Reproduktory - konstrukceReproduktory : popis - dělení - typy - konstrukce - parametryReproduktory jsou elektro-akustické měniče, tj. zařízení (elektrické stroje), které přeměňují elektrickou energii na mechanickou energii ve formě zvuku . Obvykle se skládají z membrány, z pohonné části, do které je přiváděn vstupní signál a dalších dílů. Zvláštním případem malých reproduktorů jsou sluchátka.. Dělení reproduktorů dle způsobu vyzařováníPřímovyzařující reproduktory- kmitající membrána je bezprostředně navázána na prostředí, do kterého se akustická energie vyzařuje. Obvyklá účinnost nepřevyšuje několik málo procent. Nepřímovyzařující reproduktoryTzv. tlakové - mezi prostředím, do kterého se akustická energie vyzařuje, a mezi membránou, je vložen zvukovod a popřípadě další pomocné akustické obvody. Toto uspořádání obvykle zvyšuje účinnost, umožňuje dosahovat vysokých vyzářených výkonů, tvarovat směrový diagram apod. Dělení reproduktorů dle pohonu Elektrodynamické
Elektrodynamické reproduktoryTento princip pohonu je nejběžnější. Základem těchto reproduktorů je cívka a permanentní magnet. Cívka se pohybuje ve válcové štěrbině mezi pólovými nástavci magnetického obvodu. Princip činnosti spočívá v působení síly na vodič, kterým protéká elektrický proud v magnetickém poli. Síla se přenáší na membránu a způsobuje její pohyb. Kromě konvenčních typů existují i zvláštní provedení : Páskové reproduktoryPáskový reproduktor je zvláštní typ elektrodynamického reproduktoru. Bývá používán pro vysoké, někdy pro střední kmitočty. Principem je pásek z elektricky vodivého materiálu, nebo membrána páskového tvaru, umístěná v poli silného magnetu. Uspořádání je obdobné jako u páskového mikrofonu. Plošné elektrodynamické reproduktoryElektrodynamické reproduktory jsou tvořeny membránou velké plochy, ukotvenou v napínacím rámu. Na membránu bývá po celé ploše upevněn vodič cívky, často tenký hliníkový drát nebo fólie, uspořádaný do meandru. Membrána o velké ploše je umístěna v těsné blízkosti plošného magnetu. Bývají někdy označovány jako "magnetostatické" pro svoji vzdálenou podobu s elektrostatickými měniči. Reproduktor s ohybovou vlnouTento typ reproduktorů používá trochu odlišný princip působení. Na rozdíl od běžných elektrodynamických reproduktorů, kde se předpokládá u ideálního provedení pístový pohyb tuhé membrány, zde se naopak používá membrána pružná. V důsledku toho dochází k tomu, že pro daný kmitočet kmitá pouze určitá část membrány, čím je kmitočet vyšší, tím je plocha menší. Nízké kmitočty vyzařuje membrána celou plochou, vysoké jenom malá část plochy v blízkosti kmitací cívky. Elektromagnetické reproduktoryTento princip není dnes příliš používán. Základem je membrána, např. z tenkého železného plechu, kterou přitahuje pevně umístěná cívka s jádrem (elektromagnet), nebo malý magnet, umístěný v poli budící cívky, který pohybuje s membránou. V historii se na tomto principu vyráběly např. sluchátka pro spojaře nebo telefonii a také reproduktory k radiopřijímačům. Výhodou je poměrně jednoduchá konstrukce, nevýhodou většinou značné zkreslení a omezený kmitočtový rozsah. Elektrostatické reproduktoryElektrostatický reproduktor má membránu z tenké fólie a vodivou vrstvou, která je umístěna mezi dvě pevné elektrody, obvykle ve tvaru sítěk. Reproduktor pracuje na principu vzájemného přitahování a odpuzování elektricky nabitých desek. Podle uspořádání a vzdálenosti elektrod vyžaduje značně velké provozní a polarizační napětí (stovky až tisíce Voltů). Mohou být vyráběny jako vysokotónové, nebo i širokopásmové, ovšem vyžadují značné rozměry. Na stejném principu se konstruují i vysoce kvalitní sluchátka. Reproduktory PiezoelektrickéVyužívá se piezoelektrického jevu. Destička z piezomateriálu je mechanicky spojena s vhodnou membránou, nebo přímo tvoří membránu. Použití je spíše pro levné vysokotónové jednotky ( malá výchylka membrány ), nebo pro tlakové měniče i poměrně velkých výkonů ( malé sirény apod. ). Jejich zásadní nevýhodou je poměrně nerovnoměrná frekvenční charakteristika a větší zkreslení. Výhodou bývá poměrně vysoká účinnost, jednoduchá konstrukce a nízká cena. Reproduktory PlazmovéTyto reproduktory nemají membránu. Využívá se změn tlaku vzduchu, vyvolaných koronou nebo obloukovým výbojem. Na tomto principu se dají realizovat převážně vysokotónové měniče, výhodou je kmitočtový rozsah, neomezovaný hmotností membrány. Přestože je princip znám dlouho a experimenty se prováděly již kolem roku 1900, je použití reproduktorů na tomto principu velmi okrajové. Ve starší literatuře se pro tyto měniče používá označení ionofon. Reproduktory PneumatickéV praxi se tohoto principu běžně nepoužívá. Tradují se informace o sporadickém použití pro vytváření extrémně vysokých zvukových hladin, např. pro simulaci hluku při testech dílů pro letectví a kosmonautiku. Principem je modulace unikajícího stlačeného vzduchu z kompresoru pomocí ventilu, ovládaného budícím signálem. Na stejném principu, s ventilem ovládaným nikoliv elektricky, ale mechanicky - přenoskou - byly počátkem 20. století vyráběny i gramofony. Další principyZajímavý princip reproduktoru představuje tzv. rotary woofer ( nezaměňovat s rotujícími reproduktory - Leslie efekt ). V otvoru ozvučnice se otáčí lopatky ventilátoru, u kterého se náklon lopatek mění budícím signálem. Princip připomíná fenestron. Použití je zvláště pro velmi nízké kmitočty a generování infrazvuku. Dělení reproduktorů dle účeluPodle účelu použití většina výrobců odlišuje několik různých skupin. Nejčastěji to bývá : Dělení reproduktoru dle kmitočtového rozsahuZ hlediska frekvenčního rozsahu se vyrábějí reproduktory s různými vlastnostmi. Je to dáno jednak jejich účelem jednak fyzikálními vlastnostmi jednotlivých konstrukcí. Některé reproduktory se provozují jen v úzkém kmitočtovém pásmu, např. o šířce jen jedné oktávy ( např. v sirénách ), nebo např. pouze v pro přenos řeči v telekomunikační technice ( obvykle požadovaný rozsah od několika set Hz po 3-5kHz ), některé jsou určeny pro přenos zvuku v levné spotřební elektronice, domácích Hi-Fi soupravách nebo profesionálních ozvučovacích systémech. Různé nároky na požadované vlastnosti ( výkon, rozměry, účinnost, kmitočtová charakteristika, zkreslení, cena aj. ) daly vzniknout široké škále vyráběných typů. Širokopásmové reproduktoryPatří mezi ně např. univerzální reproduktory určené obvykle pro nenáročné použití např. v dopravních prostředcích, televizorech a levné spotřební elektronice Jejich maximální kmitočtový rozsah je od 45 – 15 000 Hz, běžně se ale setkáme s širokopásmovými reproduktory s kmitočtovým rozsahem 55 – 13 500 Hz Je ale možné vyrobit speciální reproduktory, které dokážou pokrýt celé akustické pásmo 20 Hz až 20 tisíc Hz. Poměrně výjimečně se vyskytují širokopásmové reproduktory pro vysoké nároky na přenos zvuku, jejich nevýhodou bývá omezená zatížitelnost Koaxiální reproduktoryZa širokopásmové se často v praxi označují i reproduktory, složené ze dvou či více měničů. Častá je montáž malého vysokotónového reproduktoru na zvláštní držák, který je součástí koše, před membránu hlubokotónového reproduktoru, obvykle v ose. Toto bývá časté u reproduktorů pro ozvučení automobilů. Pro profesionální a studiové použití se vyrábějí reproduktory, kde je tlaková vysokotónová jednotka umístěna za magnetickým obvodem hlubokotónového reproduktoru a otvor v pólovém nástavci je součást zvukovodu, nebo může být umístěna v prostoru mezi středovým pólovým nástavcem a kupolkou membrány. Výhybka může být umístěna samostatně (reproduktor tak má vyvedeny samostatně svorky obou měničů), nebo může být výhybka součástí koaxiálního reproduktoru. Hlubokotónové reproduktory - basové ( subwoofery )Rozsah: 20 – 1 500 Hz ( nízkorezonanční o velkém průměru ) Konstrukce:Základní předpoklad je velký zdvih membrány a malá tuhost zavěšení a nízká vlastní rezonance reproduktoru. Výchylky membrány dosahují u PA reproduktorů až 5 mm a u SPL subwooferů do auta až 35 mm. Středopásmové ( středotónové ) reproduktoryRozsah 80 – 12 000 Hz Konstrukce:Materiál membrán bývá papírovina, kevlar, polypropylen, sendvič, výjimečně i jiné materiály. U kvalitních středotónových reproduktorů je kladen důraz hlavně na nízké zkreslení, protože je lidský sluch v této oblasti nejcitlivější.[zdroj?] Kromě klasických kónusových membrán se vyrábějí kalotové (membrána ve tvaru vrchlíku). Vysokotónové ( výškové ) reproduktoryKalotový reproduktor Konstrukce:Membrána nemá zpravidla z důvodu požadavku co nejširšího vyzařování tvar kužele, ale kulového vrchlíku - kaloty. Průměr membrány je většinou do 30 mm. Části klasického elektrodynamického reproduktoruKoš reproduktoruKoš reproduktoru je základní nosnou konstrukcí reproduktoru. Slouží pro připevnění reproduktoru do skříňky a zároveň nese elektromagnetický obvod, závěsy membrány a připojovací terminál. U výškových reproduktorů bývá bez otvorů, u hlubokotónových musí být opatřen co největšími otvory aby uzavřený vzduch pod membránou negativně nezvyšoval tuhost zavěšení membrány a nezhoršoval tak akustické vlastnosti zařízení. Ohraničení otvorů mívá aerodynamický tvar pro co nejlepší proudění vzduchu. Konstrukce koše musí být co nejpevnější a zároveň musí mít antirezonanční vlastnosti. U levných reproduktorů se používají koše vylisované z plechu, také se používá polyamid či jiný plast, zejména u reproduktorů pro použití ve vlhku. Dražší reproduktory mívají koš ze silnostěnného odlitku slitin hliníku. Koš mívá po obvodu otvory pro upevňovací šrouby, kterými je reproduktor uchycen k ozvučnici. U miniaturních reproduktorů tyto otvory často chybí, reproduktory se upevňují pomocí různých úchytů, rámečků nebo i lepením. Magnetický obvodJe to základní součást pohonu elektrodynamického reproduktoru. Magnetické pole ve válcové vzduchové mezeře mezi pólovými nástavci je vybuzováno permanentním magnetem uloženým nejčastěji ve vnějším plášti magnetického obvodu nebo tvoří podstatnou součást středového sloupku magnetického obvodu. Magnet bývá z jednoho kusu, ale může být složen i z několika shodných, umístěných na sobě, nebo několika různých segmentů, umístěných vedle sebe po obvodu. Magnety se používají nejčastěji feritové, ze slitiny AlNiCo a v poslední době se prosazují (zejména u drahých reproduktorů pro profesionální použití) neodymové magnety. U reproduktorů vyráběných v 30. až 40. letech 20. století bývalo běžné, že byl použit elektromagnet, který zároveň sloužil jako tlumivka napájecího zdroje. Pólové nástavce bývají někdy vybaveny zkratovacími prstenci. U některých reproduktorů je vnitřní pólový nástavec plný, u některých má otvor. Tento otvor může být součástí zvukovodu některých výškových systémů, nebo umožňuje proudění vzduchu z prostoru kmitačky (chlazení a zvýšení poddajnosti celého systému). Kmitací cívkaKmitací cívka je další podstatnou částí pohonu elektrodynamického reproduktoru. Nejčastěji to bývá vinutí z izolovaného vodiče (měď, hliník, poměděný hliník), navinuté na tzv. formeru (cívkové těleso), který je spojen s membránou. Former může být vyroben i jako část membrány. Jako vodič může být použito i profilovaného drátu (čtvercový průřez nebo pásek). Vinutí bývá obvykle ve dvou vrstvách, u některých (zejména středových a vysokotónových tlakových reproduktorů) často jen jedna vrstva, výjimečně 4 vrstvy (některé basové reproduktory). Former může být z papíroviny, pro vyšší výkony z hliníku, kaptonu, skelných vláken apod. V některých případech bývá samonosné vinutí, vlastní vinutí je pouze prosyceno vhodným lepidlem. V některých případech mají kmitací cívky 2 samostatná vinutí (tzv. dvoucívkové reproduktory, obvykle pro subwoofery). MembránaTvar membrány basových a středových reproduktorů je většinou kuželový, buď v rozvinutelném nebo nerozvinutelném tvaru (tzv. NAWI tvar- zkratka z něm. nicht abwickelbar). U širokopásmových reproduktorů se často používá lehká pomocná membrána menšího průměru, která je upevněna před hlavní membránou, a zlepšuje vyzařování vysokých kmitočtů. U některých reproduktorů je v membráně vytvořena jedna nebo více vlnek, které rozdělují membránu na několik koncentrických mezikruží. Nízké kmitočty pak vyzařuje celá plocha membrány, nejvyšší jen vnitřní mezikruží. U výškových se často používá tvar vrchlíku (kalota), nebo mezikruží (zejména u tlakových). Materiály membrán- Papír: Nejrozšířenější, vyrábí se nanášením papírové suspenze na speciální síta nástřikem. Je levný, u většiny basových reproduktorů. Z důvodu zvýšení tuhosti, odolnosti vůči vlhku a k utlumení nežádoucích vlastních kmitů, se na papírovou membránu většinou nanáší speciální lak. Zavěšení membrányMembrána je obvykle připevněna tak, aby se mohla pístově pohybovat. U většiny reproduktorů s kónickou membránou bývá membrána zavěšena na celém vnějším obvodu závěsem ke koši a středícími prvky k vnitřní části koše nebo k magnetu. Závěs může být ze stejného materiálu jako membrána, vytvořený např. jednou nebo několika vlnkami, které se deformují a umožňují pístový pohyb. Papírový závěs obvykle neumožňuje velký pohyb membrány, proto se používá převážně u středotónových reproduktorů. U basových reproduktorů bývá závěs často z impregnovaného textilu, gumy, pěnové pryže, molitanu [zdroj?]a podobných poddajných materiálů. Vývody a terminályPro připojení ke zdroji signálu jsou reproduktory vybaveny různými svorkami. U levných a miniaturních reproduktorů to bývají jednoduchá pájecí oka. Často se používají fastony (někdy i různého rozměru pro nezáměnnost připojení - polarita), u dražších i tlačné nebo šroubovací svorky. Kladná svorka bývá označena obvykle červenou barvou nebo znaménkem +. Smluvně platí, že při přivedení napětí souhlasné polarity se membrána pohybuje dopředu. Kvalita reproduktorů a jejich použitíKvalitu a použití reproduktoru určují následující vlastnosti: Jmenovitá impedance- je zpravidla o cca 10 - 20% větší než stejnosměrný odpor kmitací cívky, běžná hodnota je několik jednotek až několik desítek ohmů. Impedance se vždy mění s kmitočtem, jmenovitá impedance je přibližně nejnižší impedance v pracovním pásmu (t.j. nad rezonančním kmitočtem).[10][11] Běžné hodnoty jmenovité impedance se pohybují v hodnotách 4,6, 8 Ohmů, reproduktory do kytarových reproboxů a vysoce výkonné výškové systémy mívají často 16 Ohmů. Naopak reproduktory pro ozvučování automobilů se často zhotovují s malou jmenovitou impedancí, 3.2 či 2 Ohmy, občas i méně. Frekvenční rozsah- je dán frekvenční charakteristikou, která definuje závislost (akustického tlaku) na frekvenci zvuku. Může být uváděn ve zjednodušené formě číselně (od-do), pro definovaný pokles citlivosti při krajních kmitočtech (např. -3 nebo -10dB). Příkon- určuje, jak velký elektrický příkon je reproduktor schopen zpracovat při jeho přeměně v akustický výkon, obvykle se pohybuje v jednotkách až stovkách wattů, vyšší je u basových a středobasových reproduktorů, nižší pak u reproduktorů středotónových a vysokotónových. Vzhledem k poměrně nízké účinnosti zařízení je vyzářený akustický výkon obvykle poměrně malý i při vysokém příkonu. Charakteristická citlivost- určuje vyzářený akustický výkon (hladinu akustického tlaku) při daném příkonu - obvykle při příkonu 1 Wattu měřené ve vzdálenosti 1 metru v ose reproduktoru. Charakteristické citlivosti 102 dB na 1 W (1 m) odpovídá účinnost cca 10%. Směrová charakteristika- používá se „vyzařovací diagram“, který určuje závislost akustického výkonu na směru vyzařování. Směrová charakteristika je proměřována pro horizontální i vertikální poslechovou rovinu. Rezonanční kmitočet - pod tímto kmitočtem obvykle vyzářený výkon reproduktoru strmě klesá. U reproduktorů s malým tlumením se při rezonanci značně zvyšuje výchylka membrány, což většinou znamená vyšší zkreslení a sníženou zatížitelnost kolem rezonančního kmitočtu. U basových reproduktorů se může rezonanční kmitočet pohybovat obvykle v rozmezí 20 - 70Hz. Při zabudování basového reproduktoru do uzavřené ozvučnice se rezonanční kmitočet zvýší. U středotónových a vysokotónových měničů bývá rezonanční kmitočet obvykle mimo pásmo pracovních kmitočtů. |