Głośnik to przetwornik elektroakustyczny, który zamienia sygnał elektryczny na ruch mechaniczny, a następnie na fale dźwiękowe. W najpopularniejszej konstrukcji dynamicznej za ten proces odpowiadają przede wszystkim cewka drgająca, magnes i membrana. Sam głośnik jest przetwornikiem, natomiast kolumna głośnikowa lub zestaw audio obejmuje także obudowę, ewentualne dodatkowe przetworniki i elementy sterujące.
Czym dokładnie jest głośnik?
Głośnik nie wytwarza dźwięku z niczego. Otrzymuje zmienny sygnał elektryczny, na przykład ze wzmacniacza, telefonu albo odbiornika, i przekształca energię elektryczną w drgania. Te drgania wprawiają w ruch powietrze, tworząc falę akustyczną odbieraną przez ludzkie ucho.
W praktyce głośniki znajdują się w telefonach, laptopach, telewizorach, samochodowych systemach audio, kinach domowych i profesjonalnych instalacjach nagłośnieniowych. Różnią się budową, rozmiarem i zakresem częstotliwości, ale ich podstawowe zadanie pozostaje takie samo.
Jak prąd zmienia się w dźwięk?
Najłatwiej wyjaśnić to na przykładzie głośnika dynamicznego. Kolejne etapy pracy wyglądają następująco:
- Sygnał elektryczny ze wzmacniacza trafia do cewki drgającej umieszczonej w pobliżu magnesu stałego.
- Przepływ prądu przez cewkę wytwarza pole magnetyczne, które zmienia się wraz z przebiegiem sygnału audio.
- Pole cewki oddziałuje z polem magnesu. W zależności od kierunku i wartości prądu cewka jest przyciągana albo odpychana, więc zaczyna poruszać się do przodu i do tyłu.
- Cewka przekazuje ten ruch membranie. Membrana wykonuje drgania o częstotliwości i amplitudzie zależnej od sygnału elektrycznego.
- Drgająca membrana wypycha i rozrzedza powietrze. Powstają zmiany ciśnienia rozchodzące się jako fala dźwiękowa.
Częstotliwość drgań wpływa na wysokość dźwięku, a ich amplituda wiąże się z jego głośnością. Obudowa także ma znaczenie, ponieważ ogranicza niepożądane oddziaływanie fal powstających z przodu i z tyłu membrany. Stosuje się między innymi obudowy zamknięte i wentylowane, na przykład typu bass-reflex.
Jakie są rodzaje głośników?
Głośniki można klasyfikować według sposobu budowy oraz zakresu częstotliwości, który odtwarzają. Podstawowe typy konstrukcyjne to:
- Głośniki dynamiczne wykorzystują cewkę poruszającą się w polu magnetycznym oraz połączoną z nią membranę. Są najczęściej spotykane w sprzęcie domowym, samochodowym i przenośnym.
- Głośniki elektrostatyczne mają cienką membranę umieszczoną między elementami wytwarzającymi pole elektryczne. Ich konstrukcja różni się od dynamicznej i wymaga określonego sposobu zasilania.
- Głośniki planarno-magnetyczne wykorzystują cienką membranę z przewodzącymi ścieżkami, poruszającą się w polu magnetycznym. Siła jest rozłożona na większej powierzchni membrany.
- Głośniki piezoelektryczne korzystają ze zjawiska piezoelektrycznego, w którym materiał zmienia kształt pod wpływem napięcia. Stosuje się je między innymi w niewielkich urządzeniach i sygnalizatorach.
Głośnik wysokotonowy, średniotonowy i niskotonowy
W zestawach wielodrożnych różne przetworniki otrzymują odmienne części pasma. Dzięki temu każdy z nich może pracować w zakresie, do którego został zaprojektowany:
- Tweeter odtwarza wysokie częstotliwości, zwykle związane z detalami, sybilantami i najwyższymi składowymi instrumentów. Często przyjmuje się dla niego zakres około 2500–20 000 Hz.
- Głośnik średniotonowy obsługuje pasmo, w którym znajduje się duża część ludzkiej mowy i brzmienia instrumentów. Przykładowy zakres to około 400–2500 Hz, choć granice zależą od konstrukcji zestawu.
- Woofer lub subwoofer służy do odtwarzania niskich częstotliwości, czyli basu. Subwoofer pracuje niżej niż typowy głośnik niskotonowy i może odtwarzać częstotliwości sięgające około 50 Hz oraz niższe, zależnie od modelu i obudowy.
Co oznaczają parametry głośnika?
Dane techniczne opisują sposób pracy przetwornika, ale pojedynczy parametr nie mówi wszystkiego o jakości dźwięku. Najczęściej spotykane oznaczenia można odczytać tak:
| Parametr | Jednostka | Znaczenie |
|---|---|---|
| Moc RMS | W | Przybliżona moc ciągła, którą głośnik może przyjmować podczas dłuższej pracy w określonych warunkach. |
| Impedancja | Ω | Oporność głośnika dla sygnału przemiennego. Typowe wartości to 4, 6 lub 8 Ω. |
| Pasmo przenoszenia | Hz | Zakres częstotliwości, w którym głośnik może odtwarzać sygnał. Często podaje się wartości zbliżone do 20 Hz–20 kHz, ale zakres zależy od konstrukcji i warunków pomiaru. |
| Efektywność, czyli SPL | dB | Poziom ciśnienia akustycznego uzyskiwany przy określonej mocy lub napięciu. Wyższa wartość oznacza zwykle głośniejsze granie przy takim samym sygnale. |
Moc RMS nie jest mocą szczytową. RMS służy do opisu długotrwałego obciążenia w określonych warunkach, natomiast Peak, Max lub moc maksymalna odnoszą się do krótkotrwałych wartości szczytowych. Nie można bezpośrednio traktować mocy Peak jako realnej mocy ciągłej. Przy podłączaniu głośnika trzeba także sprawdzić zgodność impedancji ze wzmacniaczem, ponieważ wpływa ona na obciążenie wyjścia.
Pasmo przenoszenia pomaga ocenić, jakie niskie i wysokie dźwięki może odtworzyć przetwornik, ale sama rozpiętość zakresu nie gwarantuje równego brzmienia. Znaczenie mają także obudowa, konstrukcja membrany, podział pasma między przetwornikami i sposób pomiaru.
Najprościej mówiąc, głośnik zamienia prąd na ruch membrany, a ruch membrany na zmiany ciśnienia w powietrzu. To właśnie ten łańcuch przemian pozwala usłyszeć muzykę, mowę lub każdy inny sygnał audio.
