De wereld waarin we leven is ingesteld op geluid. Tenzij je op de top van een berg woont (bofkont), is de kans groot dat je geluid uit een heleboel verschillende luidsprekers hoort komen terwijl je je dag doorbrengt.

Mobiele telefoons. Televisies. Liften. De Bluetooth-speaker in de metro die rotzooi uitstraalt die je niet wilt horen.

En misschien wel het belangrijkste voor ons muzikanten: luidsprekers stellen ons in staat om ons werk tot in het kleinste detail te horen.

Maar hoe werken luidsprekers precies? Zelfs als je niet nieuwsgierig bent naar hoe de worst van het geluid wordt gemaakt, is het een goed idee om een basiskennis van luidsprekertechnologie te hebben als je van plan bent je leven in een studio door te brengen.

De basis van geluid

Laten we, voordat we naar luidsprekers kijken, eerst even opfrissen hoe geluid zelf werkt.

Geluid is in wezen mechanische energie in de vorm van golven die door een medium bewegen - of dat nu lucht, vloeistof of vaste stof is.

Deze beweging veroorzaakt plaatselijke drukveranderingen volgens de vorm van de golfvorm, net zoals de rimpelingen die ontstaan wanneer je een steentje (of je telefoon) in het water laat vallen.

In de afbeelding hieronder zie je een sinusgolf van 1 kHz. Zie je hoe het geluidsdrukniveau toeneemt, gevolgd door afneemt ten opzichte van de omgevingsdruk? Dat is geluid in beweging.

In onze oren reageren duizenden kleine haarcellen op deze drukveranderingen en zetten ze om in een elektrisch signaal dat onze hersenen kunnen interpreteren als Nickelback. Of wat dan ook.

Een analoog audiosignaal is geluid in de vorm van elektrische energie, weergegeven als een spanningsgolfvorm. Hier zie je dezelfde geluidsgolf weergegeven als een elektrisch signaal:

Digitale audio is een weergave van een opgeslagen analoog signaal in binair formaat.

Een audiosignaal, of het nu analoog of digitaal is, moet worden omgezet in een geluidsgolf (mechanische energie) zodat onze oren het kunnen waarnemen.

Voer de spreker in.

Hoe luidsprekers werken: De basis

Voordat we ingaan op de details van de luidsprekeronderdelen en hoe ze werken, geven we eerst een kort overzicht van wat een luidspreker doet om geluid weer te geven.

Een versterkt audiosignaal wordt naar een metalen draadspoel gestuurd. Deze spoel reageert op de elektrische stroom die er doorheen stroomt, in wisselwerking met een magneet in de luidspreker, waardoor een membraan gaat trillen.

Het diafragma beweegt lucht, waardoor geluidsgolven ontstaan die een exacte kopie zijn van het originele audiosignaal. En voila! Je kunt je moeder horen praten vanaf de andere kant van het land.

Dat is natuurlijk een veel te simpele voorstelling van zaken. Maar nu we de Cliffs Notes-versie kennen van hoe sprekers hun werk doen, gaan we de zaken uitsplitsen.

Wat zit er in een luidspreker?

Laten we eens kijken naar alle luidsprekeronderdelen die de magie creëren...

De luidsprekeraanstuurder

De luidsprekerdriver is verantwoordelijk voor het omzetten van het elektrische signaal in geluidsgolven. Het is de motor die de geluidsweergave van de luidspreker aandrijft.

Van binnen naar buiten zijn de onderdelen waaruit een luidspreker is opgebouwd:

• Pool
• Achterplaat
• Magneet
• Bovenste plaat
• Spreekspoel
• Mand
• Spin
• Conus en rand
• Stofkap

Paal, achterkant en bovenplaat

De pool in een luidspreker is als een dirigeerstok die het orkest van geluid dat door de luidspreker stroomt in sync houdt. Het is de centrale as waar het hele magnetische systeem omheen draait.

De achterste plaat zit achter de paal en de bovenste plaat zit erboven.

Magneet

De permanente magneet is omgeven door de pool en platen om het magnetische veld te concentreren en is bevestigd aan de luidsprekerkorf.

Het wordt een permanente magneet genoemd omdat het altijd een magneet is.

De spreekspoel daarentegen wordt pas een magneet (of om precies te zijn een elektromagneet) wanneer er een elektrische stroom op wordt gezet.

Spreekspoel

De spreekspoel is een draad die strak rond een kleine cilinder is gewikkeld, ook wel een spoel genoemd. Het lijkt een beetje op een jojo.

Wanneer een elektrisch signaal door de spoel loopt, wordt het een elektromagneet die een wisselwerking aangaat met de permanente magneet.

Als je je lessen natuurkunde nog herinnert, weet je dat gelijksoortige krachten elkaar afstoten en tegengestelde krachten elkaar aantrekken. Dit samenspel van magnetische krachten creëert de beweging die de spoel rondduwt en uiteindelijk geluidsgolven voortbrengt.

Spin en rand

De spider is een gegolfd stuk materiaal dat de spreekspoel ondersteunt. Het houdt de spoel op zijn plaats en laat hem vrij heen en weer bewegen.

Dit klinkt als een tegenstrijdigheid, maar dat is het niet. De belangrijkste functie van de spider is om de spreekspoel in slechts één richting te laten bewegen: omhoog en omlaag. Zonder de spider zou de spreekspoel in het luidsprekerhuis rondzwerven.

De surround heeft een gelijkaardige functie als de spider, behalve dat hij de conus op zijn plaats houdt bovenaan de mand.

De kegel

De luidsprekerconus, ook wel diafragma genoemd, is een van de weinige onderdelen van een luidspreker die je kunt zien.

De conus beweegt heen en weer in reactie op de magnetische impulsen van de spreekspoel. De beweging van de conus creëert drukgolven in de lucht eromheen, waardoor de geluiden ontstaan die je hoort.

Stofkap

Dit kleine ventje voorkomt dat stof en vuildeeltjes de luidspreker binnendringen en de boel verpesten.

Mand

Is gewoon een mooie term voor de behuizing die alle luidsprekeronderdelen bij elkaar houdt. Het lijkt eigenlijk wel een beetje op een mandje.

Dit is dus alles waaruit een spreker bestaat. Maar in het dagelijks taalgebruik bedoelen we met sprekers de hele mikmak.

Wat is er nog meer nodig om luidsprekers te laten werken?

Elektrische onderdelen

Om de spreekspoel te laten pompen met je jam moet je hem een elektrisch signaal sturen. Dit doe je met luidsprekerklemmen en een gevlochten draad.

De aansluitingen zijn metalen lipjes of verbindingspoorten waarmee een audiokabel op de luidspreker kan worden aangesloten.

Op deze aansluitingen is de gevlochten draad aangesloten die de spreekspoel de brandstof geeft die hij nodig heeft.

Huisvesting

Een luidspreker heeft om verschillende redenen een behuizing nodig, vaak kast genoemd, om goed te kunnen werken.

Ten eerste biedt het een afgedichte omgeving om de verschillende onderdelen van de driver te beschermen tegen stof, vuil en hondenharen.

Ten tweede vermindert het fase-annulering. Wanneer een luidsprekermembraan beweegt, creëert het geluidsgolven in beide richtingen. Zonder de behuizing zouden deze golven elkaar opheffen.

Tot slot heeft de behuizing invloed op de manier waarop geluid wordt verspreid. Geluid kan in een bepaalde richting worden gestuurd en lage frequenties kunnen goed worden afgestemd.

De behuizing is gemaakt van een dik materiaal dat niet erg flexibel is. Hout of MDF met gemiddelde dichtheid is gebruikelijk, maar kunststof wordt ook gebruikt.

Versterking

Dit is allemaal goed en wel, maar een luidspreker alleen zal niets nuttigs voortbrengen.

Luidsprekers zijn er in verschillende soorten en maten, maar ze hebben allemaal dezelfde vereiste: een audiosignaal dat sterker is dan het line level signaal dat wordt verzonden door afspeelapparaten, zoals een tv of audio-interface.

Een eindversterker wordt gebruikt om het signaal te versterken van lijnniveau naar luidsprekerniveau. Afhankelijk van je luidsprekers kan dit een externe unit zijn, of ingebouwd in de luidsprekerbehuizing zelf.

Actieve luidsprekers

Actieve luidsprekers hebben een ingebouwde versterker De Yamaha HS5 zijn populaire actieve luidsprekers voor studio monitoring.

Passieve luidsprekers

Passieve luidsprekers hebben een externe versterker nodig om geluidsgolven te genereren uit het audiosignaal.

De JBL PRX412 is een stevig voorbeeld van een passieve luidspreker die een externe eindversterker nodig heeft om genoeg geluid te produceren.

Hoe produceren luidsprekers verschillende frequenties?

Tot nu toe hebben we bekeken hoe luidsprekers elektrische energie (een signaal) omzetten in drukgolven in de lucht, en dus in geluid.

Maar niet alle frequenties zijn gelijk, en één luidspreker die alle basissen probeert te dekken (vergeef me de woordspeling) zal een slechte luidspreker zijn.

Daarom zie je bij optredens enorme stapels luidsprekers. Sommige dekken de basfrequenties (de subwoofers en woofers), andere het middenbereik en de kleine tweeters nemen alle hoge frequenties voor hun rekening.

Deze luidsprekers zijn allemaal verschillend gebouwd om de verschillende frequenties aan te kunnen.

Maar niet iedereen wil een gigantische stapel luidsprekers in zijn studio (of woonkamer), om nog maar te zwijgen over de rommel van eindversterkers en crossovers.

Maak kennis met de luidspreker met meerdere drivers.

Luidsprekers met meerdere drivers

Luidsprekers met meerdere drivers gebruiken 2, 3 of zelfs 4 drivers van verschillende grootte om verschillende frequenties aan te kunnen. De meest voorkomende is de luidspreker met twee drivers, ook wel een 2-weg luidspreker genoemd.

In een 2-weg luidsprekerkast zit een scheidingsfilter dat alle hoge frequenties naar de tweeter stuurt en het middengebied en lage frequentiebereik naar de woofer, door middel van een hoogdoorlaat- en laagdoorlaatfilter.

Door op deze manier een scheidingsfilter te gebruiken, produceert de luidspreker een volledig frequentiebereik met behoud van een geluidskwaliteit die een enkele driver alleen niet zou kunnen bereiken.

Als je muziek maakt in je thuisstudio is de kans groot dat je een 2-weg luidspreker gebruikt voor monitoring, zoals de Yamaha HS5 die hierboven is genoemd, of de KRK Rokit 5 G4, hieronder afgebeeld.

Luidsprekers met dubbele driver zijn prima voor opnemen en mixen in je eigen studio. Maar als het op mastering aankomt (of je nu een online service zoals eMastered gebruikt of het uitbesteedt aan een echte persoon) wil je wat meer detail, dus 3- of 4-weg luidsprekers zullen je beter van dienst zijn.

Hetzelfde geldt voor commerciële opnamestudio's. Ze gebruiken misschien een paar monitorluidsprekers met eigen voeding voor opname en monitoring, maar als het op mixen aankomt, zetten ze de slechteriken aan.

Wat is luidsprekerimpedantie?

Luidsprekerimpedantie is in wezen een manier om de totale weerstand van de elektrische stroom in de luidspreker te meten.

De impedantie, gemeten in ohm, komt van zowel de weerstand van de spreekspoeldraad als de inductie die veroorzaakt wordt door het wikkelen van die draad tot een spoel. Inductantie verschilt van weerstand omdat het verandert met de frequentie - inductieve reactantie genoemd.

Vanwege deze variabele is impedantie anders dan 'normale' weerstand en wordt berekend met een ingewikkelde formule die muzikanten nooit zouden hoeven te begrijpen.

Weet in plaats daarvan dat het belangrijk is om de impedantie van je luidsprekers en versterker op elkaar af te stemmen. Een onjuiste impedantie kan leiden tot verminderde geluidskwaliteit, oververhitting en in extreme gevallen schade aan de apparatuur.

Denk eraan kinderen, koppel je luidsprekers altijd aan compatibele versterkers.

Luidsprekervermogen versus luidsprekergevoeligheid

Groter staat gelijk aan beter, toch?

Niet altijd. De meeste mensen die luidsprekers vergelijken, schrijven een hoger vermogen (in watt) toe aan een hoger volume. Maar kun je dat wattage in de praktijk ook volledig benutten?

Een betere manier om luidsprekers te vergelijken is door te kijken naar de gevoeligheid van de luidsprekers. Deze wordt gemeten in decibel en geeft aan hoe effectief een luidspreker elektrisch vermogen omzet in geluid.

Een hogere gevoeligheid betekent dat een luidspreker meer geluid kan produceren voor een gegeven hoeveelheid vermogen. Met andere woorden, hij is efficiënter in het omzetten van elektriciteit in geluidsgolven.

Het meten van de gevoeligheid van luidsprekers maakt het speelveld gelijk als het gaat om het vergelijken van de efficiëntie en output van luidsprekers.

Het is echter nog steeds belangrijk om rekening te houden met het vermogen van een luidspreker als je een externe versterker gebruikt. De meting geeft aan hoeveel elektrisch vermogen de luidspreker aankan zonder beschadigd te raken, dus het is belangrijk om ervoor te zorgen dat de versterker een uitgangsvermogen heeft dat gelijk is aan dat van de luidspreker.

Of je kiest voor luidsprekers met een hoge of lage gevoeligheid hangt af van de eisen van je opstelling. Als vermogensefficiëntie belangrijk is (bijvoorbeeld in draagbare luidsprekers of autoradio's), is een hoge gevoeligheid het beste, terwijl je in een professionele audio-installatie luidsprekers met een hoger vermogen wilt.

Frequentiebereik

Als we het hebben over de frequentierespons van een luidspreker, hebben we het over het vermogen om geluid weer te geven over een reeks frequenties.

Geen enkele luidspreker is perfect, dus een frequentieresponsgrafiek helpt ons te zien waar er pieken of dalen zijn in frequenties waar de luidspreker meer of minder presteert.

Er zijn een paar redenen waarom de frequentierespons van een bepaalde luidspreker of luidsprekers belangrijk is.

Ten eerste helpt het bij het ontwerpen van een systeem met meerdere luidsprekers en waar de crossovers moeten worden ingesteld.

Ten tweede helpt het bij het kiezen van de beste luidsprekers voor de specifieke audioklus die je in gedachten hebt.

Terwijl veel consumentenluidsprekers een lichte 'glimlach' in hun frequentierespons hebben om het geluid zoeter te maken, wil je als muziekproducer een paar luidsprekers met een vlakke frequentierespons.

Op deze manier worden geen instrumenten of samples gemaskeerd door een dip in de geproduceerde frequenties, of klinken ze luider dan ze werkelijk zijn door een piek in de grafiek.

In wezen zorgt een vlakke frequentierespons in luidsprekers ervoor dat alles wat je hoort zo dicht mogelijk bij de werkelijkheid ligt.

Hoe zit het met koptelefoons?

Hoofdtelefoons gebruiken dezelfde drivertechnologie als luidsprekers. Het zijn in feite kleine luidsprekertjes die over (of in) je oren zitten.

Hoe werken stereoluidsprekers?

Een enkele luidspreker zendt geluid (meestal) in mono uit. Om een stereogeluidsveld te krijgen, heb je twee monoluidsprekers nodig die respectievelijk het linker- en rechtergeluidssignaal voeden en die op de juiste manier zijn geplaatst.

Maar heb je ooit naar een soundbar gekeken en je afgevraagd hoe het stereoveld wordt gecreëerd?

Luidsprekers die zijn ontworpen om een stereobeeld te produceren, hebben meerdere drivers in de eenheid.

Het stereosignaal wordt gesplitst in linker- en rechterkanalen en in verschillende hoeveelheden naar elke driver gestuurd om een volledig stereobeeld te krijgen.

Luidsprekers als deze worden meestal geleverd met een extra luidspreker - een subwoofer - voor lage frequenties en de stem van Batman.

Wie heeft de luidspreker uitgevonden?

Zoals bij veel uitvindingen rond de eeuwwisseling van de 20e eeuw is het moeilijk om precies vast te stellen wie de luidspreker heeft uitgevonden. De luidspreker ontstond na verloop van tijd toen wetenschappers en uitvinders meer gingen begrijpen over geluidsgolven en elektrische stroom.

Alexander Graham Bell (bekend van de uitvinding van de telefoon) leverde belangrijke bijdragen aan geluidgerelateerde technologieën, waaronder de ontwikkeling van een vroege versie van de luidspreker aan het eind van de 19e eeuw.

Aan het eind van die eeuw kwam Oliver Lodge met de eerste luidspreker met bewegende spoel. In 1915 ontvingen de Deense ingenieur Peter L. Jensen en Edward Pridham een patent voor hun uitvinding van een elektrodynamische luidspreker met een draadspoel bevestigd aan een membraan in een magnetisch veld.

Aan de andere kant van de vijver ontwierpen Edward W. Kellogg en Chester W. Rice in 1925 een dynamische luidspreker met een conus die uiteindelijk in licentie werd gegeven aan RCA. Dit ontwerp bevatte veel aspecten die beschouwd worden als de basis voor de moderne luidsprekertechnologie.

Er is een dorp voor nodig en zo. Het volstaat te zeggen dat veel kegelhoofden ontelbare uren aan hun hoofd hebben besteed om ervoor te zorgen dat je vandaag de dag kunt genieten van Nickelback-concerten met volledige natuurgetrouwheid.

De toekomst van luidsprekers

Technologie wordt steeds kleiner en goedkoper. Dat weten we allemaal. Maar als het op luidsprekers aankomt, is de basis van de technologie niet veel veranderd sinds de uitvinding ervan.

In feite zijn luidsprekers een van de meest inefficiënte technologieën die we tegenwoordig gebruiken. Meer dan 99% van de energie die in de luidspreker gaat, genereert iets anders dan geluid. Het meeste wordt omgezet in warmte.

Het is nogal verrassend dat de EPA het gebruik van luidsprekers nog niet heeft verboden vanwege hun slechte energieprestaties.

Maar dankzij een nieuw materiaal dat in 2004 werd ontdekt, zouden luidsprekers van de toekomst wel eens anders kunnen zijn.

Grafeen is een extreem licht materiaal, wat betekent dat het veel minder energie nodig heeft om heen en weer te bewegen om een drukgolf te creëren. Uitstekend nieuws als je een tweeter bent.

Als wetenschappers kunnen uitvinden hoe ze grafeen met succes op grote schaal kunnen produceren en in commerciële toepassingen kunnen integreren, zouden de luidsprekers van de toekomst lichter en veel energie-efficiënter kunnen zijn.

Tot die dag zitten we opgescheept met mini-verwarmers die veranderingen in de luchtdruk creëren door elektrische signalen, oftewel de luidspreker.

Ga nu en luister naar de muziek!