How Speakers Work - بلندگوها چگونه كار مي‌كنند
با سلام ..
بلندگوها چگونه كار مي‌كنند
مقدمه:
در هر سيستم صوتي، كيفيت نهايي سيستم به بلندگوهاي به‌كار رفته در آن سيستم بستگي دارد، اگر يك سيستم بسيار حرفه‌اي صوتي با آمپليفاير بسيار پر قدرت، صدايي را كه با كيفيت بسيار خوب ضبط شده است، از بلندگويي ضعيف پخش كند، صدا بسيار نا مطلوب خواهد بود.
بلندگوها سيگنالهاي الكترونيكي را از دستگاههايي همانند سي دي هاي صوتي و DVD ها دريافت كرده و تبديل به صداهاي قابل شنيدن براي ما مي‌كنند.
در مقاله حاضر، به تشريح مباني كاركرد بلندگوها و نحوه تبديل سيگنالهاي الكترونيكي به صوت را تشريح خواهيم كرد.
مقدمه‌اي بر صوت:
در درون گوش آدمي پرده بسيار نازكي به نام پرده صماخ وجود دارد، هنگامي كه اين پرده مرتعش مي‌شود، مغز انسان اين لرزشها را بصورت صوت تفسير خواهد كرد. يكي از عمده‌ترين عواملي كه باعث تحريك و مرتعش شدن اين پرده مي‌شود، تغيرات فشار هوايي است كه با آن برخورد مي‌كند.
در عمل هنگامي كه جسمي در فضا حركت مي‌كند، هواي اطراف خود را منبسط كرده و اين انبساط باعث فشرده‌شدن هوا گرديده و اين تغير فشار در هوا منتشر شده و به گوش رسيده و باعث مرتعش شدن پرده صماخ مي‌گردد.
به عنوان يك مثال ساده به شكل زير دقت كنيد:
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
در اين شكل، يك زنگ ساده حركت داده شده است. در اين حالت در اثر برخورد چكش فلزي داخل زنگ با بدنه آن، فلز بدنه زنگ مرتعش شده و خود باعث مرتعش شدن مولكولهاي اطراف زنگ مي‌گردد. اين مولكولهاي مرتعش پس از برخورد به يكديگر به گوش انسان رسيده و باعث به حركت درآوردن پرده گوش مي‌گردد.
تفاوت اصوات:
صداهاي اطراف ما را مي‌توان بر اساس دو فاكتور زير تقسيم‌بندي كرد:
1-فركانس صوت: هرچه فركانس جسمي كه مرتعش مي‌شود بيشتر باشد، (سريعتر حركت كند و مرتعش شود)، مولكولهاي هوا با سرعت بيشتري تغير مكان مي‌دهند، لذا صدايي كه به گوش مي‌رسد صداي زير تري خواهد بود. اگر تعداد نوسانات در واحد ثانيه كم باشد، صدا بصورت بم به گوش خواهد رسيد.
2-دامنه صوت: صدايي كه از دامنه بيشتري برخوردار باشد، هوا را بيشتر فشرده خواهد كرد و به علت اينكه قادر است پرده گوش را بيشتر به حركت در آورد، بلندتر شنيده خواهد شد.
ميكروفون‌ها عملي مشابه گوش ما انجام مي‌دهند. آنها نيز داراي صفحه نازكي همانند گوش مي‌باشند كه در اثر برخورد مولكولهاي متحرك هوا به آنها، تغيراتي در ميزان ولتاژ عبوري از ميكروفون را باعث مي‌شوند و بدين ترتيب سيگنالهاي الكتريكي توليد شده را مي‌توان ثبت كرد.
در هنگام پخش نيز، بلندگو، عكس اين عمل را انجام داده و سيگنالهاي الكتريكي را به لرزه‌هاي فيزيكي و در نتيجه، امواج صوتي تبديل مي‌كند.
دسيبل:
دسيبل كه بطور مخفف آن را با dB نشان مي‌دهند، واحد اندازه‌گيري شدت صوت است. اصواتي كه ما قادر به شنيدن آن هستيم، بسيار متفاوتند.
ما مي‌توانيم صداي كشيدن انگشتان بر پوست دست و صداي يك جت جنگنده را بشنويم. صداي يك جت جنگنده 1000.000.000.000 بار بيشتر از صداي انگشتان است، با اين حال گوش انسان قادر است خود را با اين شرايط وفق دهد.
واحد دسيبل بصورت لگاريتمي افزايش مي‌يابد. بدين صورت كه كمترين صوت قابل شنيدن، صفر دسيبل (0 dB) بوده و صدايي ده برابر قويتر از آن 10 dB بوده و صدايي 100 برابر آن 20 dB خواهد بود.
در زير مي‌توان اصوات معمول و شدت آن را مشاهده كرد.
نزديك به سكوت مطلق 0 dB
نجوا كردن 15 dB
صحبت كردن عادي 60 dB
صداي يك موتور سيكلت 90 dB
بوق اتوموبيل 110 dB
موتور جت 120 dB
انفجار 140 dB
اصوات بيشتر از 85 دسيبل باعث كاهش شنوايي مي‌شوند. البته ميزان نزديكي و دوري از منبع صوت و مدت زمان قرار گرفتن در معرض آن، خود عامل مهمي در ميزان صدمه خواهد بود.
قرار گرفتن مداوم به مدت 8 ساعت در معرض اصوات با قدرت 90 دسيبل باعث آسيب ديدن گوش شده و اصوات بالاي 140 دسيبل، حتي اگر بطور لحظه‌اي با گوش برخورد كنند باعث پارگي پرده گوش و در شديد خواهند شد.
ساختار دروني بلندگوها:
همانطور كه گفته شد، بلندگو عمل عكس يك ميكروفون را انجام مي‌دهد و سيگنالهاي الكتريكي را به صوت تبديل مي‌كند. در شكل زير ساختار يك بلندگو نشان داده شده است:
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
ديافراگم بلندگو غالباً از كاغذ ساخته مي‌شود تا بتواند به راحتي تحرك كند.
مركز ديافراگم به مركز بلندگو كه سيم پيچ قرار دارد متصل شده است و از اطراف نيز از طريق ثابت كننده به بدنه بلندگو متصل شده است.
هنگامي كه جريان الكتريكي از طريق سيمهاي سيم‌پيچ بلندگو عبور مي‌كند، باعث بوجود آمدن ميدان مغناطيسي مي‌گردد كه در اثر مجاورت با آهنرباي بلندگو، باعث بالارفتن يا پايين آمدن هسته مركزي و درپوش محافظ شده و در نتيجه كاغذ ديافراگم را به داخل كشيده يا به خارج فشار خواهد داد. در اثر حركت سريع اين هسته و تغيرات پيوسته جريان الكتريسيته در داخل سيم‌پيچ، كاغذ ديافراگم بصورت پيوسته نوسان خواهد كرد كه خود باعث توليد صوت خواهد شد.
از الكترومغناطيس مي‌دانيم كه اگر از سيمهاي پيچيده شده به دور يك هسته آهني، جريان عبور كند، باعث بوجود آمدن ميدان مغناطيسي مي‌شود.
اگر اين ميدان هم قطب با قطب آهنرباي ثابتي باشد كه در بلندگو وجود دارد، باعث دفع شدن هسته آهني از آهنربا مي‌گردد و در صورت غير هم قطب بودن آن، باعث جذب آهنربا مي‌گردد.
انواع بلندگوها:
بلندگوها را بر اساس كاربردهاي آنها مي‌توان به سه دسته تقسيم كرد:
1-«Woofer»ها كه در فركانسهاي پايين كاربرد دارد.
2-«Tweeters»ها كه در فركانسهاي بالا كاربرد دارند.
3-«Midrange»ها كه فركانسهاي مياني ناحيه شنوايي صوت را پخش مي‌كنند.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
يك «Woofer» بلندگوي بزرگي است كه براي توليد اصوات با فركانس پايين توليد شده است. همانطور كه توضيح داده شد، براي توليد اصوات با فركانس پايين، كاغذ ديافراگم، تحرك كمي خواهد داشت. به همين دليل اندازه اين بلنگوها بزرگ انتخاب شده است.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
«Tweeter» در ابعاد كوچك طراحي شده است تا كاغذ ديافراگم آن بتواند به سرعت مرتعش شود. بنابراين از اين بلنگوها براي پخش اصوات با فركانس بالا (اصوات زير) استفاده مي‌شود.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
يك «Midrange» با ابعادي متوسط، توانايي توليد فركانسهاي مياني حوزه اصوات قابل شنيدن براي انسان را دارد. اندازه متوسط آن و طراحي آن بگونه‌اي است كه به جز اصوات بسيار زير و اصوات بسيار بم توانايي پخش بقيه اصوات را دارا مي‌باشد. بنابر اين در كاربردهاي خانگي و آماتوري بطور گسترده‌اي از آنها استفاه مي‌شود.
Crossover:
گاهي براي توليد صدا با كيفيت بهتر، از تركيب يك «Woofer» و يك «Tweeter» به طور همزمان استفاده مي‌شود.
در اين حالت لازم است كه فركانسهاي صوت به دو قسمت تقسيم شوند و فركانسهاي بالا از «Woofer» و فركانسهاي پايين از «Tweeter» عبور كند. بلندگوهاي با كيفيت هر دو قسمت را در درون يك مجموعه قرار داده‌اند. به عمل تقسيم فركانسهاي صوتي جهت پخش از بلندگوي مناسب آن فركانس را «Crossover» گويند.
«Crossover» ها به دو دسته تقسيم مي‌شوند:
1-غير فعال: اين دسته از مقسمهاي فركانس از خازن و سلف تشكيل شده است و به علت فعال شدن بوسيله سيگنالي كه از آن عبور مي‌كند، براي تغذيه به منبع خارجي نياز ندارند. ساده ترين نوع اين دسته را مي‌توان با كمك سلف و خازن توليد كرد.
در شكل زير Crossover غير فعال نشان داده شده است كه از يك خازن و دو سلف تشكيل شده است.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
هر خازن بر اساس مشخصات دروني خود، فركانسهاي پايين تر از حد مشخصي را عبور نخواهد داد و بصورت يك مدار باز عمل خواهد كرد. ولي هرگاه در مسير فركانسي بيشتر از آن قرار گيرد بصورت يك اتصال كوتاه عمل كرده و سيگنال را عبور خواهد داد. بدين وسيله مي‌توان فركانسهاي بالا را از فركانسهاي پايين جدا كرد.
سلفها عملي معكوس خازنها انجام مي‌دهند و در فركانسهاي پايين عمل رسانايي و انتقال فركانس را انجام داده و در فركانسهاي بالا سيگنال را به سختي عبور مي‌دهند، پس مي‌توان براي ----- كردن فركانسهاي بالا از آنها استفاده كرد.
2-فعال: اين دسته از Crossoverها، از مدارهاي الكترونيكي تشكيل شده است و سيگنال صوتي را قبل از ورود به آمپليفاير به آن فرستاده و از هركدام از خروجي‌هاي آن به طور مجزا به آمپليفاير مخصوص خود فرستاده مي‌شوند. از مزاياي اين دسته نسبت به دسته غير فعال، مي‌توان به توانايي تنظيم فركانسهاي خروجي و كيفيت بسيار بالا اشاره كرد، ولي قيمت بسيار بالاي آن، يكي از معايب آن به شمار مي‌رود.
جعبه‌هاي عايق صوتي:
در سيستمهاي حرفه‌اي صوتي، براي توليد صدا با كيفيت بهتر، از يك جعبه كه داراي عايق بندي خاص صوتي بوده و در خود هر سه بلنگوي «Tweeter» و «Woofer» و «Midrange» را دارد استفاده مي‌شود. بدين طريق، هم يك سيستم صوتي يكپارچه خواهيم داشت و هم از مزاياي كيفيت بهتر آن استفاده خواهيم كرد.
ساده‌ترين عملي كه يك جعبه بلندگو انجام مي‌دهد، ثابت نگهداشتن بلنگوها و سهولت حمل و نقل است.
جعبه‌هاي بلندگو را معمولا از چوب سخت يا اجسام بسيار سخت كه توانايي جذب لرزشهاي بلندگو را داشته باشد، مي‌سازند. علاوه بر مزاياي ذكر شده، جعبه‌هاي بلندگو، بر نحوه توليد صدا، تاثير زيادي دارند. همانطور كه قبلا گفته شد، در هنگام توليد صدا، صفحه ديافراگم بلندگو شروع به بالا و پايين رفتن كرده و با تغيرات فشار هوايي كه ايجاد مي‌كند، صدا توليد مي‌شود، در هنگام بالا و پايين رفتن صفحه ديافراگم، نه تنها تغييرات فشار در جلوي ديافراگم ايجاد مي‌شود، بلكه در پشت آن نيز هوا فشرده شده و در پشت آن نيز صدا توليد مي‌شود.
هر جعبه بلندگو براي مهار اين بازتاب صوتي، روش مخصوص به خود دارد.
جعبه عايق بندي شده:
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
اين نوع جعبه كه متداول ترين نوع جعبه‌هاي بلندگو مي‌باشد، از جعبه‌اي تشكيل شده كه كاملا عايق بندي شده و هوا به داخل آن راه ندارد. بدين طريق هنگام توليد امواج صوتي، در حالت فشار به بيرون بلنگو، هوا به سمت اطاق فشار داده مي‌شود و هنگامي كه صفحه بلندگو به داخل كشيده مي‌شود، فشار هوا به داخل جعبه وارد مي‌شود.
پس در هر دو حالت، بلندگو نسبت به حالت سكون، فشار ايجاد كرده است كه تمايل به رفع آن دارد.
اين نوع جعبه‌ها از بازده خوب برخوردار نيستند، زيرا آمپليفاير مي‌بايست سيگنال صوتي را آنقدر تقويت كند تا بتواند بر فشار هواي داخل و خارج جعبه غلبه كند.
با اين حال اين فشار همانند يك فنر به صفحه عمل كرده و باعث توليد اصوات با دقت خوب مي‌گردد.
جعبه بازتاب اصوات بم (Bass Reflect):
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
در اين جعبه‌ها حفره‌كوچكي در جلو جعبه قرارداده مي‌شود كه در هنگام حركت رو به عقب ديافراگم، هواي داخل جعبه را به خارج هدايت كرده و در هنگام حركت رو به جلوي ديافراگم، هوا را به داخل جعبه هدايت مي‌كند. بدين طريق اصوات بلندتري توليد مي‌گردد.
از مزاياي اين جعبه، مي‌توان به بهره مناسب و از معايب آن به عدم وجود حالت فنري (كه در جعبه قبل وجود داشت) جهت باز گرداندن صفحه ديافراگم به حالت اوليه خود، و در نتيجه دقت كم صوتي اشاره كرد.
جعبه با بلندگوي غير فعال:
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
جهت به حداقل رساندن معايب دو دسته فوق الذكر و به حداكثر رساندن مزاياي آن دو دسته مي‌توان از جعبه زير كمك گرفت. اين جعبه كه داراي يك بلندگو در جلو و يك بلندگوي غير فعال در عقب مي‌باشد، ساخته شده است. بلندگوي غير فعال همانند يك بلنگوي معمولي بوده با اين تفاوت كه سيم‌پيچ و آهنرباي آن حذف شده است.
بدين طريق هنگامي كه بلندگوي اصلي شروع به نوسان مي‌كند، فشار هوايي كه در داخل جعبه ايجاد مي‌كند، باعث تحريك صفحه بلنگوي غير فعال شده و در نتيجه باعث توليد صوت مي‌گردد.
اين نوع جعبه‌ها از نوع عايق بهره بهتري داشته و از نوع بازتابي دقت بيشتري دارد.
انواع ديگر بلندگو:
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
به جز بلندگوهاي ذكر شده در فوق، بلندگوهاي ديگري نيز وجود دارد كه از روشهاي ديگري جهت توليد اصوات استفاده مي‌كنند.
يكي از اين انواع، بلندگوي الكترواستاتيك است. اين بلندگو از خاصيت الكترومغناطيسي براي توليد صوت استفاده نمي‌كند. بلندگوهاي الكترو استاتيك، با مرتعش شدن يك صفحه نازك رسانا، باعث توليد صوت مي‌گردند. اين صفحه در بين دو صفحه رساناي ثابت كه به ترتيب داراي جريان مثبت و منفي هستند و در اطراف آن قرار دارد احاطه شده است. اين دو صفحه مثبت و منفي، در بين خود توليد ميدان الكترومغناطيسي مي‌كنند. صفحه رساناي مياني نيز به سيگنال الكتريكي متصل مي‌گردد. هنگامي كه اين سيگنال مثبت باشد، به صفحه ديافراگم به سمت صفحه ثابت با بار منفي كشيده شده و در صورتي كه سيگنال منفي باشد، به سمت صفحه با بار مثبت جذب خواهد شد. بدين طريق، با حركت سريع صفحه متحرك رساناي مياني، صوت توليد مي‌شود.
به علت نازكي صفحه‌هاي اين نوع بلندگو، به سرعت به تغيرات صوت پاسخ داده و اصوات فوق‌العاده دقيق و با كيفيتي توليد مي‌كند. با اين حال به علت تحرك كم صفحات، اين نوع بلندگو جهت توليد اصوات بم و فركانسهاي پايين مناسب نمي‌باشد.
برگرفته از پروژه دانشگاهي جناب اقاي مرتضي ظفري و همكاران ايشون
