Reproduktor (elektroakustický menič)

Reproduktor

Reproduktor je elektromechanické zariadenie, ktoré mení elektrický signál na mechanický pohyb, ktorý spôsobuje akustické vlnenie. Nazýva sa teda elektromechanický a mechanickoakustický menič, ale zaužívané je elektroakustický menič. Reproduktor využíva princíp elektromagnetu.

V širšom zmysle sa ako reproduktor označuje časť reproduktorovej sústavy, ktorá pozostáva z reproduktorov (ako elektroakustického meniča) spojeného s akustickým zariadením – ozvučnicou rezonančnou doskou, alebo rezonančnou debnou, na zosilnenie, alebo usmernenie zvuku. Takáto zostava je obvykle doplnená o elektrické diely deliace vstupnú frekvenciu pre jednotlivé reproduktory (vysoké tóny, stredné tóny, basové tóny), ktorú nazývame reproduktorová výhybka, tiež niekedy obsahujúca elektronické zosilovače a ekvalizéry. Tieto diely sú kompaktne uložené a dizajnovo upravené na použitie s audiovizuálnym zariadením. Bližšie pozri reproduktorová sústava.

Zvuk a jeho šírenie je mechanická záležitosť – je to kmitanie častíc vzduchu alebo iného média (voda, oceľ atď.). Z toho je zrejmé, že pri vákuu nedôjde k jeho šírení.

Princíp

Reproduktor pracuje väčšinou na elektrodynamickom princípe a teda na princípe vzájomného pôsobenia síl magnetického poľa trvalého magnetu s magnetickým poľom cievky pevne spojenej s membránou. Cievkou prechádza elektrický prúd (výstupný signál zo zosilňovača), ktorý na základe amplitúdy a frekvencie signálu vyvolá meniace sa elektromagnetické pole. Takto je cievka vťahovaná a vytláčaná do a z magnetického poľa trvalého magnetu. Tento kmitavý pohyb cievky (a teda aj membrány s ktorou je spojená) sa prenesie na okolitý vzduch. Vzniká vlnenie – akustický efekt. Sú ale reproduktory pracujúce aj na piezoelektrickom či pneumatickom princípe.

Zloženie

Reproduktor – zloženie

Obvykle je reproduktor zložený z nasledujúcich prvkov:

• kôš (9) tvorí nosnú časť reproduktora
• membrána (8) šíria sa ňou akustické vlny do prostredia, má väčšinou kužeľovitý tvar
• vlnovec (6) stredí membránu a umožňuje jej pohyb
• pružný element (10) (surround), ním je pripevnená membrána ku košu
• cievka (5) je navinutá na nosiči pevne spojenom s membránou, spôsobuje kmitanie membrány
• magnetický systém je tvorený permanentným magnetom (4), nosnými doskami (1,2) a jadrom (3)
• kontakty pre prívod elektrickej energie do cievky

Kôš

Je vyrobený z lisovaného plechu. U drahších reproduktorov môže byť kôš odlievaný. Nesie všetky ostatné diely reproduktora a za kôš sa reproduktor upevňuje k ozvučnici. Musí byť dostatočne tuhý, aby sa diely navzájom nepohybovali.

Magnetický systém

Je vytvorený z permanentného kruhového magnetu, uloženého medzi dvoma opornými doskami z masívneho magneticky vodivého materiálu (magneticky mäkká oceľ). Stred systému tvorí jadro ktoré je taktiež z magneticky mäkkého materiálu a pre lepší odvod tepla je u niektorých reproduktorov duté. Dosky a jadro slúžia na optimalizáciu magnetického toku – usmerneniu magnetického toku okolo jadra.

Vlnovec

Vlnovec je zariadenie (z gumy, papiera, napustenej tkaniny, kovu) ktorého úlohou je umožnenie osového pohybu membrány reproduktora s upevnenou cievkou, pri súčasnom zabránení výchylky cievky do strany.

Cievka

Cievka v reproduktore je navinutá na nosiči (formeri) a zapríčiňuje pohyb membrány s ktorou je nosič pevne spojený. Kmitanie cievky závisí od veľkosti a charakteru privedeného signálu. Pri pretekaní striedavého prúdu cievkou vzniká v jej okolí magnetické pole, pretože signál privádzaný do cievky zo zdroja sa v čase mení. Signál môže byť hudobný (nepravidelný) alebo aj tzv. sínusový (pravidelný). Cievka je navinutá na nosiči vyrobenom z papiera, hliníka alebo kaptonu, ktorý je prilepený k membráne, alebo je vyrobená ako samonosná -jednotlivé závity cievky sú zlepené tvrdým lakom navzájom, a tvoria symetrický valcový tvar. Cievka je umiestnená tak, že jej jadrom je jadro magnetického systému. Cievka je tenkými pružnými lankami elektricky prepojená s kontaktami reproduktora (elektrické prípojné miesto).

Pohyb membrány s cievkou je dôsledkom odpudzovania a vťahovania dvoch magnetických elementov:

• elektromagnetickým poľom vytvoreným dostatočným hudobným signálom privedeným do cievky
• statickým, stálym magnetom obkolesujúcim cievku membrány

Membrána

Membrána svojim pohybom mení elektrickú energiu na mechanickú a tak spôsobuje akustické vlnenie. Membrána má kužeľovitý tvar. Tvar membrány vytvára tzv. zvukovú charakteristiku reproduktora – tvar akustického poľa v okolí reproduktora. Je to jeden zo sledovaných parametrov reproduktora.

Materiály membrán:

• Papier: Najrozšírenejší, vyrába sa striekaním papierovej suspenzie na špeciálne sitá. Je lacný, a preto sa vyskytuje na väčšine reproduktorov. Z dôvodu zvýšenia tuhosti a k utlmeniu nežiaducich vlastných kmitov, sa na papierovú membránu väčšinou nanáša špeciálny lak. Tento zároveň zvyšuje odolnosť membrány proti vlhkosti.
• Polypropylén: Lacná výroba a dostatočná tuhosť membrány bez nutnosti ďalších úprav. Výhodou tiež môže byť odolnosť proti vlhkosti.
• Uhlíkové vlákno: Veľmi kvalitné, ale zato veľmi drahé. Ako alternatíva sa používajú tiež aramidové (kevlar), alebo sklenené vlákna.
• Kovové membrány: Väčšinou hliníkové nebo horčíkové či titanové. Výhodou je nízka hmotnosť a tuhosť membrány. Nevýhodou je obvykle vysoká cena a hlavne vlastné rezonancie na vyšších kmitočtoch, ktoré sa musia potlačiť vhodným elektrickým zapojením.
• Sendvičové membrány: Skladajú sa z viacerých vrstiev (napr. papiera)

Použitie

Najrozšírenejší spôsob použitia je ako samostatný reproduktor, alebo ako reproduktor v reproduktorových sústavách. Konštrukcia membrány reproduktora spôsobuje, že niektoré frekvencie dokáže reprodukovať veľmi dobre, niektoré horšie alebo vôbec. Malý reproduktor môže mať vysoký výkon, ale konštrukcia mu bráni dosiahnuť veľkú výchylku (amplitúdu) na to, aby v nízkych frekvenciách prekročil čo i len prah počuteľnosti. Veľmi veľkej ozvučnici na druhej strane zotrvačnosť membrány bráni meniť svoju polohu podľa signálu príliš rýchle (vysoké frekvencie), pri nízkych frekvenciách však dokáže vytvoriť vysokú amplitúdu a teda vysoký akustický tlak. Z dôvodu kompenzovanie vlastností reproduktorov pre reprodukovanie celého hudobného spektra sa tieto často inštalujú vo väčšom množstve (2 – 4), niekedy v jednej skrinke. Využitie nie je len v posilnení výkonu, ale najmä v rozdelení frekvenčného spektra. Každý reproduktor v sústave spracúva tú časť, v ktorej má najmenšie skreslenie. Súčasťou reproduktorovej sústavy je teda aj elektronika, ktorá filtruje (rozdeľuje). O kvalite reprodukcie tak rozhodujú všetky komponenty reproduktorovej sústavy.

Reproduktory menia len časť vstupnej energie na energiu akustickú, zvyšok sa mení na teplo. Ich efektivita sa udáva v dB/W. Konštrukčne bezpečný elektrický príkon (značený RMS (Root Mean Square) ide o priemerný príkon, ktorý sa dá vypočítať zo štandardnej odchýlky v napätí pri zachovaní odporu obvodu) sa udáva vo Wattoch (použiva sa aj označenie PMPO – Peak Music Power Output, alebo Peak Momentary Power Output je to maximálny špičkový výkon zariadenia, ktorý vydrží bez poškodenia. Ide len o marketingový ťah, pretože zákazník vidí vyššie číslo pri watáži, ale už nie je udané, ako dlho má tento výkon vydržať).

Každá cievka (a tým aj reproduktor) má určený maximálny výkon (príkon). Ak veľkosť privedeného signálu presiahne maximálny možný výkon reproduktora, dochádza k veľkému skresleniu zvuku a stáva sa pre ľudské ľudské ucho dráždivý. V horších prípadoch môže nastať porušenie cievky, ktoré je však možné napraviť jej previnutím.

Rozdelenie reproduktorov

• Podľa spôsobu vyžarovania:
  • priamovyžarujúce – membrána meniča je priamo viazaná s vonkajším vzduchom bez pomocného zariadenia
  • nepriamovyžarujúce – membrána nie je priamo viazaná s vonkajším vzduchom, je použitý zvukovod
• Podľa princípu:
  • elektromagnetické
  • elektrodynamické
  • elektrostatické
  • piezoelektrické
  • iné
• Podľa tvaru membrány:
  • kruhové
  • eliptické
  • iné – (tvar gule, štvorca…)
• Podľa rozsahu prenášaného pásma kmitočtov:
  • širokopásmové
  • nízkopásmové
  • stredopásmové
  • vysokopásmové
  • kombinované
  • špeciálne

Širokopásmový reproduktor

Niekedy sa nazýva aj širokopásmový. Slúži na prenášanie celého počuteľného spektra zvuku (20 Hz – 20 kHz). Keďže býva veľmi namáhaný, jeho kvalita je vo väčšine prípadov veľmi obmedzená, preto sa používa najmä v malých rádiách, v nákupných centrách, gitarových kombách, v starších televízoroch a v zariadeniach spotrebnej elektroniky. Môže sa v reprosústavách zameniť za stredopásmový reproduktor.

Nízkopásmový reproduktor

Takzvaný basový, je určený pre frekvenčné pásmo do 1 500 Hz. Podľa neho sa udáva veľkosť reprobedne (ozvučnice). Jeho veľkosti sa pohybujú zhruba od 6,5" vyššie. Reproduktory určené pre reprodukciu obzvlášť nízkych kmitočtov sa nazývajú tiež subbasové a používajú sa v samostatných ozvučniciach nazývaných tiež subwoofermi. Kvôli tomu že nízke frekvencie majú väčšiu amplitúdu ako vyššie, sú tieto reproduktory stavané na väčšiu výchylku, z čoho vyplýva aj výška vinutia cievky a tvar a veľkosť závesov membrány.

Stredopásmový reproduktor

Určený pre frekvencie 300 – 6 000 Hz. Niekedy sa zamieňa so širokopásmovým reproduktorom. Používa sa v náročnejších troj- a viac pásmových reprosústavách. Vo väčšine prípadov sa podobá na basový (nízkotónový) reproduktor, no má menší rozsah pohybu membrány s čím súvisí aj iné zavesenie. Niekedy je zozadu uzavretý vlastnou ozvučnicou pre zamedzenie interakcie s nízkotónovým reproduktorom.

Vysokopásmový reproduktor

Určený pre frekvencie od 2 kHz vyššie. Najčastejšie sa nazýva výškový. Je to najcitlivejší reproduktor s veľmi tenkou membránou. Sú to reproduktory, u ktorých sa najviac prejavuje smerovosť, najviac teda na nich pozorujeme to, že hrajú tým smerom, ktorým ich postavíme. Do reprosústav sa montujú v úrovni uší poslucháča. Delia sa na:

1. kužeľovitý – Má podobný vzhľad ako basový reproduktor, cievku má o veľkosti do 2 cm, používa sa v nenáročných podmienkach, je pomerne lacný a ľahko dostupný na trhu.
2. kupolovitý – Je vyrobený pridaním väčšej cievky na kužeľovitý reproduktor (priemer 3 – 5 cm). Ich typické využitie je v HiFi oblasti. Na tomto princípe fungujú aj nepriamovyžarujúce vysokotónové reproduktory, ktoré k svojej správnej činnosti potrebujú zvukovod, čím sa dosahuje radikálne zvýšenie citlivosti aj zlepšenie smerovej charakeristiky. Takéto vysokotónové reproduktory sa používajú v PA aplikáciách pri ozvučovaní väčších priestranstiev
3. piezo-elektrický – Je to typ vysokotónového reproduktora s vysokým zaťažením, no taktiež veľmi zvlnenou frekvenčnou charakteristiou, je teda určený pre nenáročné použitie. Je to jedna z najlacnejších variánt vysokotónového reproduktora.
4. pruhový – Kvalitný reproduktor s veľmi tenkou hliníkovou membránou a pozdĺžnou cievkou vyrobenou nanášaním hliníkovej pary, čo spôsobuje veľmi silné magnetické pole.
5. elektrostatický – Vysokokvalitný reproduktor s veľmi tenkou membránou zloženou z plastovej blany pokrytej vodivým materiálom umiestnenou medzi dvoma vodivými mriežkami. Je napájaný vysokonapäťovým zdrojom.

Kombinovaný reproduktor

Ide o reproduktor prehrávajúci viacero rozličných zvukových pásem, ale nie celé počuteľné pásmo. Zvyčajne sa v Hi-fi sústavách používa stredobasový reproduktor, ktorý prehráva približne 80 – 4 000 Hz. Vo výkonných PA systémoch (Public Address) používaných pre ozvučenie voľného priestranstva a veľkých hudobných sál sa často používa stredovýškový reproduktor hrajúci zhruba 4 – 20 kHz.

Špeciálny reproduktor

Takto sa označujú reproduktory nepoužívané pre obyčajné počúvanie hudby. Ide napríklad o vysokocitlivé reproduktory používané ako sirény, alarmy a výstražné zariadenia.

Pozri aj

• Reproduktorová sústava
• Reproduktorová výhybka
• Ozvučnica
• Nízkofrekvenčný zosilňovač
• Elektroakustický menič
• Zvuk

Iné projekty

Commons

• Commons ponúka multimediálne súbory na tému Reproduktor (elektroakustický menič)