Светът, в който живеем, е свързан със звука. Освен ако не живеете на върха на планина (за ваш късмет), има вероятност да усещате звук от множество различни високоговорители, докато си вървите през деня.

Мобилни телефони. Телевизори. Асансьори. Bluetooth тонколона в метрото, която надува глупости, които не искате да чувате.

И може би най-важното за нас, музикантите, е, че високоговорителите ни позволяват да чуваме работата си с неподправени детайли.

Но как точно работят високоговорителите? Дори и да не се интересувате от това как се произвежда звукът, добре е да имате основни познания за технологията на високоговорителите, ако планирате да прекарате живота си в студио.

Основи на звука

Преди да разгледаме високоговорителите, нека накратко да опресним как работи самият звук.

Звукът по същество е механична енергия под формата на вълни, които се движат в среда - въздух, течност или твърдо тяло.

Това движение предизвиква локални промени в налягането в зависимост от формата на вълната, подобно на вълните, които се образуват, когато пуснете камъче (или телефона си) във вода.

На изображението по-долу виждате синусоидална вълна с честота 1 kHz. Виждате ли как нивото на звуковото налягане се повишава, а след това намалява в сравнение с нивото на околната среда? Това е звук в движение.

В ушите ни хиляди малки космени клетки реагират на тези промени в налягането, като ги превръщат в електрически сигнал, който мозъкът ни може да интерпретира като Nickelback. Или нещо друго.

Аналоговият аудиосигнал е звук под формата на електрическа енергия, представена като форма на вълната на напрежението. Ето същата звукова вълна, представена като електрически сигнал:

Цифровото аудио е изображение на съхранен аналогов сигнал в двоичен формат.

Аудиосигналът, независимо дали е аналогов или цифров, трябва да бъде преобразуван обратно в звукова вълна (механична енергия), за да може ушите ни да го възприемат.

Влезте в ролята на говорител.

Как работят високоговорителите: Основи

Преди да навлезем в детайлите на компонентите на високоговорителите и тяхното функциониране, нека направим кратък преглед на това какво прави един високоговорител, за да пресъздаде звука.

Усилен аудиосигнал се изпраща към метална намотка от проводник. Тази намотка реагира на протичащия през нея електрически ток, като взаимодейства с магнит в говорителя и предизвиква вибрации на мембраната.

Диафрагмата движи въздуха, създавайки звукови вълни, които са точно копие на оригиналния звуков сигнал. И така! Можете да чуете как майка ви ви говори от другия край на страната.

Очевидно това е твърде опростено твърдение. Но сега, когато вече знаем как говорителите вършат своята работа, нека да разнищим нещата.

Какво се крие в един високоговорител?

Нека разгледаме всички части на високоговорителя, които създават магията...

Драйверът на високоговорителя

Драйверът на високоговорителя е отговорен за преобразуването на електрическия сигнал в звукови вълни. Той е двигателят, който задвижва възпроизвеждането на звука от високоговорителя.

Отвътре навън компонентите, от които се състои високоговорителят, са:

• Полюс
• Задна плоча
• Магнит
• Горна плоча
• Гласова бобина
• Кошница
• Паяк
• Конус и обкръжение
• Прахова капачка

Полюс, задна и горна плоча

Полюсният елемент в тонколоната е като диригентска палка, която поддържа в синхрон звуковия оркестър, преминаващ през тонколоната. Той е централната ос, около която се основава цялата магнитна система.

Задната плоча се намира зад стълба, а горната плоча, което не е изненадващо, се намира над него.

Магнит

Постоянният магнит е заобиколен от полюс и пластини, за да фокусира магнитното си поле, и е прикрепен към коша на високоговорителя.

Нарича се постоянен магнит, защото винаги е магнит.

От друга страна, гласовата бобина се превръща в магнит (или по-точно в електромагнит) само когато й се подаде електрически ток.

Гласова бобина

Гласовата бобина представлява проводник, плътно навит около малък цилиндър, понякога наричан бобина. Тя прилича на йо-йо.

Когато през намотката преминава електрически сигнал, тя се превръща в електромагнит и взаимодейства с постоянния магнит.

Ако си спомняте уроците по природни науки, ще си спомните, че подобните сили се отблъскват, а противоположните се привличат. Това взаимодействие на магнитните сили създава движението, което придвижва намотката и в крайна сметка създава звуковите вълни.

Паяк и обкръжение

Паякът е гофрирано парче материал, което поддържа гласовата бобина. Той държи бобината на място, като същевременно ѝ позволява да се движи свободно напред-назад.

Макар да звучи като противоречие, това не е така. Основната роля на паяците е да позволяват на гласовата бобина да се движи само в една посока, а именно нагоре и надолу. Без паяка звуковата бобина щеше да се движи безразборно в корпуса на високоговорителя.

Околовръстният пръстен изпълнява подобна на паяка функция, с изключение на това, че държи конуса на място в горната част на коша.

Конусът

Известен също като мембрана, конусът на високоговорителя е една от малкото части, които можете да видите на високоговорителя.

Конусът се движи напред-назад в отговор на магнитните импулси от гласовата бобина. Движението на конуса създава вълни на налягане във въздуха около него, което създава звуците, които чувате.

Капачка за прах

Това малко човече не позволява на прах и мръсотия да навлязат в сглобката на високоговорителя и да развалят нещата.

Кошница

Това е просто модерен термин за корпуса, който държи всички части на високоговорителя заедно. Всъщност прилича малко на кошница.

Така че това е всичко, което съставлява действителния говорител. Но в ежедневния език, когато говорим за говорещи, имаме предвид цялата им съвкупност.

И така, какво още е необходимо, за да работят високоговорителите?

Електрически компоненти

За да накарате звуковата бобина да забие джем, трябва да ѝ изпратите електрически сигнал. Това става с помощта на клеми за високоговорител и оплетен проводник.

Терминалите са метални планки или свързващи портове, които свързват аудиокабела към високоговорителя.

Към тези клеми е свързан оплетеният проводник, който е прикрепен към звуковата бобина и ѝ дава необходимото гориво.

Жилища

Един високоговорител се нуждае от корпус, често наричан шкаф, за да работи правилно по няколко причини.

На първо място, той осигурява затворена среда за защита на различните елементи, които съставляват драйвера, от прах, мръсотия и кучешки косми.

На второ място, той смекчава фазовото отместване. Когато мембраната на високоговорителя се движи, тя създава звукови вълни в двете посоки. Без корпуса тези вълни биха се унищожили взаимно.

И накрая, корпусът оказва влияние върху начина на разпространение на звука. Звукът може да бъде насочен в определена посока, а ниските честоти могат да бъдат настроени правилно.

Корпусът е изработен от дебел материал, който не е много гъвкав. Обикновено се използва дърво или MDF със средна плътност, въпреки че се използва и пластмаса.

Усилване

Всичко това е добре, но един високоговорител сам по себе си няма да изкара нищо полезно.

Въпреки че високоговорителите се предлагат в различни форми и размери, всички те имат едно и също изискване: аудиосигнал, по-силен от линейния сигнал, изпращан от устройствата за възпроизвеждане, като телевизор или аудиоинтерфейс.

Усилвателят на мощност се използва за усилване на сигнала от линейно ниво до ниво на високоговорителите. В зависимост от вашите високоговорители той може да бъде външен или вграден в самия корпус на високоговорителя.

Активни високоговорители

Активните високоговорители имат вграден усилвател Yamaha HS5 са популярни активни високоговорители за студиен мониторинг.

Пасивни високоговорители

Пасивните високоговорители се нуждаят от външен усилвател на мощност, за да генерират звукови вълни от аудиосигнала.

JBL PRX412 е стабилен пример за пасивна тонколона, която изисква външен усилвател, за да се осигури достатъчно шум.

Как високоговорителите произвеждат различни честоти?

Досега разгледахме как високоговорителите превръщат електрическата енергия (сигнал) във вълни на налягане във въздуха и по този начин в звук.

Но не всички честоти са еднакви и един високоговорител, който се опитва да покрие всички бази (простете за каламбура), ще бъде наистина слаб.

Ето защо на концертите можете да видите огромни стекове от високоговорители. Някои от тях покриват ниските честоти (субуферите и вуферите), други - средния диапазон, а малките високоговорители се грижат за всички високи честоти.

Всички тези високоговорители са конструирани по различен начин, за да се справят с различните честоти, за които се грижат.

Но не всеки иска в студиото (или в хола) си да има огромна купчина високоговорители, да не говорим за безпорядъка от усилватели и кросоувъри.

Появете се с многоканалните високоговорители.

Високоговорители с няколко драйвера

В многодисковите високоговорители се използват 2, 3 или дори 4 високоговорителя с различни размери, които обработват различни честоти. Най-разпространеният от тях е високоговорителят с два драйвера, който понякога се нарича двупосочен високоговорител.

Вътре в двуканалната тонколона се намира кросоувър, който изпраща всички високи честоти към високочестотния говорител, а средния и ниския диапазон - към нискочестотния говорител, посредством високочестотен и нискочестотен филтър.

Използването на кросоувър по този начин означава, че високоговорителят възпроизвежда пълния диапазон от честоти, като същевременно поддържа качество на звука, което не би могло да се постигне само с един говорител.

Ако създавате музика в домашното си студио, има вероятност да използвате двупосочен високоговорител за мониторинг, като гореспоменатия Yamaha HS5 или KRK Rokit 5 G4, показан на снимката по-долу.

Високоговорителите с два драйвера са подходящи за запис и смесване в собственото ви студио. Но когато се стигне до мастериране (независимо дали използвате онлайн услуга като eMastered, или го възлагате на реален човек), ще искате малко повече детайли, така че 3- или 4-дисковите високоговорители ще ви послужат по-добре.

Същото важи и за търговските звукозаписни студия. Те могат да използват чифт захранвани мониторни високоговорители за запис и мониторинг, но когато се стигне до смесване, ще включат лошите момчета.

Какво представлява импедансът на високоговорителя?

Импедансът на високоговорителя по същество е начин за измерване на общото съпротивление на потока на електрическия ток в високоговорителя.

Измерен в омове, импедансът се дължи както на съпротивлението на проводника на гласовата бобина, така и на индуктивността, причинена от навиването на този проводник в бобина. Индуктивността се различава от съпротивлението, тъй като се променя с честотата - нарича се индуктивно съпротивление.

Поради тази променлива импедансът се различава от "нормалното" съпротивление и се изчислява по сложна формула, която не би трябвало да се налага на музикантите да разбират.

Вместо това знайте, че е важно да съобразите импеданса на високоговорителите и усилвателя си. Несъобразеният импеданс може да доведе до влошено качество на звука, прегряване и в краен случай до повреда на оборудването.

Запомнете, деца, винаги свързвайте високоговорителите си със съвместими усилватели.

Мощност на високоговорителя спрямо чувствителност на високоговорителя

По-голямо е равно на по-добро, нали?

Не винаги. Когато сравняват високоговорители, повечето хора приписват по-висока мощност (във ватове) на по-голям обем. Но на практика ще можете ли да използвате пълноценно тази мощност?

По-добър начин за сравняване на високоговорителите е да се разгледа чувствителността им. Тя се измерва в децибели и определя колко ефективно говорителят преобразува електрическата енергия в звук.

По-високият клас на чувствителност означава, че високоговорителят може да произвежда повече звук при определено количество енергия. С други думи, тя е по-ефективна при преобразуването на електричеството в звукови вълни.

Измерването на чувствителността на високоговорителите изравнява условията за сравняване на ефективността и мощността на високоговорителите.

Въпреки това е важно да се вземе предвид способността на високоговорителите да се справят с мощността, ако използвате външен усилвател. Измерването представлява колко електрическа мощност може да понесе високоговорителят, без да се повреди, така че е важно да се уверите, че усилвателят има номинална изходна мощност, която е равна на тази на високоговорителя.

Изборът на високоговорители с висока или ниска чувствителност зависи от изискванията на вашата конфигурация. Ако енергийната ефективност е от значение (например при преносими високоговорители или автомобилни стереосистеми), най-добре е да се използва висока чувствителност, докато при професионална аудиосистема може да са необходими високоговорители с по-висока мощност.

Честотна характеристика

Когато говорим за честотната характеристика на даден високоговорител, имаме предвид способността му да възпроизвежда звук в диапазон от честоти.

Нито един високоговорител не е съвършен, така че графиката на честотната характеристика ни помага да видим къде може да има върхове или спадове в честотите, където той акцентира или не е достатъчно ефективен.

Има няколко причини, поради които честотната характеристика на даден високоговорител или високоговорители е важна.

На първо място, това помага при проектирането на система с няколко високоговорителя и определянето на кросоувърите.

На второ място, това помага при избора на най-добрите високоговорители за конкретната аудиоработа, която сте замислили.

Въпреки че много високоговорители от потребителски клас имат лека "усмивка" в честотната си характеристика, за да подсладят звука, като музикален продуцент искате чифт високоговорители с плоска честотна характеристика.

По този начин нито един инструмент или проба няма да бъдат прикрити от спад в произведените честоти или да звучат по-силно, отколкото са в действителност, поради пик в графиката.

По същество плоската честотна характеристика на високоговорителите гарантира, че всичко, което чувате, е възможно най-близко до реалното.

Какво да кажем за слушалките?

В слушалките се използва същата технология на високоговорителите, както и в тонколоните. Всъщност това са малки високоговорители, които се намират над (или в) ушите ви.

Как работят стерео високоговорителите?

Един високоговорител (обикновено) предава звук в моноформат. За да се получи стерео звуково поле, са необходими два монодинамични високоговорителя, които да подават съответно левия и десния аудиосигнал, разположени по подходящ начин.

Но дали някога сте гледали саундбар и сте се чудили как се създава стереополето?

Единичните високоговорители, проектирани за създаване на стереоизображение, имат множество драйвери, разположени в цялото устройство.

Стереосигналът се разделя на ляв и десен канал и се изпраща в различно количество към всеки драйвер, за да се получи пълно стереоизображение.

Подобни високоговорители обикновено се предлагат с допълнителен високоговорител - субуфер - за обработка на ниските честоти и гласа на Батман.

Кой е изобретил високоговорителя?

Както при много други изобретения от началото на XX век, трудно е да се определи кой точно е изобретил високоговорителя. Тя се появява с течение на времето, когато учените и изобретателите започват да разбират повече за звуковите вълни и електрическия ток.

Александър Греъм Бел (известен с изобретяването на телефона) има значителен принос към технологиите, свързани със звука, включително разработването на ранна версия на високоговорител в края на XIX век.

Точно в края на този век Оливър Лодж създава първия високоговорител с подвижна бобина. След това, през 1915 г., датският инженер Питър Л. Йенсен и Едуард Придъм получават патент за своето изобретение на електродинамичен високоговорител, използващ намотка от тел, прикрепена към мембрана, поставена в магнитно поле.

От другата страна на езерото през 1925 г. Едуард У. Келог и Честър У. Райс проектират динамичен високоговорител с конус, който в крайна сметка е лицензиран от RCA. Този дизайн включва много аспекти, които се считат за основа на съвременната технология за високоговорители.

Нужно е едно село и всичко останало. Достатъчно е да кажем, че много конусни глави са положили безброй часове, за да гарантират, че днес можете да се наслаждавате на концертите на Nickelback с пълна вярност.

Бъдещето на високоговорителите

Технологиите стават все по-малки и по-евтини. Всички знаем това. Но когато става въпрос за високоговорители, основите на технологията не са се променили много, откакто са изобретени.

Всъщност високоговорителите са една от най-неефективните технологии, които използваме днес. Над 99 % от енергията, която се използва в тонколоните, генерира нещо друго, а не звук. По-голямата част от нея се превръща в топлина.

Изненадващо е, че ЕАОС не е забранила използването на високоговорители поради лошите им енергийни характеристики.

Но благодарение на нов материал, открит през 2004 г., високоговорителите на бъдещето могат да бъдат различни.

Графенът е изключително лек материал, което означава, че се нуждае от много по-малко енергия, за да се движи напред-назад, за да създаде вълна на налягане. Отлична новина, ако сте високоговорител.

Ако учените успеят да разберат как успешно да осъществят широкомащабно производство на графен и да го интегрират в търговски приложения, високоговорителите на бъдещето ще могат да бъдат по-леки и много по-енергийно ефективни.

Дотогава ще си останем с мини отоплителни уреди, които създават промени в налягането на въздуха, дължащи се на електрически сигнали, известни още като високоговорителя.

А сега излезте и слушайте музиката!