A világ, amelyben élünk, hangra van hangosítva. Hacsak nem egy hegy tetején élsz (szerencsés vagy), nagy az esélye, hogy egy csomó különböző hangszóróból érkező hangot tapasztalsz, miközben a napodat töltöd.
Mobiltelefonok. Televíziók. Liftek. A Bluetooth hangszóró a metrón, ami olyan szarságokat bömböltet, amiket nem akarsz hallani.
És ami számunkra, zenészek számára talán a legfontosabb, a hangszórók lehetővé teszik, hogy munkánkat érintetlen részletességgel halljuk.
De hogyan működnek pontosan a hangszórók? Még ha nem is vagy kíváncsi arra, hogyan készül a hangkolbász, akkor is jó, ha rendelkezel alapvető ismeretekkel a hangsugárzók technológiájáról, ha azt tervezed, hogy egy stúdióban töltöd az életed.
A hangzás alapjai
Mielőtt a hangszórókkal foglalkoznánk, nézzük meg röviden, hogyan működik maga a hang.
A hang lényegében mechanikai energia, amely hullámok formájában mozog egy közegben - legyen az levegő, folyadék vagy szilárd anyag.
Ez a mozgás a hullámforma alakjának megfelelően lokális nyomásváltozásokat okoz, hasonlóan a hullámzáshoz, amely akkor keletkezik, amikor egy kavicsot (vagy a telefonunkat) vízbe dobunk.
Az alábbi képen egy 1 kHz-es szinuszhullám látható. Látja, hogy a hangnyomás szintje a környezeti nyomáshoz képest növekszik, majd csökken? Ez a hang mozgásban van.
A fülünkben több ezer apró szőrsejt reagál ezekre a nyomásváltozásokra, és elektromos jellé alakítja őket, amelyet az agyunk Nickelbackként tud értelmezni. Vagy bármi másként.
Az analóg hangjel elektromos energia formájában megjelenő hang, amely feszültséghullámformaként jelenik meg. Itt ugyanaz a hanghullám elektromos jelként ábrázolva:
A digitális hang egy tárolt analóg jel bináris formátumú ábrázolása.
A hangjelet, legyen az analóg vagy digitális, vissza kell alakítani hanghullámmá (mechanikai energiává), hogy a fülünk értelmezni tudja.
Lépjen be a hangszóróba.
Hogyan működnek a hangszórók: A hangszórók működése: Az alapok
Mielőtt belemennénk a hangszórókomponensek és működésük részleteibe, tekintsük át gyorsan, hogy mit tesz egy hangszóró a hangzás újratermeléséért.
A felerősített hangjelet egy fémhuzal tekercsre küldik. Ez a tekercs reagál a rajta átfolyó elektromos áramra, kölcsönhatásba lép a hangszóróban lévő mágnessel, és rezgésbe hoz egy membránt.
A membrán mozgatja a levegőt, és olyan hanghullámokat hoz létre, amelyek az eredeti hangjel pontos másolatát alkotják. Et voila! Hallhatod, ahogy anyukád beszél hozzád az ország másik végéből.
Nyilvánvaló, hogy ez egy vad leegyszerűsítés. De most, hogy ismerjük a hangszórók munkájának Cliffs Notes verzióját, bontsuk le a dolgokat.
Mi van a hangszóró belsejében?
Vessünk egy pillantást a hangszóró összes alkatrészére, amelyek létrehozzák a varázslatot...
A hangszóró meghajtó
A hangszóró meghajtó felelős az elektromos jel hanghullámokká történő átalakításáért. Ez az a motor, amely a hangszóró hangreprodukcióját hajtja.
A hangszórót belülről kifelé nézve a következő összetevők alkotják:
- Pole
- Hátsó lemez
- Mágnes
- Felső lemez
- Hangtekercs
- Kosár
- Pók
- Kúp és körítés
- Porvédő sapka
Pólus, hátsó és felső lemez
A hangszóró pólusdarabja olyan, mint egy karmesteri pálca, amely szinkronban tartja a hangszórón keresztül áramló hangzást. Ez a központi tengely, amely körül az egész mágneses rendszer épül.
A hátsó lemez a pólus mögött helyezkedik el, és nem meglepő módon a felső lemez fölötte helyezkedik el.
Mágnes
Az állandó mágnest a pólus és a lemezek veszik körül, hogy mágneses mezeje fókuszálódjon, és a hangszórókosárhoz van rögzítve.
Azért nevezik állandó mágnesnek, mert mindig mágnes.
A hangtekercs viszont csak akkor válik mágnessé (pontosabban elektromágnessé), ha elektromos áramot kap.
Hangtekercs
A hangtekercs egy drót, amely szorosan egy apró henger köré van tekerve, amelyet néha orsónak is neveznek. Úgy néz ki, mint egy jojó.
Amikor egy elektromos jel fut át a tekercsen, az elektromágnessé válik, és kölcsönhatásba lép az állandó mágnessel.
Ha emlékszel a természettudományos órákra, akkor emlékszel, hogy a hasonló erők taszítanak, az ellentétes erők pedig vonzanak. A mágneses erőknek ez a kölcsönhatása hozza létre azt a mozgást, amely a tekercset körbetolja, és végül hanghullámokat hoz létre.
Spider és körítés
A pók egy hullámos anyagdarab, amely a hangtekercset tartja. Ez tartja a tekercset a helyén, miközben lehetővé teszi, hogy szabadon mozogjon előre-hátra.
Bár ez ellentmondásnak hangzik, nem az. A pókok fő szerepe az, hogy a hangtekercs csak egy irányba mozogjon; nevezetesen felfelé és lefelé. A pók nélkül a hangtekercs a hangszóróházon belül akarva-akaratlanul kóvályogna.
A körítés a pókhoz hasonló funkciót tölt be, kivéve, hogy a kúpot a kosár tetején tartja.
A kúp
A membránként is ismert hangszórókúp egyike azon kevés daraboknak, amelyeket a hangszórón láthat.
A kúp a hangtekercs mágneses impulzusaira reagálva előre-hátra mozog. A kúp mozgása nyomáshullámokat hoz létre a körülötte lévő levegőben, és ez hozza létre a hallható hangokat.
Porvédő sapka
Ez a kis fickó megakadályozza, hogy a por és a szennyeződések bejussanak a hangszóróegységbe, és elrontsák a dolgokat.
Kosár
Ez csak egy divatos kifejezés arra a házra, amely a hangszóró alkatrészeket összetartja. Valójában egy kicsit úgy néz ki, mint egy kosár.
Ez tehát mindaz, ami egy tényleges hangszórót alkot. De a mindennapi nyelvben, amikor a beszélőkről beszélünk, az egészet értjük.
Mi kell még ahhoz, hogy a hangszórók működjenek?
Elektromos alkatrészek
Ahhoz, hogy a hangtekercs a lekvárral pumpáljon, elektromos jelet kell küldened neki. Ez hangszórócsatlakozókkal és egy fonott vezetékkel történik.
A terminálok fém fülek vagy csatlakozónyílások, amelyek egy audiokábelt csatlakoztatnak a hangszóróhoz.
Ezekhez a csatlakozókhoz csatlakozik a fonott huzal, amely a hangtekercshez van csatlakoztatva, így adva neki a szükséges üzemanyagot.
Lakhatás
Egy hangszórónak több okból is szüksége van egy házra, amelyet gyakran szekrénynek is neveznek, hogy megfelelően működjön.
Először is, zárt környezetet biztosít, hogy megvédje a meghajtót alkotó különböző gubancokat az olyan dolgoktól, mint a por, a szennyeződés és a kutyaszőr.
Másodszor enyhíti a fázistörlést. Ahogy a hangszóró membránja mozog, mindkét irányban hanghullámokat hoz létre. A ház nélkül ezek a hullámok kioltanák egymást.
Végül a burkolat befolyásolja a hang eloszlását. A hangot egy adott irányba lehet irányítani, és az alacsony frekvenciákat megfelelően lehet hangolni.
A ház burkolata vastag anyagból készült, amely nem túl rugalmas. A fa vagy a közepes sűrűségű MDF gyakori, bár műanyagot is használnak.
Erősítés
Mindez szép és jó, de egy hangszóró önmagában nem fog semmi hasznosat kihozni.
Bár a hangszórók különböző formákban és méretekben készülnek, mindegyiknek ugyanaz a követelménye: a lejátszó eszközök, például a TV vagy az audio interfész által küldött vonalszintű jelnél erősebb hangjelzés.
A teljesítményerősítőt arra használják, hogy a jelet vonalszintről hangszórószintre emeljék. A hangszóróktól függően ez lehet egy külső egység, vagy a hangszóróházba épített egység.
Aktív hangszórók
Az aktív hangszórók beépített erősítővel rendelkeznek A Yamaha HS5 népszerű aktív hangszórók a stúdiómonitorozáshoz.
Passzív hangszórók
A passzív hangszóróknak külső erősítőre van szükségük ahhoz, hogy a hangjelből hanghullámokat hozzanak létre.
A JBL PRX412 a passzív hangszórók robusztus példája, amelyhez külső végerősítőre van szükség, hogy elegendő zajt adjon.
Hogyan termelnek a hangszórók különböző frekvenciákat?
Eddig azt néztük meg, hogy a hangszórók hogyan alakítják át az elektromos energiát (a jelet) a levegőben lévő nyomáshullámokká, és így hanggá.
De nem minden frekvencia egyforma, és egyetlen hangszóró, amely megpróbál minden alapot lefedni (bocsánat a szóviccért), valóban szegényes lesz.
Ezért láthatsz hatalmas hangszóróhalmokat a koncerteken. Egyesek a mélyfrekvenciákat fedik le (a mély- és mélysugárzók), mások a középtartományt, és a kis magas hangszórók gondoskodnak az összes magas frekvenciatartományról.
Ezek a hangszórók mind másképp vannak felépítve, hogy a különböző frekvenciákat kezeljék.
De nem mindenki akar egy hatalmas hangszóróhalmazt a stúdiójában (vagy nappalijában), nem is beszélve a végfokok és a keresztváltók zűrzavaráról.
Lépjen be a több meghajtós hangszóróba.
Multi-Driver hangszórók
A több meghajtós hangszórók 2, 3 vagy akár 4 különböző méretű meghajtót használnak a különböző frekvenciák kezelésére. Ezek közül a legelterjedtebb a két meghajtóval rendelkező hangszóró, amelyet néha 2-utas hangszórónak is neveznek.
A kétutas hangszóróházban található egy keresztváltó, amely az összes magas frekvenciát a magassugárzóhoz, a közép- és mélyfrekvenciás tartományt pedig a mélysugárzóhoz küldi egy magas- és egy mélyszűrő segítségével.
A keresztváltó ilyen módon történő használata azt jelenti, hogy a hangszóró teljes frekvenciatartományt produkál, miközben olyan hangminőséget biztosít, amelyet egyetlen hangszóró önmagában nem tudna elérni.
Ha otthoni stúdióban zenélsz, akkor nagy valószínűséggel egy kétutas hangszórót használsz monitorozásra, mint például a fent említett Yamaha HS5, vagy az alábbi képen látható KRK Rokit 5 G4.
A kettős meghajtású hangszórók alkalmasak a saját stúdióban történő felvételhez és keveréshez. De amikor a masteringre kerül sor (akár online szolgáltatást használsz, mint az eMastered, akár egy valódi személyt bízol meg vele), kicsit több részletre lesz szükséged, így a 3 vagy 4 irányú hangszórók jobban szolgálnak majd.
Ugyanez vonatkozik a kereskedelmi hangstúdiókra is. Lehet, hogy a felvételhez és a monitorozáshoz egy pár monitorhangszórót használnak, de amikor a keverésre kerül a sor, bekapcsolják a rossz fiúkat.
Mi a hangszóró impedancia?
A hangszóró impedanciája lényegében a hangszóróban folyó elektromos áram teljes ellenállásának mérése.
Ohmban mérve az impedancia a hangtekercs huzalának ellenállásából és a huzal tekercsbe tekercselése által okozott induktivitásból adódik. Az induktivitás különbözik az ellenállástól, mivel a frekvenciával változik - ezt nevezzük induktív reaktanciának.
Emiatt a változó miatt az impedancia különbözik a "normál" ellenállástól, és egy bonyolult képlet segítségével számítják ki, amelyet a zenészeknek soha nem kellene megérteniük.
Ehelyett tudnia kell, hogy fontos a hangszórók és az erősítő impedanciájának összehangolása. A nem megfelelő impedancia a hangminőség romlásához, túlmelegedéshez, szélsőséges esetben pedig a berendezés károsodásához vezethet.
Ne feledjétek, gyerekek, a hangszórókat mindig kompatibilis erősítőkkel párosítsátok.
A hangszóró teljesítménye a hangszóró érzékenységéhez képest
Nagyobb egyenlő jobb, igaz?
Nem mindig. A legtöbb ember a hangszórók összehasonlításakor a nagyobb teljesítményt (wattban) a nagyobb hangerőnek tulajdonítja. De vajon a gyakorlatban képes lesz-e teljes mértékben kihasználni ezt a teljesítményt?
A hangszórók összehasonlításának jobb módja a hangszórók érzékenységének vizsgálata. Ezt decibelben mérik, és azt mutatja meg, hogy a hangszóró mennyire hatékonyan alakítja át az elektromos energiát hanggá.
A magasabb érzékenységi besorolás azt jelenti, hogy a hangszóró adott teljesítmény mellett több hangot képes kiadni. Más szóval, hatékonyabban alakítja át az elektromosságot hanghullámokká.
A hangszórók érzékenységének mérése kiegyenlíti a játékteret, amikor a hangszórók hatékonyságának és teljesítményének összehasonlítására kerül sor.
Azonban még mindig fontos figyelembe venni a hangszóró képességét a teljesítmény kezelésére, ha külső erősítőt használ. A mérés azt jelzi, hogy a hangszóró mennyi elektromos teljesítményt képes kezelni anélkül, hogy megsérülne, ezért fontos, hogy az erősítő kimeneti teljesítménye megegyezzen a hangszóróéval.
Az, hogy magas vagy alacsony érzékenységű hangszórókat választ, az Ön beállításának követelményeitől függ. Ha fontos az energiahatékonyság (például hordozható hangszórók vagy autós sztereórendszerek esetében), akkor a magas érzékenység a legjobb, míg egy professzionális audioberendezésben nagyobb teljesítményű hangszórókra lehet szükség.
Frekvenciaválasz
Amikor egy hangszóró frekvenciaválaszáról beszélünk, akkor a hangszóró azon képességéről beszélünk, hogy a hangot több frekvenciatartományban képes reprodukálni.
Egyetlen hangszóró sem tökéletes, így a frekvenciaválasz grafikon segít látni, hogy hol vannak csúcsok vagy mélypontok a frekvenciákon, ahol a hangszóró kiemelkedik vagy alulteljesít.
Több oka is van annak, hogy miért fontos egy adott hangszóró vagy hangszórók frekvenciaválasza.
Először is segít a több hangszórós rendszer tervezésénél és a keresztváltók beállításánál.
Másodszor, ez segít a legjobb hangszórók kiválasztásában az adott hangfeladathoz.
Míg sok fogyasztói hangszórónak van egy kis "mosoly" a frekvenciaválaszában, hogy megédesítse a hangzást, zenei producerként egy pár hangszórót szeretne, amelynek frekvenciaválasza lapos.
Így egyetlen hangszert vagy mintát sem fog elfedni a frekvenciák csökkenése, vagy hangosabbnak hangzik, mint amilyen valójában a grafikonon megjelenő csúcs miatt.
Lényegében a hangszórók lapos frekvenciaválasza biztosítja, hogy minden, amit hall, a lehető legközelebb álljon a valósághoz.
Mi a helyzet a fejhallgatókkal?
A fejhallgatók ugyanazt a hangszóró meghajtó technológiát használják, mint a hangszórók. Ezek valójában apró kis hangszórók, amelyek a füle fölött (vagy a fülében) ülnek.
Hogyan működnek a sztereó hangszórók?
Egyetlen hangszóró (általában) monóban továbbítja a hangot. A sztereó hangmezőhöz két monó hangszóróra van szükség, amelyek a bal és jobb hangjelet táplálják, megfelelően elhelyezve.
De nézett már meg egy hangsávot, és elgondolkodott már azon, hogyan jön létre a sztereó mező?
A sztereó kép előállítására tervezett egyszemélyes hangszóróegységek több meghajtóval rendelkeznek, amelyek az egységben vannak elhelyezve.
A sztereó jelet bal és jobb csatornára osztják, és különböző mennyiségben küldik az egyes meghajtókhoz, hogy teljes sztereó képet kapjanak.
Az ilyen hangszórók általában egy további hangszóróval - egy mélynyomóval - vannak felszerelve, amely a mély hangok és Batman hangjának kezelésére szolgál.
Ki találta fel a hangszórót?
A 20. századforduló számos találmányához hasonlóan nehéz pontosan meghatározni, hogy ki találta fel a hangszórót. Idővel alakult ki, ahogy a tudósok és feltalálók egyre többet kezdtek megérteni a hanghullámokról és az elektromos áramról.
Alexander Graham Bell (a telefon feltalálója) jelentős mértékben hozzájárult a hangtechnológiákhoz, többek között a 19. század végén kifejlesztette a hangszóró korai változatát.
A század végén Oliver Lodge megalkotta az első mozgó tekercses hangszórót. Ezután 1915-ben Peter L. Jensen dán mérnök és Edward Pridham szabadalmat kapott egy elektrodinamikus hangszóró-konstrukcióra, amely egy mágneses mezőben elhelyezett membránhoz rögzített dróttekercset használ.
A tó másik oldalán, 1925-ben Edward W. Kellogg és Chester W. Rice egy dinamikus kúpos hangszórót tervezett, amelyet végül az RCA licencelt. Ez a konstrukció számos olyan szempontot tartalmazott, amelyet a modern hangszórótechnológia alapjának tekintenek.
Egy falu kell hozzá, meg ilyesmi. Elég, ha csak annyit mondok, hogy rengeteg kúpfej számtalan fejvakaró órát töltött el azzal, hogy ma már teljes hűséggel élvezheted a Nickelback koncertjeit.
A hangszórók jövője
A technológia egyre kisebb és olcsóbb lesz. Ezt mindannyian tudjuk. De ha a hangszórókról van szó, a technológia mögött álló alapok nem sokat változtak a feltalálásuk óta.
Valójában a hangszórók az egyik legkevésbé hatékony technológia, amelyet ma használunk. A hangszóróba kerülő energia több mint 99%-a nem hangot, hanem valami mást generál. A legtöbbje hővé alakul.
Meglepő, hogy az EPA még nem tiltotta be a hangszórók használatát a rossz energiateljesítményük miatt.
Egy 2004-ben felfedezett új anyagnak köszönhetően azonban a jövő hangszórói másképp lehetnek.
A grafén rendkívül könnyű anyag, ami azt jelenti, hogy sokkal kevesebb energiára van szüksége az oda-vissza mozgáshoz, hogy nyomáshullámot hozzon létre. Kiváló hír, ha Ön egy magas hangszóró.
Ha a tudósok rájönnek, hogyan lehet a grafén nagyüzemi előállítását sikeresen megvalósítani, és beépíteni a kereskedelmi alkalmazásokba, akkor a jövő hangszórói könnyebbek és sokkal energiahatékonyabbak lehetnek.
Addig a napig maradunk a minifűtőberendezéseknél, amelyek elektromos jelek hatására változtatják a légnyomást, vagyis a hangszórónál.
Most menjetek ki, és hallgassátok a zenét!
