Lumea în care trăim este conectată pentru sunet. Cu excepția cazului în care locuiți pe vârful unui munte (norocoși), sunt șanse să auziți sunetul provenit de la o mulțime de difuzoare diferite în timp ce vă petreceți ziua.

Telefoane mobile. Televizoare. Lifturile. Difuzorul Bluetooth de la metrou care emite prostii pe care nu vrei să le auzi.

Și poate cel mai important pentru noi, muzicienii, difuzoarele ne permit să ne auzim munca în cele mai mici detalii.

Dar cum funcționează mai exact difuzoarele? Chiar dacă nu sunteți curioși să aflați cum se fabrică cârnații de sunet, este o idee bună să aveți o înțelegere de bază a tehnologiei boxelor dacă intenționați să vă petreceți viața într-un studio.

Bazele sunetului

Înainte de a ne uita la difuzoare, să facem o scurtă recapitulare a modului în care funcționează sunetul în sine.

Sunetul este în esență energie mecanică sub formă de unde care se deplasează printr-un mediu - fie el aer, lichid sau solid.

Această mișcare determină modificări localizate ale presiunii în funcție de forma formei de undă, la fel ca undele create atunci când aruncați o pietricică (sau telefonul) în apă.

În imaginea de mai jos veți vedea o undă sinusoidală de 1kHz. Vedeți cum există o creștere, urmată de o scădere, a nivelului de presiune sonoră în raport cu presiunea ambientală? Acesta este sunetul în mișcare.

În interiorul urechilor noastre, mii de celule mici de păr răspund la aceste schimbări de presiune, transformându-le într-un semnal electric pe care creierul nostru îl poate interpreta ca fiind Nickelback. Sau orice altceva.

Un semnal audio analogic este sunetul sub formă de energie electrică, reprezentat ca o formă de undă de tensiune. Iată aceeași undă sonoră reprezentată ca un semnal electric:

Sunetul digital este o reprezentare a unui semnal analogic stocat în format binar.

Un semnal audio, indiferent dacă este analogic sau digital, trebuie să fie convertit înapoi într-o undă sonoră (energie mecanică) pentru ca urechile noastre să îl poată înțelege.

Introduceți difuzorul.

Cum funcționează difuzoarele: Noțiuni de bază

Înainte de a intra în detalii despre componentele difuzoarelor și despre modul în care acestea funcționează, haideți să facem o scurtă trecere în revistă a ceea ce face un difuzor pentru a recrea sunetul.

Un semnal audio amplificat este trimis către o bobină de sârmă metalică. Această bobină reacționează la curentul electric care trece prin ea, interacționând cu un magnet din interiorul difuzorului și determinând o diafragmă să vibreze.

Diafragma mișcă aerul, creând unde sonore care sunt o copie exactă a semnalului audio original. Et voila! Îți poți auzi mama vorbind cu tine din cealaltă parte a țării.

Evident, aceasta este o simplificare excesivă. Dar acum că știm versiunea Cliffs Notes a modului în care vorbitorii își desfășoară activitatea, să analizăm lucrurile în detaliu.

Ce este în interiorul unui difuzor?

Să aruncăm o privire la toate piesele difuzorului care creează magia...

Driverul difuzorului

Driverul difuzorului este responsabil pentru conversia semnalului electric în unde sonore. Acesta este motorul care alimentează reproducerea sunetului difuzorului.

Din interior spre exterior, componentele care alcătuiesc un difuzor sunt:

• Stâlp
• Placă spate
• Magnet
• Placă superioară
• Bobină vocală
• Coș
• Păianjen
• Con și margine
• Capac de praf

Stâlp, spate și placă superioară

Piesa polară a unei boxe este ca bagheta unui dirijor, menținând sincronizată orchestra de sunete care curge prin boxă. Este axa centrală în jurul căreia se bazează întregul sistem magnetic.

Placa din spate se află în spatele stâlpului și, deloc surprinzător, placa de sus se află deasupra.

Magnet

Magnetul permanent este înconjurat de pol și plăci pentru a-și concentra câmpul magnetic și este atașat la coșul difuzorului.

Este denumit magnet permanent deoarece este întotdeauna un magnet.

Pe de altă parte, bobina vocală devine magnet (sau, mai exact, electromagnet) numai atunci când este alimentată cu un curent electric.

Bobină de voce

Bobina vocală este un fir strâns înfășurat în jurul unui cilindru mic, numit uneori bobină. Arată ca un fel de yo-yo.

Atunci când un semnal electric trece prin bobină, aceasta devine un electromagnet, interacționând cu magnetul permanent.

Dacă vă amintiți lecțiile de științe, vă veți aminti că forțele similare se resping, iar cele opuse se atrag. Această interacțiune a forțelor magnetice creează mișcarea care împinge bobina în jur și, în cele din urmă, creează undele sonore.

Păianjen și înconjurător

Păianjenul este o bucată ondulată de material care susține bobina vocală. Acesta menține bobina în poziție, permițându-i în același timp să se miște liber înainte și înapoi.

Deși pare o contradicție, nu este. Rolul principal al păianjenului este de a permite bobinei vocale să se deplaseze într-o singură direcție; și anume în sus și în jos. Fără păianjen, bobina vocală s-ar plimba aiurea în interiorul carcasei difuzorului.

Marginea îndeplinește o funcție similară cu cea a păianjenului, cu excepția faptului că menține conul în poziție în partea superioară a coșului.

Conul

Cunoscut și sub numele de diafragmă, conul difuzorului este una dintre puținele părți pe care le puteți vedea pe un difuzor.

Conul se mișcă înainte și înapoi ca răspuns la impulsurile magnetice ale bobinei vocale. Mișcarea conului creează unde de presiune în aerul din jurul său, creând sunetele pe care le auziți.

Capac de praf

Acest micuț tip oprește praful și particulele de murdărie să intre în ansamblul difuzorului și să încurce lucrurile.

Coș

Este doar un termen fantezist pentru carcasa care ține împreună toate piesele difuzorului. De fapt, arată un pic ca un coș.

Așadar, acesta este tot ceea ce alcătuiește un vorbitor real. Dar în limbajul de zi cu zi, când vorbim despre vorbitori, ne referim la întregul ansamblu.

Deci, de ce altceva mai este nevoie pentru ca difuzoarele să funcționeze?

Componente electrice

Pentru a face bobina să pompeze gemul, trebuie să îi trimiteți un semnal electric. Acest lucru se face cu ajutorul bornelor difuzorului și al unui fir împletit.

Terminalele sunt file metalice sau porturi de conectare care conectează un cablu audio la difuzor.

La aceste terminale este conectat firul împletit care este atașat bobinei vocale, oferindu-i combustibilul de care are nevoie.

Locuințe

Un difuzor are nevoie de o carcasă, adesea denumită cabinet, pentru a funcționa corect din mai multe motive.

În primul rând, oferă un mediu etanș pentru a proteja diversele componente care alcătuiesc driverul de praf, murdărie și păr de câine.

În al doilea rând, atenuează anularea fazei. Pe măsură ce diafragma unui difuzor se mișcă, aceasta creează unde sonore în ambele direcții. Fără carcasă, aceste unde s-ar anula reciproc.

În cele din urmă, incinta influențează modul în care este distribuit sunetul. Sunetul poate fi direcționat într-o anumită direcție, iar frecvențele joase pot fi acordate corespunzător.

Carcasa este fabricată dintr-un material gros care nu este foarte flexibil. Lemnul sau MDF-ul de densitate medie este un material obișnuit, deși se utilizează și plasticul.

Amplificare

Toate acestea sunt bune și frumoase, dar un difuzor de unul singur nu va produce nimic util.

În timp ce difuzoarele vin într-o varietate de forme și dimensiuni, toate au aceeași cerință: un semnal audio mai puternic decât semnalul de nivel de linie trimis de dispozitivele de redare, cum ar fi un televizor sau o interfață audio.

Un amplificator de putere este utilizat pentru a amplifica semnalul de la nivelul liniei la nivelul difuzoarelor. În funcție de difuzoare, acesta poate fi o unitate externă sau încorporată în carcasa difuzoarelor.

Difuzoare active

Boxele active au un amplificator încorporat Yamaha HS5 sunt boxe active populare pentru monitorizarea în studio.

Difuzoare pasive

Difuzoarele pasive necesită un amplificator de putere extern pentru a genera unde sonore din semnalul audio.

JBL PRX412 este un exemplu robust de difuzor pasiv care necesită un amplificator de putere extern pentru a-i da suficientă putere de zgomot.

Cum produc difuzoarele frecvențe diferite?

Până acum am analizat modul în care difuzoarele transformă energia electrică (un semnal) în unde de presiune în aer și, astfel, în sunet.

Dar nu toate frecvențele sunt create la fel, iar un singur difuzor care încearcă să acopere toate bazele (scuzați jocul de cuvinte) va fi într-adevăr unul slab.

Acesta este motivul pentru care veți vedea stive masive de difuzoare la concerte. Unele acoperă frecvențele joase (subwooferele și wooferele), altele gama medie, iar micile tweetere au grijă de toate gamele de frecvențe înalte.

Toate aceste difuzoare sunt construite diferit, pentru a gestiona frecvențele diferite pe care le urmăresc.

Dar nu toată lumea dorește o grămadă uriașă de difuzoare în studioul (sau sufrageria) lor, ca să nu mai vorbim de dezordinea de amplificatoare de putere și crossovere.

Introduceți difuzorul cu mai multe drivere.

Difuzoare Multi-Driver

Difuzoarele cu mai multe drivere utilizează 2, 3 sau chiar 4 drivere de diferite dimensiuni pentru a gestiona frecvențe diferite. Cea mai comună dintre acestea este difuzorul cu driver dublu, denumit uneori difuzor cu 2 căi.

În interiorul unei boxe cu 2 căi se află un crossover care trimite toate frecvențele înalte la tweeter, iar gama de frecvențe medii și joase la woofer, prin intermediul unui filtru trece-înalt și trece-jos.

Utilizarea unui crossover în acest mod înseamnă că difuzorul produce o gamă completă de frecvențe de ieșire, menținând în același timp o calitate a sunetului pe care un singur driver nu ar putea-o obține.

Dacă faceți muzică în studioul dvs. de acasă, sunt șanse să utilizați o boxă cu 2 căi pentru monitorizare, cum ar fi Yamaha HS5 menționată mai sus sau KRK Rokit 5 G4, prezentată mai jos.

Difuzoarele cu două drivere sunt bune pentru înregistrarea și mixarea în propriul studio. Dar când vine vorba de masterizare (fie că folosiți un serviciu online precum eMastered, fie că o încredințați unei persoane), veți dori un pic mai multe detalii, astfel încât difuzoarele cu 3 sau 4 căi vă vor fi mai utile.

Același lucru este valabil și pentru studiourile de înregistrare comerciale. Acestea pot folosi o pereche de difuzoare de monitorizare alimentate pentru înregistrare și monitorizare, dar când vine vorba de mixare, vor porni băieții răi.

Ce este impedanța difuzoarelor?

Impedanța difuzorului este în esență o modalitate de măsurare a rezistenței totale a fluxului de curent electric în difuzor.

Măsurată în ohmi, impedanța provine atât din rezistența firului bobinei vocale, cât și din inductanța cauzată de înfășurarea acelui fir într-o bobină. Inductanța este diferită de rezistență deoarece se modifică în funcție de frecvență - denumită reactanță inductivă.

Din cauza acestei variabile, impedanța este diferită de rezistența "normală" și este calculată folosind o formulă complicată pe care muzicienii nu ar trebui să o înțeleagă niciodată.

În schimb, trebuie să știți că este important să potriviți impedanța difuzoarelor și a amplificatorului. Impedanța nepotrivită poate duce la reducerea calității audio, supraîncălzire și, în cazuri extreme, la deteriorarea echipamentului.

Nu uitați copii, combinați întotdeauna difuzoarele cu amplificatoare compatibile.

Puterea difuzorului față de sensibilitatea difuzorului

Mai mare înseamnă mai bine, nu?

Nu întotdeauna. Majoritatea oamenilor, atunci când compară difuzoare, atribuie o putere nominală mai mare (în wați) unui volum mai mare. Dar, în practică, veți putea utiliza la maximum puterea respectivă?

O modalitate mai bună de a compara difuzoarele este de a analiza sensibilitatea difuzoarelor. Aceasta se măsoară în decibeli și cuantifică eficiența cu care un difuzor convertește puterea electrică în sunet.

O sensibilitate mai mare înseamnă că un difuzor poate produce mai mult sunet pentru o anumită cantitate de putere. Cu alte cuvinte, este mai eficient la convertirea electricității în unde sonore.

Măsurarea sensibilității difuzoarelor nivelează terenul de joc atunci când vine vorba de compararea eficienței și a puterii difuzoarelor.

Cu toate acestea, este totuși important să luați în considerare capacitatea difuzoarelor de a suporta puterea dacă utilizați un amplificator extern. Măsura reprezintă câtă putere electrică poate suporta difuzorul fără a fi deteriorat, deci este important să vă asigurați că amplificatorul are o putere de ieșire egală cu cea a difuzorului.

Alegerea unor difuzoare cu sensibilitate ridicată sau scăzută depinde de cerințele configurației dumneavoastră. Dacă eficiența energetică este importantă (de exemplu, în cazul boxelor portabile sau al sistemelor stereo auto), sensibilitatea ridicată este cea mai bună, în timp ce într-o configurație audio profesională este posibil să doriți boxe cu o capacitate energetică mai mare

Răspuns în frecvență

Când vorbim despre răspunsul în frecvență al unui difuzor, ne referim la capacitatea acestuia de a reproduce sunetul pe o gamă de frecvențe.

Niciun difuzor nu este perfect, astfel încât un grafic de răspuns în frecvență ne ajută să vedem unde pot exista vârfuri sau coborâșuri în frecvențe în care acesta accentuează sau nu performanțele.

Există câteva motive pentru care răspunsul în frecvență al unui anumit difuzor sau difuzoare este important.

În primul rând, ajută la proiectarea unui sistem cu mai multe difuzoare și la setarea crossoverelor.

În al doilea rând, ajută la alegerea celor mai bune difuzoare pentru o anumită activitate audio pe care o aveți în minte.

În timp ce multe difuzoare de consum au un ușor "zâmbet" în răspunsul lor de frecvență pentru a îndulci sunetul, ca producător de muzică vă doriți o pereche de difuzoare cu un răspuns de frecvență plat.

În acest fel, niciun instrument sau eșantion nu va fi mascat de o scădere a frecvențelor produse sau nu va suna mai tare decât este în realitate din cauza unui vârf în grafic.

În esență, un răspuns plat al frecvenței în difuzoare va asigura că tot ceea ce auziți este cât mai aproape de real.

Cum rămâne cu căștile?

Căștile utilizează aceeași tehnologie de driver pentru difuzoare ca și difuzoarele. Acestea sunt, de fapt, niște boxe micuțe care se așează deasupra (sau în) urechile dumneavoastră.

Cum funcționează difuzoarele stereo?

Un singur difuzor (în general) transmite sunetul în monofonie. Pentru a obține un câmp sonor stereo, aveți nevoie de două difuzoare mono care să transmită semnalul audio stânga, respectiv dreapta, amplasate corespunzător.

Dar v-ați uitat vreodată la o bară de sunet și v-ați întrebat cum este creat câmpul stereo?

Unitățile cu un singur difuzor concepute pentru a produce o imagine stereo au mai multe drivere poziționate în întreaga unitate.

Semnalul stereo este împărțit în canale stânga și dreapta și este trimis în cantități variabile fiecărui driver pentru a obține o imagine stereo completă.

Difuzoarele de acest tip tind să vină cu un difuzor suplimentar - un subwoofer - pentru a gestiona frecvențele joase și vocea lui Batman.

Cine a inventat difuzorul?

Ca în cazul multor invenții de la începutul secolului al XX-lea, este greu de stabilit cu exactitate cine a inventat difuzorul. Acesta a apărut în timp, pe măsură ce oamenii de știință și inventatorii au început să înțeleagă mai multe despre undele sonore și curentul electric.

Alexander Graham Bell (celebrul inventator al telefonului) a adus contribuții semnificative la tehnologiile legate de sunet, inclusiv la dezvoltarea unei versiuni timpurii a difuzorului la sfârșitul secolului al XIX-lea.

Chiar la sfârșitul acelui secol, Oliver Lodge a inventat primul difuzor cu bobină mobilă. Apoi, în 1915, inginerul danez Peter L. Jensen și Edward Pridham au primit un brevet pentru invenția lor privind designul unui difuzor electrodinamic care utiliza o bobină de sârmă atașată la o diafragmă plasată într-un câmp magnetic.

De cealaltă parte a lacului, în 1925, Edward W. Kellogg și Chester W. Rice au proiectat un difuzor dinamic cu un con care a fost în cele din urmă licențiat către RCA. Acest proiect a inclus multe aspecte care sunt considerate baza tehnologiei moderne a difuzoarelor.

Este nevoie de un sat și toate cele. Este suficient să spunem că o mulțime de capete de con au petrecut nenumărate ore pentru a se asigura că vă puteți bucura astăzi de concertele Nickelback la fidelitate maximă.

Viitorul boxelor

Tehnologia devine din ce în ce mai mică și mai ieftină. Știm cu toții asta. Dar când vine vorba de boxe, elementele de bază din spatele tehnologiei nu s-au schimbat prea mult de când au fost inventate.

De fapt, boxele sunt una dintre cele mai ineficiente tehnologii pe care le folosim astăzi. Peste 99% din energia care intră în difuzor generează altceva decât sunet. Cea mai mare parte a acesteia se transformă în căldură.

Este oarecum surprinzător că EPA nu a interzis utilizarea difuzoarelor din cauza performanței lor energetice slabe.

Dar datorită unui nou material descoperit în 2004, boxele viitorului ar putea fi diferite.

Grafenul este un material extrem de ușor, ceea ce înseamnă că are nevoie de mult mai puțină energie pentru a se mișca înainte și înapoi pentru a crea o undă de presiune. Vești excelente dacă sunteți un tweeter.

Dacă oamenii de știință vor reuși să implementeze cu succes producția de grafen pe scară largă și să îl integreze în aplicații comerciale, boxele viitorului ar putea fi mai ușoare și mult mai eficiente din punct de vedere energetic.

Până în acea zi, rămânem cu mini-încălzitoare care creează schimbări în presiunea aerului datorită semnalelor electrice, adică difuzorul.

Acum mergeți înainte și ascultați muzica!