ลำโพงไฟฟ้าไดนามิกคืออุปกรณ์ที่แปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณเสียงโดยการย้ายขดลวดที่มีกระแสในสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวร เราเจออุปกรณ์เหล่านี้ทุกวัน แม้ว่าคุณจะไม่ใช่แฟนตัวยงของดนตรีและไม่ได้สวมหูฟังครึ่งวัน โทรทัศน์ วิทยุติดรถยนต์ และโทรศัพท์มีลำโพงติดตั้งไว้ด้วย กลไกนี้ที่เราคุ้นเคย อันที่จริงแล้วเป็นองค์ประกอบที่ซับซ้อนทั้งหมด และโครงสร้างของมันคืองานศิลปะทางวิศวกรรมที่แท้จริง
ในบทความนี้ เราจะมาดูอุปกรณ์ลำโพงอย่างละเอียดกัน เรามาพูดคุยกันว่าอุปกรณ์นี้ประกอบด้วยส่วนประกอบใดบ้างและทำงานอย่างไร
การเริ่มต้นของวันคือการเที่ยวชมประวัติศาสตร์เล็กน้อยการประดิษฐ์ไฟฟ้าไดนามิก มีการใช้ลำโพงประเภทเดียวกันตั้งแต่ปลายทศวรรษ 1920 โทรศัพท์ของเบลล์ทำงานในลักษณะเดียวกัน มันเกี่ยวข้องกับเมมเบรนที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวร ลำโพงเหล่านี้มีข้อเสียที่ร้ายแรงหลายประการ ได้แก่ การบิดเบือนความถี่ การสูญเสียเสียง เพื่อแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับลำโพงคลาสสิก Oliver Lorge เสนอให้ใช้ความคิดของเขา ขดลวดของเขาเคลื่อนผ่านแนวแรง เพื่อนร่วมงานสองคนของเขาได้ปรับเทคโนโลยีสำหรับตลาดผู้บริโภคและจดสิทธิบัตรการออกแบบใหม่สำหรับอิเล็กโทรไดนามิกซึ่งยังคงใช้อยู่ในปัจจุบัน
ลำโพงมีการออกแบบที่ค่อนข้างซับซ้อนและประกอบด้วยองค์ประกอบหลายอย่าง เลย์เอาต์ของลำโพง (ดูด้านล่าง) แสดงส่วนสำคัญที่ทำให้ลำโพงทำงานได้อย่างถูกต้อง
อุปกรณ์ลำโพงอะคูสติกประกอบด้วยส่วนประกอบต่อไปนี้:
ลำโพงรุ่นต่างๆ สามารถใช้องค์ประกอบการออกแบบที่แตกต่างกันได้ อุปกรณ์ลำโพงแบบคลาสสิกมีลักษณะเช่นนี้
ลองพิจารณาองค์ประกอบโครงสร้างแต่ละรายการโดยละเอียดยิ่งขึ้น
องค์ประกอบนี้เรียกอีกอย่างว่า "ปลอกคอ"นี่คือขอบพลาสติกหรือยางที่อธิบายกลไกไฟฟ้าไดนามิกทั่วทั้งบริเวณ บางครั้งผ้าธรรมชาติที่มีการเคลือบกันสะเทือนแบบพิเศษถูกใช้เป็นวัสดุหลัก ลอนไม่เพียงแบ่งตามประเภทของวัสดุที่ใช้ทำ แต่ยังแบ่งตามรูปร่างด้วย ชนิดย่อยที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือโปรไฟล์แบบ half-toroidal
มีข้อกำหนดหลายประการสำหรับ "ปลอกคอ"การปฏิบัติตามซึ่งบ่งบอกถึงคุณภาพสูง ข้อกำหนดแรกคือความยืดหยุ่นสูง ความถี่เรโซแนนซ์ของลอนควรต่ำ ข้อกำหนดที่สองคือลอนจะต้องได้รับการแก้ไขอย่างดีและให้การสั่นสะเทือนเพียงประเภทเดียว - ขนาน ข้อกำหนดที่สามคือความน่าเชื่อถือ "ปลอกคอ" ต้องตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและการสึกหรอ "ปกติ" อย่างเพียงพอ โดยคงรูปทรงไว้ได้นาน
เพื่อให้ได้ความสมดุลของเสียงที่ดีที่สุด ลำโพงความถี่ต่ำจะใช้ลอนยาง และลำโพงความถี่สูงจะใช้ลอนกระดาษ
วัตถุเปล่งแสงหลักในอิเล็กโทรไดนามิกส์เป็นดิฟฟิวเซอร์ ตัวกระจายสัญญาณของลำโพงเป็นลูกสูบชนิดหนึ่งที่เคลื่อนที่เป็นเส้นตรงขึ้นและลง และรักษาลักษณะเฉพาะของแอมพลิจูด-ความถี่ (ต่อไปนี้เรียกว่า AFC) ให้อยู่ในรูปเชิงเส้น เมื่อความถี่ในการสั่นสะเทือนเพิ่มขึ้น ดิฟฟิวเซอร์จะเริ่มโค้งงอ ด้วยเหตุนี้จึงเรียกว่าคลื่นนิ่งซึ่งในที่สุดก็นำไปสู่การลดลงและเพิ่มขึ้นในกราฟการตอบสนองความถี่ เพื่อลดผลกระทบนี้ นักออกแบบจึงใช้ตัวกระจายแสงที่แข็งขึ้นซึ่งทำจากวัสดุที่มีความหนาแน่นต่ำ หากขนาดลำโพงคือ 12 นิ้ว ช่วงความถี่ในนั้นจะแตกต่างกันภายใน 1 กิโลเฮิรตซ์สำหรับความถี่ต่ำ 3 กิโลเฮิร์ตซ์สำหรับขนาดกลางและ 16 กิโลเฮิร์ตซ์สำหรับความถี่สูง
ฝาปิดเป็นเปลือกสังเคราะห์หรือผ้าที่มีหน้าที่หลักในการปกป้องลำโพงจากฝุ่นละออง นอกจากนี้ ฝาครอบยังมีบทบาทสำคัญในการกำหนดเสียงบางอย่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อทำซ้ำระดับกลาง เพื่อจุดประสงค์ในการยึดที่แน่นหนาที่สุด ตัวครอบถูกทำให้โค้งมน ทำให้พวกเขาโค้งงอเล็กน้อย ตามที่คุณอาจเข้าใจแล้ว ความหลากหลายของวัสดุก็เหมือนกันเพื่อให้ได้เสียงที่ต้องการ ใช้ผ้าที่มีการชุบต่างๆ ฟิล์ม องค์ประกอบเซลลูโลสและแม้กระทั่งตาข่ายโลหะ ในทางกลับกันก็ทำหน้าที่ของหม้อน้ำ ตาข่ายอลูมิเนียมหรือโลหะนำความร้อนส่วนเกินออกจากขดลวด
บางครั้งก็เรียกว่า "แมงมุม"นี่คือชิ้นส่วนที่มีน้ำหนักมากซึ่งอยู่ระหว่างกรวยลำโพงกับตู้ งานของเครื่องซักผ้าคือการรักษาเสียงสะท้อนให้คงที่สำหรับวูฟเฟอร์ นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งหากมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในห้องอย่างกะทันหัน เครื่องซักผ้าจะแก้ไขตำแหน่งของคอยล์และระบบเคลื่อนที่ทั้งหมด และยังปิดช่องว่างแม่เหล็กเพื่อป้องกันไม่ให้ฝุ่นเข้าไป เครื่องซักผ้าแบบคลาสสิกเป็นแผ่นลูกฟูกทรงกลม ตัวเลือกที่ทันสมัยกว่านั้นดูแตกต่างออกไปเล็กน้อย ผู้ผลิตบางรายจงใจเปลี่ยนรูปร่างของลอนเพื่อเพิ่มความเป็นเส้นตรงของความถี่และทำให้รูปร่างของวงแหวนคงที่ การออกแบบนี้มีผลอย่างมากต่อราคาของลำโพง เครื่องซักผ้าทำจากไนลอน ผ้าดิบ หรือทองแดง ตัวเลือกหลังเช่นในกรณีของฝาทำหน้าที่เป็นหม้อน้ำขนาดเล็ก
ดังนั้นเราจึงได้องค์ประกอบที่ว่าอันที่จริงมีหน้าที่ในการสร้างเสียง ระบบแม่เหล็กตั้งอยู่ในช่องว่างเล็ก ๆ ของวงจรแม่เหล็กและแปลงพลังงานไฟฟ้าร่วมกับขดลวด ระบบแม่เหล็กเองเป็นระบบของแม่เหล็กในรูปแบบของวงแหวนและแกนกลาง วอยซ์คอยล์จะเคลื่อนที่ไปมาระหว่างกันในขณะที่สร้างเสียง งานสำคัญสำหรับนักออกแบบคือการสร้างสนามแม่เหล็กที่สม่ำเสมอในระบบแม่เหล็ก ในการทำเช่นนี้ ผู้ผลิตลำโพงจะจัดตำแหน่งเสาให้ละเอียดและใส่แกนด้วยปลายทองแดงพอดี กระแสในวอยซ์คอยล์ถูกป้อนผ่านสายลำโพงแบบยืดหยุ่น - ลวดธรรมดาพันบนเกลียวสังเคราะห์
เราหาอุปกรณ์ลำโพงไปที่หลักการทำงาน หลักการทำงานของลำโพงมีดังนี้ กระแสที่ไปยังขดลวดบังคับให้เกิดการแกว่งในแนวตั้งฉากภายในสนามแม่เหล็ก ระบบนี้นำดิฟฟิวเซอร์ติดตัวไปด้วย บังคับให้สั่นด้วยความถี่ของกระแสที่จ่ายไป และสร้างคลื่นที่ปล่อยออกมา ดิฟฟิวเซอร์เริ่มสั่นและสร้างคลื่นเสียงที่หูของมนุษย์รับรู้ได้ พวกเขาจะถูกส่งในรูปแบบของสัญญาณไฟฟ้าไปยังเครื่องขยายเสียง นี่คือที่มาของเสียง
พิสัยของความถี่ที่ทำซ้ำได้โดยตรงเกี่ยวกับความหนาของแกนแม่เหล็กและขนาดของลำโพง ด้วยวงจรแม่เหล็กที่ใหญ่ขึ้น ช่องว่างในระบบแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้น และส่วนที่มีประสิทธิภาพของขดลวดก็เพิ่มขึ้นด้วย นั่นคือเหตุผลที่ลำโพงขนาดกะทัดรัดไม่สามารถรับมือกับความถี่ต่ำในช่วง 16-250 เฮิรตซ์ได้ เกณฑ์ความถี่ขั้นต่ำเริ่มต้นที่ 300 เฮิรตซ์และสิ้นสุดที่ 12,000 เฮิรตซ์ นี่คือสาเหตุที่ลำโพงส่งเสียงฮืด ๆ เมื่อคุณหมุนเสียงให้สุด
ลวดที่จ่ายกระแสให้กับขดลวดมีความต้านทานที่ใช้งานและปฏิกิริยา เพื่อหาระดับของหลัง วิศวกรทำการวัดที่ความถี่ 1,000 เฮิรตซ์ และเพิ่มความต้านทานเชิงแอ็คทีฟของวอยซ์คอยล์ให้กับค่าผลลัพธ์ ลำโพงส่วนใหญ่มีระดับอิมพีแดนซ์ 2, 4, 6 หรือ 8 โอห์ม ต้องคำนึงถึงพารามิเตอร์นี้เมื่อซื้อเครื่องขยายเสียง สิ่งสำคัญคือต้องจับคู่ระดับการโหลด
ได้กล่าวไว้ข้างต้นแล้วว่าส่วนใหญ่อิเล็กโทรไดนามิกส์ทำซ้ำเพียงส่วนหนึ่งของความถี่ที่บุคคลสามารถรับรู้ได้ เป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างลำโพงอเนกประสงค์ที่สามารถทำซ้ำช่วงทั้งหมดจาก 16 เฮิรตซ์ถึง 20 กิโลเฮิรตซ์ ดังนั้นความถี่จึงถูกแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม: ต่ำ กลาง และสูง หลังจากนั้นนักออกแบบก็เริ่มสร้างลำโพงแยกกันสำหรับแต่ละความถี่ ซึ่งหมายความว่าวูฟเฟอร์จัดการเสียงเบสได้ดีที่สุด พวกเขาทำงานในช่วง 25 เฮิรตซ์ - 5 กิโลเฮิรตซ์ ความถี่สูงได้รับการออกแบบมาให้ทำงานกับเสียงแหลมสูง (จึงเป็นชื่อสามัญ - "squeaker") พวกมันทำงานในช่วงความถี่ 2 กิโลเฮิรตซ์ - 20 กิโลเฮิรตซ์ ไดรเวอร์ระดับกลางทำงานในช่วง 200 เฮิรตซ์ - 7 กิโลเฮิรตซ์ วิศวกรยังคงพยายามสร้างลำโพงฟูลเรนจ์ที่มีคุณภาพ อนิจจาราคาของลำโพงนั้นขัดกับคุณภาพและไม่สมเหตุสมผลเลย
ลำโพงสำหรับโทรศัพท์แตกต่างจาก "ผู้ใหญ่"แบบจำลองอย่างสร้างสรรค์ การวางกลไกที่ซับซ้อนเช่นนี้ไว้ในเคสมือถือนั้นไม่สมจริง ดังนั้นวิศวกรจึงใช้กลอุบายและเปลี่ยนองค์ประกอบหลายอย่าง ตัวอย่างเช่น ขดลวดหยุดนิ่ง และใช้เมมเบรนแทนดิฟฟิวเซอร์ ลำโพงสำหรับโทรศัพท์มีความเรียบง่ายอย่างมาก ดังนั้นคุณไม่ควรคาดหวังคุณภาพเสียงที่สูงจากลำโพงเหล่านี้
ช่วงความถี่ที่สามารถครอบคลุมดังกล่าวได้องค์ประกอบแคบลงอย่างมาก ในแง่ของเสียง มันใกล้เคียงกับอุปกรณ์ความถี่สูงมากกว่า เนื่องจากไม่มีพื้นที่เพิ่มเติมในเคสโทรศัพท์สำหรับติดตั้งแกนแม่เหล็กแบบหนา
อุปกรณ์ลำโพงในโทรศัพท์มือถือแตกต่างกันไม่เพียง แต่ในขนาด แต่ยังขาดความเป็นอิสระ ความสามารถของอุปกรณ์ถูกจำกัดโดยซอฟต์แวร์ เพื่อป้องกันโครงสร้างลำโพง หลายคนลบขีดจำกัดนี้ด้วยตนเอง แล้วถามตัวเองว่า "ทำไมลำโพงถึงส่งเสียงฮืด ๆ"
สมาร์ทโฟนโดยเฉลี่ยมีสององค์ประกอบดังกล่าว คนหนึ่งพูด อีกคนหนึ่งคือดนตรี บางครั้งก็รวมกันเพื่อให้ได้เอฟเฟกต์สเตอริโอ ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง เป็นไปได้ที่จะบรรลุความลึกและความสมบูรณ์ของเสียงด้วยระบบสเตอริโอที่เต็มเปี่ยมเท่านั้น
