات یک بلندگو

همانطور که میدانید انواع مختلفی از درایورها در اسپیکرها (speaker) مانند نوارها و عناصر الکترواستاتیک وجود دارد. برتری اسپیکرها شامل دستگاه های سنتی و پیستونی است. اجزای یک بلندگوی پیستونی عبارتند از:

• مخروط
• درپوش گرد و غبار
• سبد
• احاطه
• آهن ربا
• سیم پیچ صدا
• عنکبوت

 شکل 2: بلندگو از بخش ATC استقبال می کند

همه اسپیکرهای پیستون محور دارای دو مولفه مشترک هستند که به آنها امکان ایجاد تغییرات فشار هوا را می دهند که در مغز ما به صدا تبدیل می شود. قسمت قابل مشاهده در بلندگو مخروط است. این بخش می تواند از مواد ساده ای مانند کاغذ و یا مواد دیگری مانند Kevlar ساخته شود. اما این بخش عملکرد دیافراگم که حرکت هوا است را انجام می دهد و برای ایجاد امواج فشار به جلو و عقب حرکت می کند.

درپوش گرد و غبار قطعه ای در مرکز مخروط است که سیم پیچ صدا را می پوشاند. همانطور که از نام آن پیداست از ورود اشیاء خارجی به بخشی از بلندگو جایی که سیم پیچ صدا در آن قرار دارد، جلوگیری می کند.

توجه داشته باشید شکل و ساخت این بخش بر نحوه تولید صدای بلندگو تأثیر گذار است ( به ویژه در پاسخ به فرکانس های بالا) اما در درجه اول برای محافظت از از داخل بلندگو ایجاد شده است. از آنجائیکه در بلندگوهای بزرگ نیاز به سیم پیچ صوتی با قطر بزرگتری داریم، درپوش گرد و غبار نیز در بلندگوهای بزرگ بزرگتر است.

قطعه اطراف محیط مخروط موسوم به احاطه است که معمولاً جنس آن از لاستیک و یا فوم است. این قطعه مخروط را به قاب می چسباند و به اندازه کافی انعطاف پذیر است تا مخروط بتواند آزادانه حرکت کند.

علاوه بر این بر ثبات مخروط نیز می افزاید. بدین معنا که بازگشت مخروط به حالت استراحت در سبد فلزی کمک می کند. سبد همان قاب است که تمامی اجزای اسپیکر برای استحکام به آن وصل شده اند و اجازه می دهد تا آن را در یک جعبه و یا بر روی یک حفره سوار کنید. قسمت بزرگ دایره ای سنگین در پشت بلندگو آهنربا است.

سیم پیچ صوتی در مسیر خود توسط قطعه عجیب و غریب مانندی بنام عنکبوت هدایت می شود. این بخش از بلندگو از جنس نرمی مانند پنبه (و یا چیزی مشابه به آن) ساخته شده است تا مانع حرکت سیم پیچ (جلو و عقب رفتن) شود. همین موضوع باعث می شود تا مخروط کمتر تحریف شود. بنظر می رسد که سازنده از آن جهت که این بخش همانند وب است نام آن را عنکبوت انتخاب کرده است.

بطور طبیعی مخروط در حالت استراحت قرار می گیرد، اما امکان خارج شدن و برگشتن به حالت استراحت را نیز دارد. این محدوده را اصطلاحاً محدوده گشت و گذار مخروط می نامند. هر چه مخروط حرکت بیشتری داشته باشد هوای بیشتری را می تواند جابجا کند. معمولاً بلندگوهای متمرکز با فرکانس پایین به محدوده بزرگتری برای گشت و گذار نیاز دارند تا بتوانند هوای بیشتری را برای تولید فرکانس های پایین تر جابجا کند.

طرز کار یک بلندگو واقعا چگونه است؟

تمامی قطعات موجود در بلندگو قابل مشاهده هستند. اما واقعا چه اتفاقی در سیستم می افتد که مخروط حرکت می کند؟ در حالی که همه ما میدانیم تنها یک آهنربا در بلندگو وجود دارد. البته در بلندگوهای سنتی دو آهنربا موجود است که یکی از آنها ثابت و دیگری الکترومغناطیسی است. لازم به ذکر است آهنربای الکترومغناطیسی توسط سیم پیچ بوجود می آید.

سیم پیچ صوتی لوله ای است، از برخی مواد رسانا که در سیم پیچیده شده است و در مقابل حرارت مقاوم می باشد. حرکت مخروط توسط سیم پیچ صوتی ایجاد می شود. هنگامی که جریانی از سیم پیچ عبور می کند تبدیل به یک آهنربای الکترومغناطیسی می شود و از طرفی توسط یک آهنربای ثابت احاطه شده است. در واقع سیم پیچ صوتی جزء اصلی حرکت یک بلندگو بشمار می رود.

طرز کار سیستم سیم کشی صوتی بدین طریق است که با هر بار تغییر جهت جریان می توان تشخیص داد که به آهنربای ثابت جذب می شود و یا از آن دفع می شود ( تبدیل به آهنربای الکترومغناطیس).

بدین طریق این امکان داده می شود که بلندگو خیلی سریع به جلو و عقب حرکت نموده و موجب ایجاد امواج فشار هوا گردد. بار مثبت برای الکترومغناطیس باعث می شود تا مخروط از آهنربا دور و به سمت شنونده نزدیک شود. در حالی که بار منفی باعث جذب آهنربای ثابت شده و مخروط از شنونده دور می شود.

موضوع فوق به شما کمک می کند تا درک کنید چرا یک بلندگو از قطبیت خارج می شود. بطور مثال شما حرکت یک راننده در جهت مخالف را تصور کنید که خیلی چشمگیر نیست، اما اگر رانندگان زیادی در جهات مخالف حرکت کنند، مشکل بوجود می آید.

در واقع هر یک از آنها (بارهای مثبت و منفی) برای ایجاد کمپرسورهای هوایی با یکدیگر می جنگند. همین امر باعث می شود که فرکانس ها بصورت مخرب با یکدیگر تعامل داشته و باعث ایجاد هش صوتی شوند.

روش الکترومغناطیس به سیم پیچ صوتی اجازه می دهد تا قدرت قطبی بودن را بصورت لحظه ای تغییر دهد، بنابراین حرکت در سیم پیچ صوتی را می توان به روشی که بتوان از کم به زیاد تغییر کند بوجود آورد. با توجه به اینکه سیم پیچ صوتی به مخروط متصل است این تغییرات الکتریکی هنگام حرکت مخروط تولید می شود و بدین طریق باعث حرکت هوا نیز خواهد شد.

چگونه می توان عملکرد بلندگو را در حوزه دیجیتال مشاهده کرد؟

آیا تا بحال به شکل موج در (DAW (Digital Audio Workstation توجه کرده اید؟ و فکر کرده اید که چه چیزی را مطرح می کند؟ در اصل DAW صدای صوت نشان داده شده را به شکل موج پخش می کند و در واقع نشان می دهد که مخروط در آن زمان در چه موقعیتی قرار دارد.

بالای خط وسط نشان دهنده گشت و گذار مثبت است و زیر خط نشان دهنده آنست که بلندگو در گشت و گذار منفی قرار دارد. هر چه مخروط از خط وسط دورتر باشد، بلندگو برای تولید این دامنه باید بیشتر حرکت کند و خط وسط جایی است که بلندگو در حالت استراحت قرار دارد.

شکل 3: مخروط بلندگو را که در امتداد مسیر حرکت می کند، تصور کنید. این همان چیزی است که شکل موج DAW  به شما نشان می دهد.

چرا بیش از یک درایور در محفظه بلندگو وجود دارد؟

بطور منطقی هر درایور می تواند با حدود 3 اکتاو کار معقولی انجام دهد. از طرفی گوش انسان می تواند 8 تا 10 اکتاو را درک نماید. به همین دلیل بیش از یک درایور در بلندگو برای تولید پهنای باند در نظر گرفته می شود. در بهترین حالت، دو سیستم درایور دارای 6 اکتاو هستند و شنوایی ما در بحرانی ترین حالات HZ100 تاKHZ 5/6 می باشد.

در صورتیکه فرکانس بلندگو را در سطح زمین اندازه گیری نماییم برابر با 440 بار در ثانیه حرکت به جلو و عقب دارد (HZ 440) و اصطلاحاً کنسرت A گفته می شود. بطور خلاصه می توان گفت هرتز همان تعداد چرخه در ثانیه است. و منظور از یک کیلو هرتز 1000 چرخه است که در یک ثانیه اتفاق می افتد.

برای ایجاد یک سطح بسیار بالا، یک بلندگو باید هزاران بار در ثانیه به عقب و جلو حرکت نماید. البته در صدر شنوایی ما بدین معنی است که درایور 20000 بار در ثانیه به جلو و عقب حرکت کند. این کار به بهترین نحو ممکن توسط درایوری با وزن سبک و کم جرم قابل اجراست. ناگفته نماند این کار توسط درایور سنگین 15 اینچی غیر عملی است.

برای ایجاد فرکانس های پایین نیاز است تا هوای بیشتری را جابجا کنیم، بنابراین داشتن سطح بیشتر برای این موضوع کمک خواهد نمود. از آنجائیکه لازم نیست درایور ها با سرعت بالایی حرکت کنند، بلندگوهای بزرگتر برای این امر مناسب ترند.  بطور مثال رشته پایین E در گیتار باس حدود 40 بار در هر ثانیه ارتعاش می کند تا این قله را طی نماید که می بینید تعداد حرکات بسیار کمتر است. اما یک درایور بسیار کوچک نمی تواند هوای کافی را برای حرکت جابجا کند تا ما صدایی را بشنویم. به عبارت ساده تر هر چه فرکانس پایین تر باشد بهتر است از بلندگوهای بزرگتر استفاده شود.

لازم بذکر است داشتن چند بلندگو به معنای داشتن مدار قبل از آن درایورهاست که تعیین می کند چه محدوده فرکانسی برای هر درایور مسیریابی شود. که این موضوع مورد بحث در این مقاله نمی باشد.