Maailm, milles me elame, on helisignaalide jaoks loodud. Kui te ei ela mäe otsas (õnneks), siis on tõenäoline, et te kogete oma päeva jooksul heli, mis kostab paljudest erinevatest kõlaritest.

Mobiiltelefonid. Telerid. Liftid. Bluetooth-kõlarid metroos, mis paiskavad s*t, mida sa ei taha kuulda.

Ja mis meie, muusikute jaoks ehk kõige tähtsam, kõlarid võimaldavad meil kuulda oma tööd laitmatus detailis.

Aga kuidas kõlarid täpselt töötavad? Isegi kui sa ei ole uudishimulik, kuidas helivorsti valmistatakse, on hea mõte omada põhiteadmisi kõlaritehnoloogiast, kui plaanid oma elu stuudios veeta.

Heli põhitõed

Enne kui vaatame kõlareid, tutvustame lühidalt, kuidas heli ise töötab.

Heli on sisuliselt mehaaniline energia, mis liigub lainetena läbi keskkonna - olgu see siis õhk, vedelik või tahke aine.

See liikumine põhjustab lokaalseid rõhumuutusi vastavalt lainekuju kujule, sarnaselt lainete tekkimisega, mis tekivad, kui kukutate kiviklibu (või oma telefoni) vette.

Allpool oleval pildil näete 1kHz siinuslaine. Näete, kuidas helirõhu tase suureneb ja seejärel väheneb võrreldes ümbritseva rõhuga? See on heli liikumises.

Meie kõrvade sees reageerivad tuhanded pisikesed karvarakud nendele rõhumuutustele, muutes need elektriliseks signaaliks, mida meie aju saab tõlgendada kui Nickelbacki. Või mida iganes.

Analooghelisignaal on heli elektrienergia kujul, mida kujutatakse pinge lainekujuna. Siin on sama helilaine esitatud elektrisignaalina:

Digitaalne heli on salvestatud analoogsignaali kujutis binaarses formaadis.

Helisignaal, olgu see siis analoog- või digitaalne, tuleb muundada tagasi helilaineks (mehaaniliseks energiaks), et meie kõrvad saaksid seda tajuda.

Astu sisse kõneleja.

Kuidas kõlarid töötavad: Põhitõed

Enne kui me läheme kõlarikomponentide ja nende toimimise üksikasjadesse, anname kiire ülevaate sellest, mida kõlar teeb heli taastamiseks.

Tugevdatud helisignaal saadetakse metallspiraalile. See mähis reageerib seda läbivale elektrivoolule, mis reageerib kõlaris oleva magnetiga ja paneb membraani vibreerima.

Membraan liigutab õhku, tekitades helilained, mis on algse helisignaali täpne koopia. Et voila! Te saate kuulda, kuidas teie ema teiega teisel pool riiki räägib.

See on ilmselgelt liiga lihtne lihtsustamine. Aga nüüd, kui me teame Cliffs Notes'i versiooni sellest, kuidas kõnelejad oma tööd teevad, siis võtame asja lahti.

Mis on kõlari sees?

Vaatame kõiki kõlarite osi, mis loovad selle võlu...

Kõlarijuht

Kõlarijuht vastutab elektrisignaali muundamise eest helilaineteks. See on mootor, mis annab kõlarile jõudu heli taasesitamiseks.

Seestpoolt väljapoole on kõlarit moodustavad järgmised komponendid:

• Pole
• Tagumine plaat
• Magnet
• Ülemine plaat
• Häältelg
• Korv
• Spider
• Koonus ja ümbris
• Tolmukate

Poolus, tagumine ja ülemine plaat

Kõlari pulk on nagu dirigendipulk, mis hoiab kõlarit läbiva heli orkestri sünkroonis. See on kesktelg, mille ümber kogu magnetiline süsteem põhineb.

Tagumine plaat asub posti taga ja mitte üllatuslikult asub ülemine plaat selle kohal.

Magnet

Püsimagnet on ümbritsetud pooluse ja plaatidega, et selle magnetväli fokuseerida, ning see on kinnitatud kõlarikorvi külge.

Seda nimetatakse püsimagnetiks, sest see on alati magnet.

Häältelg muutub magnetiks (või täpsemalt öeldes elektromagnetiks) ainult siis, kui seda toidetakse elektrivooluga.

Häältelgi mähis

Häälepael on traat, mis on tihedalt ümber väikese silindri, mida mõnikord nimetatakse ka pooliks, kokku keritud. See näeb välja nagu jo-jo.

Kui elektrisignaal läbib mähist, muutub see elektromagnetiks, mis suhtleb püsimagneti suhtes.

Kui te mäletate oma loodusteaduste tunde, siis mäletate, et sarnased jõud tõmbavad ja vastupidised tõmbavad. See magnetjõudude vastasmõju tekitab liikumise, mis lükkab mähist ringi ja tekitab lõpuks helilained.

Ämblik ja ümbrus

Ämblik on laineline materjalitükk, mis toetab häälepaela. See hoiab spiraali paigal, võimaldades tal samal ajal vabalt edasi-tagasi liikuda.

Kuigi see kõlab nagu vastuolu, ei ole see seda. Ämblikute peamine roll on võimaldada kõlaripoolikul liikuda ainult ühes suunas, nimelt üles ja alla. Ilma ämblikuta oleks kõlaripoolik kõlarikorpuses tahtmatult ringi liikumas.

Ümbrisel on sarnane funktsioon nagu ämblikul, kuid see hoiab koonust korvi ülaosas paigal.

Koonus

Kõlarikoonus, mida nimetatakse ka diafragmaks, on üks vähestest osadest, mida kõlaril näha on.

Koonus liigub edasi-tagasi vastuseks kõlaripoolist lähtuvatele magnetilistele impulssidele. Koonuse liikumine tekitab seda ümbritsevas õhus rõhulained, mis tekitavad kuuldavaid helisid.

Tolmukate

See pisike poiss takistab igasuguse tolmu ja mustuseosakeste sattumist kõlarite koostu ja asjade segamist.

Korv

See on lihtsalt väljamõeldud termin korpuse kohta, mis hoiab kõiki kõlarite osi koos. See näeb tegelikult natuke välja nagu korv.

Nii et see on kõik, mis moodustab tegeliku kõneleja. Kuid igapäevakeeles, kui me räägime kõnelejatest, siis mõtleme kogu seda, mis on olemas.

Mida on veel vaja, et kõlarid töötaksid?

Elektrilised komponendid

Selleks, et häälepael pumbata oma moosiga, peate saatma sellele elektrisignaali. Seda tehakse kõlariklemmide ja punutud juhtmega.

Klemmid on metallist vahekaardid või ühenduspordid, mis ühendavad helikaabli kõlariga.

Nende klemmide külge on ühendatud punutud traat, mis on kinnitatud häälega, andes sellele vajalikku kütust.

Eluase

Kõlaril on vaja korpust, mida sageli nimetatakse kabinetiks, et töötada korralikult mitmel põhjusel.

Esiteks pakub see suletud keskkonda, mis kaitseb juhi mitmesuguseid kobaraid näiteks tolmu, mustuse ja koerakarvade eest.

Teiseks leevendab see faasi tühistamist. Kui kõlarimembraan liigub, tekitab see helilained mõlemas suunas. Ilma korpuseta tühistaksid need lained teineteist.

Lõpuks mõjutab korpus seda, kuidas heli levib. Heli saab suunata konkreetsesse suunda ja madalad sagedused saab õigesti häälestada.

Korpuse korpus on valmistatud paksust materjalist, mis ei ole väga paindlik. Üldiselt kasutatakse puitu või keskmise tihedusega MDFi, kuigi kasutatakse ka plasti.

Võimendus

Kõik see on hea ja hea, kuid kõlar üksi ei anna midagi kasulikku.

Kuigi kõlarid on erineva kuju ja suurusega, on neil kõigil üks ja sama nõue: helisignaal on tugevam kui esitusseadmete, näiteks teleri või audioliidese poolt saadetud liinitasemel signaal.

Võimendi abil võimendatakse signaal liinitasandilt kõlaritasandile. Sõltuvalt teie kõlaritest võib see olla väline seade või kõlarite korpusesse sisseehitatud.

Aktiivsed kõlarid

Aktiivsed kõlarid on sisseehitatud võimendi Yamaha HS5 on populaarsed aktiivsed kõlarid stuudio monitooringuks.

Passiivsed kõlarid

Passiivsed kõlarid vajavad helisignaalist helilainete tekitamiseks välist võimendit.

JBL PRX412 on tugev näide passiivsest kõlarist, mis vajab välist võimendit, et anda sellele piisavalt müramahla.

Kuidas kõlarid toodavad erinevaid sagedusi?

Siiani oleme vaadelnud, kuidas kõlarid muudavad elektrienergia (signaali) õhurõhulaineteks ja seega heliks.

Kuid kõik sagedused ei ole võrdsed ja üks kõlar, mis üritab katta kõiki aluseid (vabandust sõnamängu eest), on tõepoolest vilets.

Seepärast näete kontsertidel massiivseid valjuhääldite virnasid. Mõned katavad bassisagedusi (subwooferid ja woferid), mõned keskmisi sagedusi ja väikesed tweeterid hoolitsevad kõigi kõrgete sageduste eest.

Need kõlarid on kõik erinevalt ehitatud, et tulla toime erinevate sagedustega, mida nad jälgivad.

Kuid mitte igaüks ei taha oma stuudiosse (või elutuppa) hiiglaslikku valjuhääldi virna, rääkimata võimendite ja krossoverite segadusest.

Tulevad mitme draiveriga kõlarid.

Mitme draiveriga kõlarid

Mitme draiveriga kõlarid kasutavad 2, 3 või isegi 4 erineva suurusega draiverit, et käsitleda erinevaid sagedusi. Kõige tavalisem neist on kahe draiveriga kõlar, mida mõnikord nimetatakse ka 2-suunaliseks kõlariks.

2-suunalise kõlarikarbi sees on crossover, mis saadab kõik kõrgsagedused kõrg- ja madalpääsufiltri abil kõrg- ja madalpääsufiltrile ning kesk- ja madalsagedused bassikõlarile.

Crossoveri kasutamine sellisel viisil tähendab, et kõlar toodab kogu sagedusala, säilitades samas helikvaliteedi, mida üks draiver üksi ei suudaks saavutada.

Kui teete muusikat oma kodustuudios, on tõenäoline, et kasutate monitooringuks 2-suunalist kõlarit, nagu eespool mainitud Yamaha HS5 või KRK Rokit 5 G4, mis on pildil allpool.

Kahe draiveriga kõlarid sobivad hästi salvestamiseks ja miksimiseks oma stuudios. Aga kui tegemist on masteringuga (kas kasutate veebiteenust nagu eMastered või annate selle tegelikule inimesele), siis tahate veidi rohkem detaile, nii et 3- või 4-tasandilised kõlarid teenivad teid paremini.

Sama kehtib ka kommertslike salvestusstuudiote kohta. Nad võivad kasutada salvestamiseks ja monitooringuks paari võimendusega monitorkõlareid, kuid kui on vaja kokku miksida, lülitavad nad pahad poisid sisse.

Mis on kõlarite impedants?

Kõlari impedants on sisuliselt viis, kuidas mõõta elektrivoolu kogutakistust kõlaris.

Ohmides mõõdetuna tuleneb impedants nii helipooli juhtmest tulenevast vastupanust kui ka induktiivsusest, mis tuleneb selle juhtme mähkimisest mähiseks. Induktiivsus erineb takistusest, sest see muutub sagedusega - seda nimetatakse induktiivseks reaktiivsuseks.

Selle muutuja tõttu erineb impedants "tavalisest" vastupanust ja selle arvutamiseks kasutatakse keerulist valemit, millest muusikud ei peaks kunagi aru saama.

Selle asemel teadke, et oluline on kõlarite ja võimendi impedantsi sobitamine. Ebaühtlane impedants võib põhjustada heli kvaliteedi halvenemist, ülekuumenemist ja äärmuslikel juhtudel seadmete kahjustumist.

Pidage meeles, lapsed, ühendage kõlarid alati ühilduvate võimenditega.

Kõlarite võimsus versus kõlarite tundlikkus

Suurem võrdub paremaga, eks?

Mitte alati. Enamik inimesi seostab kõlarite võrdlemisel suuremat võimsust (vattides) suurema helitugevusega. Kuid kas te suudate seda võimsust ka praktikas täielikult ära kasutada?

Parem viis kõlarite võrdlemiseks on vaadata kõlarite tundlikkust. Seda mõõdetakse detsibellides ja see näitab, kui tõhusalt kõlar muundab elektrienergia heliks.

Suurem tundlikkus tähendab, et kõlar suudab teatud võimsuse juures toota rohkem heli. Teisisõnu, see on tõhusam elektri muundamisel helilaineteks.

Kõlarite tundlikkuse mõõtmine ühtlustab kõlarite tõhususe ja võimsuse võrdlemisel mänguvälja.

Siiski on oluline võtta arvesse kõlarite võimekust, kui kasutate välist võimendit. Mõõtmine näitab, kui palju elektrienergiat kõlar suudab ilma kahjustamata vastu võtta, seega on oluline veenduda, et võimendi väljundvõimsus oleks võrdne kõlariga.

See, kas valite kõrge või madala tundlikkusega kõlarid, sõltub teie seadistuse nõuetest. Kui oluline on energiatõhusus (näiteks kaasaskantavate kõlarite või autostereosüsteemide puhul), on kõrge tundlikkus parim, samas kui professionaalse heliseadistuse puhul võite soovida suurema võimsusega kõlareid.

Sagedusreaktsioon

Kui me räägime kõlari sagedusreaktsioonist, siis räägime selle võimest reprodutseerida heli eri sageduste vahemikus.

Ükski kõlar ei ole täiuslik, seega aitab sagedusvahemiku graafik näha, kus võib olla tippusid või madalamaid sagedusi, kus see rõhutab või alatasaab.

On mitu põhjust, miks konkreetse kõlari või konkreetsete kõlarite sagedusvastus on oluline.

Esiteks aitab see mitme kõlariga süsteemi projekteerimisel ja ristmike seadistamisel.

Teiseks aitab see valida parimad kõlarid konkreetse helitöö jaoks, mida te silmas peate.

Kuigi paljude tarbijaklassi kõlarite sagedusvastuses on kerge "naeratus", et heli magusamaks muuta, soovid sa muusikaprodutsendina paar kõlareid, millel on lame sagedusvastus.

Sel viisil ei saa ükski instrument või proov maskeeritud toodetud sageduste languse tõttu või kõlama valjemini, kui nad tegelikult on, kuna graafikus on tipp.

Põhimõtteliselt tagab kõlarite lame sagedusvastus, et kõik, mida kuulete, on võimalikult lähedane tegelikule asjale.

Kuidas on kõrvaklappidega?

Kõrvaklappides kasutatakse sama kõlarite draiveritehnoloogiat kui kõlarites. Need on tegelikult pisikesed kõlarid, mis istuvad teie kõrvade kohal (või sees).

Kuidas töötavad stereokõlarid?

Üks kõlar edastab heli (tavaliselt) mono. Stereohelivälja saamiseks on vaja kahte monokõlarit, mis toovad vastavalt vasakule ja paremale helisignaalile, mis on paigutatud asjakohaselt.

Kuid kas olete kunagi vaadanud heliriba ja mõelnud, kuidas stereovälja luuakse?

Stereopildi tekitamiseks mõeldud ühe kõlariga seadmetes on mitu draiverit, mis on paigutatud kogu seadmes.

Stereosignaal jagatakse vasakule ja paremale kanalile ning saadetakse erinevas koguses igale juhile, et saada täielik stereopilt.

Selliste kõlarite juurde kuulub tavaliselt lisakõlar - subwoofer -, mis tegeleb madalate sagedustega ja Batmani häälega.

Kes leiutas kõneleja?

Nagu paljude 20. sajandivahetuse leiutiste puhul, on ka siin raske täpselt kindlaks teha, kes leiutas valjuhääldi. See tekkis aja jooksul, kui teadlased ja leiutajad hakkasid rohkem aru saama helilainetest ja elektrivoolust.

Alexander Graham Bell (telefoni leiutaja) andis märkimisväärse panuse helitehnoloogiasse, sealhulgas töötas 19. sajandi lõpus välja kõlarite varase versiooni.

Otse selle sajandi lõpus tuli Oliver Lodge välja esimese liikuva spiraaliga kõlariga. Seejärel said 1915. aastal Taani insener Peter L. Jensen ja Edward Pridham patendi oma elektrodünaamilise kõlarikonstruktsiooni leiutisele, mis kasutas magnetvälja paigutatud membraani külge kinnitatud traatmähist.

Teisel pool tiiki konstrueerisid Edward W. Kellogg ja Chester W. Rice 1925. aastal dünaamilise koonusega kõlari, mille litsentsi sai lõpuks RCA. See konstruktsioon sisaldas paljusid aspekte, mida peetakse kaasaegse kõlaritehnoloogia aluseks.

Selleks on vaja küla ja kõik see. Piisab, kui öelda, et paljud koonuspead on teinud lugematul hulgal peamurdmistunde, et te saaksite täna Nickelbacki kontserte täielikus pilditruuduses nautida.

Kõlarite tulevik

Tehnoloogia muutub üha väiksemaks ja odavamaks. Me kõik teame seda. Kuid kõlarite puhul ei ole tehnoloogia põhialused alates nende leiutamisest palju muutunud.

Tegelikult on kõlarid üks kõige ebaefektiivsemaid tehnoloogiaid, mida me tänapäeval kasutame. Üle 99% kõlarisse kuluvast energiast toodab midagi muud kui heli. Suurem osa sellest muutub soojuseks.

See on omamoodi üllatav, et EPA ei ole keelanud kõlarite kasutamist nende kehva energiatõhususe tõttu.

Kuid tänu 2004. aastal avastatud uuele materjalile võivad tuleviku kõlarid olla teistsugused.

Grafeen on äärmiselt kerge materjal, mis tähendab, et see vajab survelaine tekitamiseks edasi-tagasi liikumiseks palju vähem energiat. Suurepärane uudis, kui olete tweeter.

Kui teadlased suudavad välja selgitada, kuidas edukalt rakendada grafeeni suuremahulist tootmist ja integreerida see kaubanduslikesse rakendustesse, võivad tuleviku kõlarid olla kergemad ja palju energiatõhusamad.

Kuni selle päevani oleme kinni minikütteseadmete juures, mis tekitavad elektriliste signaalide ehk kõlarite abil õhurõhu muutusi.

Nüüd minge edasi ja kuulake muusikat!