Sähködynaaminen kaiutin on kaiutin , jossa sähköinen signaali muunnetaan ääneksi johtuen kelan liikkeestä virralla kestomagneetin (harvemmin sähkömagneetin) magneettikentässä, minkä jälkeen syntyneet mekaaniset värähtelyt muuttuvat ympäröivän ilman tärinää diffuusorin avulla.
Bellin puhelimessa ja myöhemmissä suunnitelmissa käytettiin sähkömagneettista kapselia sähkövärähtelyjen muuttamiseksi akustisiksi . Siinä magneettisesti pehmeästä materiaalista valmistettu kalvo värähteli kestomagneetin ja sähkömagneetin magneettikentässä . 1920-luvun lopulle asti suurin osa kaiuttimista käytti tätä toimintaperiaatetta. Tällaisissa kaiuttimissa oli korkea epälineaarinen ja taajuussärö sekä Foucault-virroista ja hystereesistä johtuvia häviöitä [1] .
Oliver Lodge ehdotti ensimmäistä kelaa, jossa virta liikkui voimalinjojen yli, käytettäväksi kaiuttimessa vuonna 1898 [2] . Vuonna 1924 Chester W. Riceja Edward W. Kelloggpatentoi sähködynaamisen kaiuttimen modernia muotoilua lähinnä olevan [3] .
XX-luvun 20-30-luvuilla materiaaleja riittävän tehoisten kestomagneettien valmistukseen ei tunnettu , joten noiden vuosien kaiuttimissa käytettiin sähkömagneetteja magneettijärjestelmässä . Päätoiminnon - kaiuttimen magneettikentän luomisen - lisäksi ne toimivat myös kuristimena , heikentäen verkkovirran taustavirtaa, mikä johtui virtalähteen tasasuuntaisen jännitteen riittämättömästä suodatuksesta . Myös kaiuttimen magneettijärjestelmässä olevaa erityistä antifonaalista kelaa voitaisiin käyttää taustan vaimentamiseen. Tällaisen kelan läsnäolo rajoitti kuitenkin tällaisten kaiuttimien käyttöä akkuradioissa (pariston kulutuksen lisääntymisen vuoksi), radiopisteissä ja etäkaiuttimissa (lisävirtalähteen tarpeen vuoksi). Tästä syystä dynaaminen kaiutin ei heti korvannut sähkömagneettisia kaiuttimia : esimerkiksi Record-tyyppisiä kaiuttimia valmistettiin Neuvostoliitossa vuoteen 1952 asti. Hi-End- laitteissa voidaan kuitenkin käyttää kestomagneetin lisäksi kenttäkaiuttimia.
Elektrodynaamisen kaiuttimen kiinteä osa sisältää diffuusoripidikkeen ja magneettijärjestelmän . Hajotin liitetään joustavasti diffuusorin pidikkeeseen ulkopuolelta jousituksen avulla ja sisältä - keskitysaluslevyn avulla . Hajottimeen on kiinnitetty jäykästi äänikela , joka voi liikkua vapaasti magneettiraossa koskematta seiniin. Hajottimen keskiosassa oleva reikä on peitetty suojakorkilla .
Aallotetun joustavan jousituksen (reuna-aalto, "kaulus") on tarjottava suhteellisen alhainen resonanssitaajuus (eli sillä on oltava suuri joustavuus); liikkuvan järjestelmän liikkeen tasosuuntainen luonne (eli vääntö- ja muun tyyppisten värähtelyjen puuttuminen) molempiin suuntiin tasapainoasennosta ja liikkuvan järjestelmän resonanssivärähtelyjen energian tehokas absorptio. Lisäksi suspension on säilytettävä muotonsa ja ominaisuutensa ajan kuluessa ja ulkoisen ympäristön ilmastotekijöiden (lämpötila, kosteus jne.) vaikutuksesta. Kokoonpanon (profiilin muodon) kannalta, joka vaikuttaa merkittävästi kaikkiin näihin ominaisuuksiin, yleisimmät ovat puolitoroidiset, sinin muotoiset, S:n muotoiset suspensiot jne. Luonnolliset kumityypit, polyuretaanivaahto, kumiset kankaat , luonnon- ja synteettiset kankaat erityisillä vaimennuspinnoitteilla.
Hajotin on kaiuttimen tärkein säteilevä elementti, jonka on tarjottava lineaarinen taajuusvaste tietyllä taajuusalueella. Ihannetapauksessa kartion tulisi toimia kuin mäntä , edestakaisin siirtääkseen äänikelan värähtelyt ympäröivään ilmaan. Taajuuden kasvaessa siihen kuitenkin ilmaantuu taivutusvoimia, jotka johtavat seisovien aaltojen ilmaantumiseen, mikä tarkoittaa resonanssin huippuja ja laskuja kaiuttimen taajuusvasteessa sekä äänen vääristymistä. Vähentääkseen näiden vaikutusten vaikutusta, he yrittävät lisätä diffuusorin jäykkyyttä samalla kun käytetään materiaaleja, joiden tiheys on pienempi. Nykyaikaisissa malleissa 8-12 tuuman matalataajuisten kaiuttimien toiminta-alue ulottuu keskimäärin 1 kHz:iin, 5-7" keskitaajuisten - 3 kHz asti, korkeataajuisten - 20 kHz asti. .
Hajottimet materiaalityypin mukaan ovat:
Hajottimet voivat olla:
Harvemmin käytetyt monimutkaisemman muodon diffuusorit, esimerkiksi aallotetut , jotka yhdistävät kartion ja useita ripustuksia yhdeksi osaksi kerralla - tätä ratkaisua käytetään pienikokoisille laajakaistakaiuttimille, jotta voidaan vähentää keskinäismodulaatiosäröä ja laajentaa toistettavien taajuuksien aluetta.
Muut tärkeät diffuusori-ripustusjärjestelmän resonanssit riippuvat myös generatrixin muodosta ja materiaalin jäykkyydestä. Kaikissa pehmeissä diffuusereissa on tyypillinen notkahdus ja sitten taajuusvasteen aalto, kun värähtelyt ylittävät diffuusorin ja jousitus alkaa toimia.
On myös otettava huomioon, että jos dynamiikka on jopa taajuusvasteen äärettömässä tasossa, niin 200 mm leveässä tasossa taajuusvaste nousee 700-900 Hz:n alueelle, joten diffuusorit, jotka antavat dip tällä alueella on tasainen taajuusvaste kotelossa, eikä lisäkorjauspiirejä tarvita, ja jotkut valmistajat ottavat tämän huomioon.
Pölysuojus on pallomainen kuori, joka suojaa magneettipiirin työrakoa pölyltä, mutta on samalla kehän jäykistävä ripa. Lisäksi korkki on säteilevä elementti, joka edistää taajuusvasteen muodostumista keski- ja korkeilla taajuuksilla. Rakenteellisen jäykkyyden varmistamiseksi korkit valmistetaan pääsääntöisesti kupolin muotoisiksi eri kaarevuussäteillä. Materiaalina käytetään selluloosakoostumuksia , synteettisiä kalvoja, kyllästettyjä kankaita . Tehokkaat matalataajuiset kaiuttimet käyttävät joskus metallisuojuksia, minkä ansiosta niitä voidaan käyttää lisäelementtinä lämmön poistamiseen äänikelasta. Mutta korkilla varustetuissa malleissa korkean Q-resonansseja syntyy kannen ja kelan välisessä tilassa, joten jotkut valmistajat laittavat korkkien sijasta vaihetasaavia "luoteja", jotka eivät aiheuta omia vääristymiä.
Hajottimen ja kaiutinkotelon väliin on asennettu erityinen aluslevy, jonka pitäisi varmistaa matalataajuisten kaiuttimien resonanssitaajuuden vakaus dynaamisten ja lämpökuormien olosuhteissa, elastisten ominaisuuksien lineaarisuus liikkuvan järjestelmän suurilla siirtymillä, estää siirtyminen äänikelan säteittäisessä suunnassa ja liikkuvan järjestelmän "vajoaminen" sekä suojaa magneettista rakoa pölyltä. Tyypillisesti matalataajuisissa kaiuttimissa käytetään keskitysaluslevyjä, joissa on sinimuotoinen poimutus (aallotusten lukumäärä vaihtelee välillä 5-7 - 9-11), litteät tai "sillalliset". Joissakin malleissa on kuitenkin monimutkaisempia kokoonpanoja (esim. tangentiaalisia), jotka tarjoavat niitä käyttävien yritysten mukaan suuremman lineaarisuuden elastisiin ominaisuuksiin, muodon vakauteen jne. Aluksi keskitysaluslevyllä oli täysin erilainen muotoilu: se kiinnitettiin magneettijärjestelmän ytimeen ja äänikelan sisäpuolelle. Tällaisella aluslevyllä oli erottuva ulkonäkö, joka antoi sille nimen "hämähäkki", joka on säilynyt joillakin kielillä huolimatta siitä, että nykyaikaisilla keskityslevyillä on täysin erilainen muotoilu.
Aluslevyjen materiaaleina käytetään luonnonaramidikankaita (kuten kalikon , karkean kalikon jne.), jotka on kyllästetty bakeliittilakalla, synteettisiä polyamideihin perustuvia kankaita , polyesteriä , nailonia jne. Joissakin matalataajuisissa kaiuttimissa käytetään aluslevyjä, joiden materiaali on kudottua metallilankaa (alumiini, kupari), jotka valmistajien mukaan parantavat lämmön poistumista äänikelasta.
Puhekela on käämi, jossa on lanka , joka sijaitsee magneettipiirin rakossa ja tarjoaa yhdessä kaiuttimen magneettijärjestelmän kanssa sähköenergian muuntamisen mekaaniseksi energiaksi. Kaiuttimen magneettijärjestelmä koostuu yleensä rengasmagneetista ja ytimestä, jonka välissä äänikela liikkuu koskematta seiniin. Erittäin tärkeää on magneettikentän tasaisuus kelan iskun sisällä, jota varten magneettien navat muodostetaan erityisellä tavalla ja ytimeen laitetaan kuparihattu. Kelan massan vähentämiseksi (mikä on erityisen tärkeää diskanttikaiuttimissa) valmistajat käyttävät joskus alumiinilankaa, mukaan lukien kuparipinnoitettua lankaa. Sähkövirta syötetään käämiin joustavilla langoilla, jotka ovat synteettiselle langalle kierrettyjä johtoja. Johdot kiinnitetään usein kartioon, jotta ne eivät kosketa muita kaiuttimen osia käytön aikana. Johtojen vastakkaiset päät on kytketty kaiuttimen pohjassa olevaan riviliittimeen (johon kaiutin asennetun laitteen sähköpiirin johtimet juotetaan). Yleensä liittimet on merkitty "+"- ja "-"-merkeillä, mikä mahdollistaa kaiutinjärjestelmän muodostavien päiden oikean vaiheistuksen (yhteistilan sisällyttämisen) . Vaiheessa päälle kytketyt päiden diffuusorit siirtyvät joka hetki yhteen suuntaan (sisään- tai ulospäin), jota voidaan ohjata visuaalisesti kohdistamalla päihin hetkeksi pieni vakiojännite.
Kun käytetään äänitaajuista sähköistä signaalia , kela tuottaa pakotettuja värähtelyjä kestomagneetin kentässä ampère - voiman vaikutuksesta kohtisuorassa magneettikenttälinjoja vastaan, johtaen diffuusorin ja luoden ilmaan harventumis- ja puristusaaltoja. se. Diffusori-käämin linkki värähtelee syötetyn virran taajuuden mukaan. Kun raon muodostavien magneettisydämien paksuus on pieni , vain pieni osa kelasta toimii, mikä on suunnilleen yhtä suuri kuin raon magneettisydämien paksuus. Kelan osat, jotka ylittävät raon, eivät melkein toimi, tällaisilla kaiuttimilla on erittäin alhainen hyötysuhde . Kelaan vaikuttava voima voidaan laskea soveltamalla Ampèren lakia
,missä on magneettikentän induktio raossa, on kelan läpi kulkeva virta, on se osa käämin langan pituudesta, joka sijaitsee magneettipiirien välissä.
,missä on kelan kierrosten lukumäärä raossa, on kelan halkaisija.
,missä on raon muodostavien magneettipiirien paksuus, on kelalangan halkaisija.
Kaiuttimen tehokkuuden lisäämiseksi on tarpeen lisätä raon muodostavien magneettipiirien paksuutta, kun taas suhteessa raon kasvuun magneettinen induktio raossa pienenee , mutta kelan suhteellinen työosa kasvaa , eli kelalangan pituuden suhteellinen työosa tiettyyn arvoon, jonka jälkeen pituuskelalangan suhteellinen työosa alkaa pienentyä. Kun äänitaajuuden sähköisen signaalin amplitudi muuttuu, muuttuu myös diffuusorin asento. Koska kelaan kohdistetun äänitaajuuden sähköisen signaalin taajuus on ihmiskorvan kuuluvuuden sisällä (16-20 000 Hz ), myös diffuusori värähtelee kestomagneettiin nähden samalla taajuudella.
Useimpien dynaamisten päiden ja vierekkäisten ilmakerrosten diffuusorin todellinen värähtelytaajuus on alueella noin 300-12 000 Hz, ja mitä pienempi ja yksinkertaisempi kaiutin on, sitä pienempi tämä taajuusalue ja sitä vähemmän lineaarinen sen amplitudi-taajuusvaste . Tämän alueen ulkopuolella olevilla taajuuksilla säteilyteho on mitätön. Pienikokoiset dynaamiset päät eivät sovellu pienimpien taajuuksien (noin 16-250 Hz) toistamiseen.
Värähtelevä diffuusori luo ääniaaltoja ilmaan, jotka ihmiskorva havaitsee. Siten dynaamisen pään avulla vahvistimesta tuleva äänitaajuusalueen sähköinen signaali muunnetaan ääneksi.
Toistettaessa kaiuttimen toistaman taajuusalueen alhaisia taajuuksia, diffuusorin koko pinta toimii ja taajuusalueen korkeimpia taajuuksia toistettaessa toimii vain sen keskiosa, joka sijaitsee kelan yläpuolella. Siksi täyden alueen kaiuttimissa metalli-, polymeeri- tai paperipeitto on usein järjestetty keskelle - kupoli korkeiden taajuuksien toiston parantamiseksi.
Pään tehoparametreja määritettäessä on otettava huomioon, että Neuvostoliitossa ne ilmaistiin eri aikoina eri tavalla - vuoteen 1985 asti GOST 9010:n mukaan, myöhemmin OST 4.383.001:n mukaan, jonka vaatimukset ovat lähempänä kansainvälisiä standardit.
Dynaamisen pään tärkeimmät tekniset ominaisuudet ovat seuraavat.
Laadukkaan signaalin toistoa varten kaiuttimen on toistettava signaali laajalla taajuusalueella pienellä säröllä (epälineaarinen, keskinäismodulaatio, taajuus jne.), laajalla dynaamisella alueella ja mahdollisimman tehokkaasti . Kaikkia näitä vaatimuksia ei voida ottaa huomioon yksinkertaisen dynaamisen pään suunnittelussa. Lisäksi akustisen oikosulun ilmiön vuoksi on mahdotonta luoda avointa dynaamista päätä, joka toimii tyydyttävästi keski- ja matalilla taajuuksilla. Taajuusalueen laajentamiseksi voidaan käyttää monimutkaisen muotoista diffuusoria (aallotettu, lisäkartiolla jne.). Korkealaatuiseen äänentoistoon käytetään kuitenkin monimutkaisia akustisia järjestelmiä , jotka koostuvat useista kapeakaistaisista päistä ja sisältävät myös akustisia suunnittelutyökaluja tehokkuuden lisäämiseksi ja vaadittujen kaiutinominaisuuksien luomiseksi ( suuntauskuvio , taajuusvaste jne.).
Sähködynaamisen pään laite on käännettävyyden vuoksi periaatteessa identtinen dynaamisen mikrofonin laitteen kanssa , joten nämä laitteet voidaan vaihtaa keskenään. Esimerkiksi monissa sisäpuhelinmalleissa, sisäpuhelimissa ja jopa kuuntelulaitteissa, jotka erikoispalvelut aikoinaan kiinnittivät langallisiin lähetysvastaanottimiin, dynaamisia päitä voidaan käyttää äänivastaanottimena - mikrofonina.