Zakresy częstotliwości instrumentów

Budowa głośnika

Definicja Głośnik przetwornik elektroakustyczny przekształcający zmienny prąd elektryczny o odpowiedniej częstotliwości na falę akustyczną, proporcjonalnie i liniowo. Rzeczywisty zakres częstotliwości, w którym głośnik wytwarza falę ciśnienia proporcjonalnie do napięcia (z dopuszczalnym odchyleniem) nazywa się pasmem przenoszenia głośnika.

Głośnik dynamiczny

Membrana Im niższe częstotliwości, tym lepiej służy im duża sztywność membrany, odpowiedzialna za dynamikę, a mniej ważna jest jej stratność wewnętrzna, wygładzająca charakterystykę przetwarzania. Jednocześnie masa membrany niskotonowej, choć nie może być dowolnie duża, nie musi też być minimalizowana - jej określona wartość służy uzyskaniu odpowiednio niskiej częstotliwości rezonansowej, a więc przetwarzaniu niskiego basu. Stąd też w tym miejscu zastosowanie znajdują membrany relatywnie grube, często o strukturze wielowarstwowej, lub metalowe; również celuloza, choć już nie tak sztywna, spełnia podstawowe kryteria i jest szeroko stosowana dzięki bardzo naturalnemu "wybrzmieniu". Głośniki średniotonowe powinny mieć membrany lżejsze, cieńsze, ale tutaj w grę wchodzi wcale nie mniejszy wybór materiałów - od sztywnych, głównie metalowych, poprzez celulozowe, polipropylenowe, aż po różne odmiany plecionek - z włókna kewlarowego, węglowego lub szklanego, które ze względu na swoją strukturę mają właściwość rozpraszania fal stojących.

Charakterystyka częstotliwościowa głośnika Na tej charakterystyce możemy wyróżnić cztery zakresy oznaczone poprzez odcinki: AB, BC, CD, DE. Jak widzimy, głośnik przenosi najlepiej (najbardziej liniowo) częstotliwości leżące pomiędzy punktami CD. Przy wyższych częstotliwościach charakterystyka jest bardziej nierównomierna, i głośnik traci stopniowo zdolność do wytwarzania fal dźwiękowych. Odcinek BC charakterystyki odpowiada zakresowi rezonansu układu drgającego głośnika. Rezonans powstaje w wyniku zawieszenia układu o określonej masie, na sprężystych zawieszeniach. W tym zakresie sprawność głośnika jest największa, lecz wierność odtwarzania jest mała. W zakresie częstotliwości rezonansowej dźwięk jest mocno podbity", czyli głośniejszy. Na odcinku AB widzimy, że ciśnienie akustyczne gwałtownie maleje wraz ze spadkiem częstotliwości. Spadek ten jest różny dla różnych głośników, najczęściej wynosi on 12-18 db/oktawę. Konstruktorzy starają się poszerzyć maksymalnie liniową część charakterystyki głośnika, a także zmniejszyć rezonans i nierówności charakterystyki.

Charakterystyka częstotliwościowa głośnika

Częstotliwość rezonansowa głośnika Jest częstotliwość poniżej której głośnik nie spełnia swojej roli. Jest to częstotliwość przy której moduł z impedancji osiąga swoje pierwsze, główne maksimum Przykładowe wartości: Głośnik niskotonowy 19 Hz Głośnik średniotonowy 700 Hz Głośnik wysokotonowy 1200 Hz

Krzywa impedancji głośnika Impedancja głośników w systemach stereo - 8Ω Impedancja głośników w samochodach - 4Ω czasami 2 Ω Impedancja głośników w systemach kina domowego - 6Ω

Efektywność Cechą najważniejszą każdego zespołu nagłaśniającego jest jego moc, podawana w watach (W). jest to wartość wskazująca na wytrzymałość, a nie siłę, dynamikę. Bo głośność dźwięku wydobywającego się z głośnika zależy od wzmacniacza. Tylko niewielką część dostarczonej mocy elektrycznej głośnik zamienia na dźwięk (większość zamienia na ciepło, stąd też "grzanie się" i wynikające stąd niebezpieczeństwo uszkodzenia głośnika przy dużych dostarczonych mocach). Sprawność głośnika wynosi około 1%. Efektywność, podawana w db co odpowiada poziomowi ciśnienia akustycznego jakie uzyskuje się w odległości 1m od głośnika zasilanego sygnałem sinusoidalnym o częstotliwości 1kHz i mocy 1W a dokładnie: [db/w/m]. Im więcej tym lepiej. Każde 3 db więcej tym 2-krotnie większa moc dźwięku. Efektywność ma bezpośredni wpływ nie tylko na głośność, lecz również na dynamikę, głębię i czystość uzyskanego dźwięku. Oczywiście, im wyższy parametr tym lepiej. Głośnik o efektywności 90dB jest dwukrotnie cichszy niż głośnik 93dB. Zatem ten drugi potrzebuje wzmacniacza o dwukrotnie mniejszej mocy, by odtwarzał sygnał o takiej samej głośności, jak ten pierwszy. Trzeba pamiętać, że skala decybelowa jest logarytmiczna. Zatem: różnica 3 db daje 2-krotny wzrost głośności, różnica 6 db to 4-krotnie większa głośność, a różnica 9 db to już 8-krotnie większa głośność. Wzmacniacz o mocy 40W z kolumnami o efektywności 93dB gra równie głośno jak wzmacniacz o mocy 160W z kolumnami o efektywności 87dB. Ba, ten pierwszy gra nie tylko z takim samym natężeniem dźwięku, ale dynamiczniej i czyściej.

Podział głośników Magnetoelektryczne (dynamiczne) w polu magnetycznym magnesu umieszcza się cewkę, w której płynie zmienny prąd elektryczny. Oddziaływanie magnesu i przewodnika z prądem wywołuje ruch przewodnika, do którego przymocowana jest membrana. Elektromagnetyczne przepływ prądu o częstotliwości akustycznej powoduje powstanie zmiennego pola magnetycznego. Pole to magnesuje rdzeń ferromagnetyczny połączony z membraną. Przyciąganie i odpychanie rdzenia powoduje drgania membrany. Elektrostatyczne na naelektryzowaną membranę z cienkiej folii (mającą napyloną warstwę metaliczną z jednej lub dwóch stron, bądź będącą elektretem) oddziałują dwie perforowane elektrody, umieszczone z obu stron folii (jedna elektroda ma odwróconą fazę sygnału o 180 stopni w stosunku do drugiej), w ten sposób wywołując drgania folii w takt sygnału. Magnetostrykcyjne pole magnetyczne wywołuje zmianę wymiarów materiału ferromagnetycznego. Ze względu na duże częstotliwości drgań własnych elementów ferromagnetycznych, tego typu głośniki stosowane są do otrzymywania ultradźwięków. Piezoelektryczne pole elektryczne wywołuje zmianę wymiarów materiału piezoelektrycznego, stosowane w głośnikach wysokotonowych i ultradźwiękowych. Jonowe (bezmembranowe). Zmiana objętości gazu pod wpływem zmian wysokiego Napięcia. Stosowane przy średnich i wysokich tonach, bardzo drogie.

Głośnik tubowy Poprawienie skuteczności odbywa się poprzez dopasowanie wysokiej impedancji akustycznej membrany głośnika do niskiej impedancji otwartej przestrzeni. Tuba działa tu jak transformator akustyczny. Dopasowanie akustyczne głośnika tubowego do otwartej przestrzeni w zakresie najniższych częstotliwości akustycznych wymaga konstrukcji o bardzo dużych rozmiarach, dlatego też głośniki tubowe stosowane są najczęściej tam, gdzie użyteczne pasmo przenoszenia zaczyna się od częstotliwości kilkuset herców (np. do transmisji ludzkiej mowy w megafonach).

Głośnik tubowy

Głośnik stożkowy Zakresy stosowania: (50-500)Hz niskotonowy (800-6000)Hz śroedniotonowy

Głośnik kopułkowy

Głośnik wstęgowy drganie metalowej wstęgi w polu magnetycznym, możliwość generowania bardzo wysokich częstotliwości (nawet do 50 khz).

Głośnik wstęgowy

Głośnik elektrostatyczny Do okładek kondensatora (folii) przyłożone jest napięcie elektryczne. Jedna z okładek kondensatora drga pod wpływem przyłożonego napięcia powodując promieniowanie dźwięku.

Głośnik elektrostatyczny

Głośnik piezoelektryczny Materiał piezoelektryczny uległa odkształceniu pod wpływem napięcia zmiennego.

Głośnik piezoelektryczny

Oznaczenia głośników GDN głośnik dynamiczny niskotonowy, GDM głośnik dynamiczny średniotonowy, GDMK głośnik dynamiczny średniotonowy kopułkowy, GDMT głośnik dynamiczny średniotonowy tubowy, GDW głośnik dynamiczny wysokotonowy, GDWK głośnik dynamiczny wysokotonowy kopułkowy, GDWT głośnik dynamiczny wysokotonowy tubowy, GDS głośnik dynamiczny szerokopasmowy,