بلندگو (Loudspeaker)

یک بلندگو، که اغلب به آن بلندگو یا به طور جامع تر، سیستم بلندگو گفته می شود، شامل یک یا چند درایور بلندگو، یک محفظه، و اتصالات الکتریکی مرتبط است که ممکن است یک شبکه متقاطع را در خود جای دهد. اساساً، یک درایور بلندگو به عنوان یک مبدل الکتروآکوستیک عمل می کند و یک سیگنال صوتی الکتریکی را به یک خروجی صوتی معادل تبدیل می کند.

یک بلندگو (که معمولاً به عنوان بلندگو یا به طور کامل‌تر سیستم بلندگو نامیده می‌شود) ترکیبی از یک یا چند درایور بلندگو، یک محفظه و اتصالات الکتریکی (احتمالاً شامل یک شبکه متقاطع) است. درایور بلندگو یک مبدل الکتروآکوستیک است که سیگنال صوتی الکتریکی را به صدای متناظر تبدیل می کند.

هسته درایور از یک موتور خطی تشکیل شده است که به صورت مکانیکی به دیافراگم متصل است، که با جابجایی هوا، حرکت موتور را به صدا تبدیل می کند. یک سیگنال صوتی ورودی که معمولاً از یک میکروفون، یک ضبط یا یک انتقال رادیویی منبع می‌شود، تحت تقویت الکترونیکی قرار می‌گیرد تا به سطح توان لازم برای فعال کردن موتور دست یابد و در نتیجه صدای تقویت نشده اصلی را تکرار کند. این اصل عملیاتی مشابه عملکرد معکوس یک میکروفون است. در واقع، درایور رایج بلندگوی دینامیک از طراحی اساسی مشابه با میکروفون دینامیک استفاده می کند که برعکس به عنوان یک ژنراتور الکتریکی عمل می کند.

این بلندگوی دینامیک در سال 1925 توسط ادوارد دبلیو. کلوگ و چستر دبلیو رایس توسعه یافت. عملکرد آن بر قانون القای فارادی متکی است: وقتی یک جریان الکتریکی از یک سیگنال صوتی از سیم پیچ صدا عبور می کند - سیم پیچ سیمی که برای حرکت محوری در یک شکاف استوانه ای طراحی شده است که حاوی یک میدان مغناطیسی متمرکز تولید شده توسط یک آهنربای دائمی است - سیم پیچ حرکت متقابل سریعی را تجربه می کند. این حرکت به دیافراگم یا مخروط بلندگو (معمولاً مخروطی برای یکپارچگی ساختاری) منتقل می شود که با تعامل با هوای اطراف، امواج صوتی تولید می کند. فراتر از بلندگوهای پویا، فناوری‌های جایگزین مختلفی برای تبدیل سیگنال‌های الکتریکی به صدا وجود دارد که تعداد محدودی از آن‌ها در حال حاضر به صورت تجاری استفاده می‌شوند.

برای اطمینان از تولید صدای کارآمد، به‌ویژه در فرکانس‌های پایین‌تر، درایور بلندگو به گیج‌کردن نیاز دارد تا از انتشار صدای عقب از لغو صوتی خروجی جلویی مورد نظر جلوگیری کند. این گیج شدن معمولاً از طریق یک محفظه بلندگو یا کابینت بلندگو حاصل می شود، که اغلب یک ساختار مستطیل شکل از چوب ساخته شده است، البته گاهی اوقات از فلز یا پلاستیک. طراحی آکوستیک این محفظه به طور قابل توجهی بر کیفیت صدای نهایی تأثیر می گذارد. اکثر سیستم‌های بلندگوی با وفاداری بالا دارای چندین درایور بلندگو هستند که هر کدام برای بخش خاصی از طیف فرکانس شنیداری بهینه شده‌اند. درایورهایی که برای بالاترین فرکانس های صوتی طراحی شده اند، توییتر نامیده می شوند، درایورهایی که برای فرکانس های متوسط ​​به عنوان درایورهای میان رده شناخته می شوند، و درایورهایی که برای فرکانس های پایین به عنوان ووفر شناخته می شوند. در یک سیستم بلندگوی دو طرفه یا سه طرفه، که از درایورهایی استفاده می‌کند که دو یا سه محدوده فرکانس مجزا را پوشش می‌دهند، یک جزء الکترونیکی غیرفعال که به عنوان شبکه متقاطع شناخته می‌شود، برای هدایت اجزای فرکانس خاص سیگنال الکترونیکی به درایورهایی استفاده می‌شود که برای بازتولید آنها مناسب هستند. در یک سیستم بلندگوی برقی، تقویت کننده قدرت تامین کننده درایورهای بلندگو مستقیماً در محفظه یکپارچه می شود. چنین سیستم‌هایی به‌ویژه در برنامه‌هایی مانند رایانه و بلندگوهای بلوتوث رواج فزاینده‌ای پیدا کرده‌اند.

بلندگوهای جمع‌وجور در دستگاه‌های مختلفی از جمله رادیو، تلویزیون، پخش‌کننده‌های صوتی قابل حمل، رایانه‌های شخصی (به عنوان بلندگوهای رایانه)، هدفون و هدفون ادغام می‌شوند. برعکس، سیستم‌های بلندگوی بزرگ‌تر و با خروجی بالاتر در تنظیمات خانگی با کیفیت بالا (استریو)، آلات موسیقی الکترونیک، برنامه‌های تقویت صدا در سالن‌های تئاتر و سالن‌های کنسرت، و سیستم‌های آدرس عمومی مستقر می‌شوند.

اصطلاحات

عنوان بلندگو می‌تواند نشان دهنده مبدل‌های جداگانه باشد که به عنوان درایور نیز شناخته می‌شوند، یا سیستم‌های بلندگوی جامعی که شامل یک محفظه و یک یا چند درایور هستند.

برای بازتولید جامع و دقیق در یک طیف فرکانس وسیع، به‌ویژه در سطوح فشار صوتی بالا (SPL) یا برای حداکثر وفاداری، اکثر سیستم‌های بلندگو از چندین درایور استفاده می‌کنند. هر درایور به طور خاص برای بازتولید محدوده مشخصی از فرکانس ها طراحی شده است. این درایورهای تخصصی عبارتند از ساب ووفر برای فرکانس های بسیار پایین، ووفر برای فرکانس های پایین، بلندگوهای میان رده برای فرکانس های متوسط، توییتر برای فرکانس های بالا و گاهی اوقات سوپر توئیتر برای بالاترین فرکانس های شنیداری و حتی فراصوت. نامگذاری این درایورها می تواند بر اساس کاربرد خاص متفاوت باشد. در سیستم‌های دو طرفه، که درایور اختصاصی میان‌رده وجود ندارد، بازتولید صداهای میان‌رده بین ووفر و توییتر توزیع می‌شود. هنگامی که چندین درایور در یک سیستم استفاده می شود، یک متقاطع صوتی - یک شبکه فیلتر تخصصی - سیگنال صوتی ورودی را در باندهای فرکانسی مربوطه خود جدا می کند و هر باند را به درایور مناسب هدایت می کند. یک سیستم بلندگو دارای n باندهای فرکانسی متمایز به عنوان بلندگوهای طرفه تعیین می شود. به عنوان مثال، یک سیستم دو طرفه شامل یک ووفر و یک توییتر است، در حالی که یک سیستم سه طرفه یک ووفر، یک درایور میان رده و یک توییتر را ادغام می کند. درایورهای بلندگو که معمولاً به تصویر کشیده می شوند به عنوان دینامیک (مخفف الکترودینامیک) نامیده می شوند، طبقه بندی ای که آنها را از طرح های جایگزین مانند بلندگوهای آهنی متحرک یا آنهایی که از اصول پیزوالکتریک یا الکترواستاتیک استفاده می کنند متمایز می کند.

تاریخچه

اولین بلندگوی الکتریکی در سال 1861 در تلفن یوهان فیلیپ ریس ادغام شد، در ابتدا قادر به بازتولید صداهای متمایز بود، با تغییرات بعدی که امکان بازتولید گفتار خفه را فراهم کرد. الکساندر گراهام بل در سال 1876 حق اختراعی را برای بلندگوی برقی افتتاحیه خود - یک نوع آهنی متحرک که قادر به بازتولید گفتار قابل درک است - به عنوان یک جزء جدایی ناپذیر از تلفن خود در سال 1876 به دست آورد. این در سال 1877 با تکرار پیشرفته ای که توسط ارنست زیمنس توسعه داده شد، به دست آمد. همزمان، توماس ادیسون حق امتیاز بریتانیایی را برای سیستمی به دست آورد که از هوای فشرده به عنوان مکانیزم تقویتی برای گرامافون های سیلندر نوپای خود استفاده می کند. با این حال، او در نهایت از شیپور فلزی معمولی استفاده کرد که توسط غشایی متصل به قلم فعال می‌شد. در سال 1898، هوراس شورت یک طرح بلندگو با هوای فشرده را به ثبت رساند، و متعاقباً حقوق را به چارلز پارسونز، که چندین حق ثبت اختراع بریتانیایی دیگر را قبل از سال 1910 دریافت کرد، واگذار کرد. این طرح‌های هوای فشرده به‌دلیل کیفیت صدای پایین و ناتوانی در بازتولید صدا در ولوم‌های پایین، به طور قابل‌توجهی محدود شده بودند. در حالی که تغییرات این طرح در سیستم‌های نشانی عمومی کاربرد دارد، سازگاری‌های جدیدتری برای ارزیابی انعطاف‌پذیری تجهیزات فضایی در برابر صداهای شدید و سطوح ارتعاش تولید شده در طول پرتاب موشک به کار گرفته شده‌اند.

کویل متحرک

بلندگوی سیم پیچ متحرک آزمایشی اولیه، که به عنوان بلندگوی دینامیک نیز شناخته می شود، توسط الیور لاج در سال 1898 طراحی شد. اولین بلندگوهای سیم پیچ متحرک تجاری قابل دوام متعاقباً در سال 1915 توسط مهندس دانمارکی Peter L. Jensen در ناوینپا و پیتر ال. مشابه طرح‌های بلندگوهای قبلی، این مدل‌های اولیه از بوق برای تقویت صدای تولید شده توسط یک دیافراگم فشرده استفاده می‌کردند. درخواست های ثبت اختراع جنسن ناموفق بود. جنسن و پریدهام به دنبال ناتوانی خود در بازاریابی محصول خود به شرکت های تلفن، تمرکز خود را در سال 1915 به سمت بازارهای رادیویی و سیستم نشانی عمومی تغییر دادند و اختراع خود را با نام Magnavox معرفی کردند. جنسن برای سال‌های متمادی پس از اختراع بلندگو، بخشی از سهام شرکت Magnavox را حفظ کرد.

اصل سیم پیچ متحرک، که اساس بلندگوهای معاصر را تشکیل می دهد، در سال 1925 توسط ادوارد دبلیو. کلوگ و چستر دبلیو رایس به ثبت رسید. تمایز اساسی بین طراحی ثبت شده آنها و تلاش های قبلی در تنظیم دقیق پارامترهای مکانیکی برای دستیابی به یک پاسخ فرکانسی نسبتاً مسطح است.

در ابتدا، بلندگوها به دلیل هزینه بسیار بالا و در دسترس بودن محدود آهنرباهای دائمی قوی، آهنرباهای الکتریکی را در خود جای دادند. سیم پیچ آهنربای الکتریکی که به عنوان سیم پیچ میدان شناخته می شود، از طریق مجموعه ای جداگانه از اتصالات به درایور نیرو دریافت می کرد. این سیم پیچ معمولاً یک عملکرد دوگانه را انجام می دهد، همچنین به عنوان یک سیم پیچ برای فیلتر کردن منبع تغذیه تقویت کننده متصل عمل می کند. سیم پیچ خفه کننده به طور موثر موج AC را در جریان کاهش می دهد. با این وجود، فرکانس‌های خط AC اغلب سیگنال صوتی را که به سیم پیچ صدا هدایت می‌شود، تعدیل می‌کنند و به یک زمزمه قابل شنیدن کمک می‌کنند. در سال 1930، جنسن اولین بلندگوی تجاری با آهنربای ثابت را راه اندازی کرد. با این حال، آهنرباهای آهنی قابل توجه و سنگین آن دوران غیرعملی بودند و تسلط مداوم بلندگوهای سیم پیچ میدانی را تضمین کردند تا زمانی که آهنرباهای سبک وزن آلنیکو پس از جنگ جهانی دوم به طور گسترده در دسترس قرار گرفتند.

سیستم های بلندگوی اولیه

در طول دهه 1930، سازندگان بلندگو شروع به ادغام چندین درایور، معمولاً دو یا سه، کردند که هر کدام به طور خاص برای محدوده فرکانس متمایز بهینه شده بودند. هدف این رویکرد افزایش پاسخ فرکانسی و بالا بردن سطح فشار صوت بود. در سال 1937، Metro-Goldwyn-Mayer بر توسعه سیستم بلندگوی استاندارد افتتاحیه صنعت فیلم، دو طرفه سیستم شیرر هورن برای تئاترها نظارت کرد. این سیستم دارای چهار درایور 15 اینچی با فرکانس پایین، یک شبکه متقاطع پیکربندی شده با فرکانس 375 هرتز و یک بوق چند سلولی منفرد مجهز به دو درایور فشرده‌سازی برای بازتولید فرکانس بالا بود. جان کنت هیلیارد، جیمز بالو لنسینگ و داگلاس شیرر در ایجاد آن نقش داشتند. متعاقباً، در نمایشگاه جهانی نیویورک در سال 1939، یک سیستم آدرس عمومی دو طرفه قابل توجهی بر روی برجی در فلاشینگ میدوز ساخته شد. رودی بوزاک، در آن زمان مهندس ارشد Cinaudagraph، هشت درایور 27 اینچی با فرکانس پایین آن را طراحی کرد.

در سال 1943، Altec Lansing از 604 پرده برداری کرد که متعاقباً به مشهورترین درایور کواکسیال Duplex تبدیل شد. این طراحی نوآورانه یک بوق با فرکانس بالا را ادغام می کند که صدا را از طریق دیافراگم در قطعه قطب یک ووفر 15 اینچی پخش می کند و در نتیجه عملکرد صوتی نزدیک به منبع را به دست می آورد. سیستم بلندگوی «صدای تئاتر» آلتک که به صورت تجاری در سال 1945 راه اندازی شد، انسجام و وضوح عالی را در سطوح خروجی بالا مورد نیاز برای سالن های سینمایی ارائه کرد. آکادمی علوم و هنرهای تصاویر متحرک به‌سرعت ارزیابی‌های مربوط به ویژگی‌های آکوستیک آن را آغاز کرد و در نهایت آن را به عنوان استاندارد صنعتی برای خانه‌های فیلم در سال 1955 تعیین کرد.

در سال 1954، ادگار ویلچر اصل تعلیق صوتی را در طراحی بلندگو پیشگام کرد. این نوآوری پاسخ باس برتر را در مقایسه با آنچه که قبلاً با درایورهایی که در محفظه های بزرگتر قرار داشتند قابل دستیابی بود تسهیل کرد. ویلچر به همراه شریک خود هنری کلوس، شرکت تحقیقاتی آکوستیک را برای تولید و توزیع سیستم های بلندگو بر اساس این اصل تأسیس کردند. به دنبال آن، پیشرفت‌های مداوم در طراحی محفظه و علم مواد، پیشرفت‌های قابل‌توجهی را در عملکرد شنیداری به همراه داشت.

پیشرفت‌های قابل توجه در محرک‌های دینامیک معاصر و بلندگوهایی که از آنها استفاده می‌کنند، شامل پیشرفت‌هایی در مواد مخروطی، پذیرش چسب‌های با دمای بالا، روش‌های تجزیه و تحلیل عناصر مغناطیسی دائمی برتر، ترکیب‌های پیشرفته کامپیوتری با روش مغناطیس‌شناسی دائمی برتر است. برای کاربردهای فرکانس پایین، نظریه شبکه الکتریکی Thiele/Small در بهینه‌سازی هم‌افزایی بین درایورهای باس و محفظه‌های آنها از اوایل دهه 1970 مؤثر بوده است.

طراحی درایور بلندگوی پویا

سیستم های بلندگو

طراحی سیستم‌های بلندگو ارزیابی‌های ذهنی صدا و کیفیت صدا را با اندازه‌گیری‌های دقیق و اعتبارسنجی تجربی ادغام می‌کند. بهینه‌سازی عملکرد معمولاً شامل اعمال اصولی از نظریه‌های مغناطیسی، آکوستیک، مکانیکی، الکتریکی و علم مواد است که به‌دقت از طریق اندازه‌گیری‌ها و بینش‌های با دقت بالا از شنوندگان باتجربه نظارت می‌شود. چالش‌های کلیدی برای طراحان بلندگو و راننده عبارتند از پرداختن به اعوجاج، لوبینگ صوتی، اثرات فاز، پاسخ خارج از محور، و مصنوعات متقاطع. برای جداسازی عملکرد بلندگو از آکوستیک اتاق، طراحان ممکن است از یک محفظه anechoic استفاده کنند یا از تکنیک های الکترونیکی مختلفی که جایگزین های جزئی ارائه می دهند استفاده کنند. برعکس، برخی از توسعه‌دهندگان، تنظیمات اتاق استاندارد را به اتاق‌های anechoic ترجیح می‌دهند، با هدف تکرار محیط‌های شنیداری معتبر.

درایورهای الکترودینامیکی منفرد به عملکرد مطلوب در محدوده فرکانس محدود دست می یابند. برای غلبه بر این محدودیت، درایورهای متعدد - مانند ساب ووفرها، ووفرها، درایورهای میان رده و توییترها - معمولاً در یک سیستم بلندگوی جامع ادغام می شوند. سه سیستم تشعشع صوتی غالب استفاده شده عبارتند از: مخروط، گنبد، و محرک نوع بوق.

درایورهای تمام برد

درایور با برد کامل یا برد وسیع، جزء بلندگوی است که برای استفاده منحصر به فرد در بازتولید یک کانال صوتی طراحی شده است، بنابراین نیاز به پوشش کل طیف فرکانس صوتی مربوط به کاربرد آن دارد. این درایورها عموما فشرده هستند و معمولاً از 3 تا 8 اینچ (7.6 تا 20.3 سانتی متر) قطر دارند تا پاسخ فرکانس بالا را تسهیل کنند. آنها با دقت مهندسی شده اند تا خروجی با اعوجاج کم در فرکانس های پایین تر تولید کنند، البته با حداکثر سطح خروجی کاهش یافته. درایورهای برد کامل معمولاً در سیستم‌های نشانی عمومی، تلویزیون‌ها، رادیوهای کوچک، اینترکام، و بلندگوهای رایانه‌ای خاص یافت می‌شوند.

در سیستم‌های بلندگوی با کیفیت بالا (hi-fi)، استفاده از درایورهای دامنه وسیع می‌تواند تعاملات نامطلوب ناشی از قرارگیری غیرتصادفی درایورها یا مشکلات در شبکه‌های متقاطع را کاهش دهد. با این حال، این رویکرد همچنین ممکن است پاسخ فرکانس کلی و قابلیت‌های خروجی را، به ویژه در فرکانس‌های پایین، محدود کند. سیستم‌های Hi-Fi که از درایورهای دامنه وسیع استفاده می‌کنند، اغلب برای دستیابی به عملکرد صوتی بهینه، به محفظه‌های بزرگ، پیچیده یا پرهزینه نیاز دارند.

درایورهای برد کامل اغلب از یک مخروط کمکی، معروف به whizzer استفاده می‌کنند، که مخروطی کوچک و سبک وزن است که در محل اتصال سیم‌پیچ صدا و مخروط اولیه متصل می‌شود. مخروط ویزر پاسخ فرکانس بالا راننده را گسترش می دهد و جهت فرکانس بالا را گسترش می دهد، که در غیر این صورت به طور قابل توجهی باریک می شود زیرا قطر بیرونی ماده مخروط اصلی نمی تواند با سیم پیچ صدای مرکزی در فرکانس های بالاتر همگام شود. در طراحی ویزر، مخروط اصلی طوری طراحی شده است که انعطاف پذیری بیشتری را در قطر بیرونی خود نسبت به مرکز آن نشان دهد. در نتیجه، مخروط اصلی فرکانس‌های پایین را بازتولید می‌کند، در حالی که مخروط ویزر در درجه اول به فرکانس‌های بالاتر کمک می‌کند. با توجه به اینکه مخروط ویزر کوچکتر از دیافراگم اصلی است، پراکندگی خروجی فرکانس بالا در مقایسه با دیافراگم منفرد و بزرگتر افزایش یافته است.

درایورهای برد محدود، که برای عملکرد مستقل نیز طراحی شده‌اند، معمولاً در دستگاه‌هایی مانند رایانه، اسباب‌بازی، و رادیوهای ساعتی ادغام می‌شوند. این درایورها نسبت به درایورهای با برد وسیع پیچیدگی کمتر و مقرون به صرفه تر هستند و ممکن است به طور قابل توجهی در معرض خطر قرار گیرند تا در فضاهای نصب بسیار محدود قرار بگیرند. در این برنامه‌ها، کیفیت صدا یک اولویت فرعی است.

یک روش جایگزین شامل ترکیب چندین درایور یکسان با دامنه کامل با تعادل‌سازی فعال است. یک تصویر قابل توجه از این رویکرد، بلندگوی Bose 901 است که در سال 1968 توسط Bose معرفی شد. در عوض، پاسخ فرکانس کلی آن توسط یک اکولایزر فعال خارجی ایجاد می شود. طراحی معماری این سیستم در پتنت های Bose در مورد یکسان سازی بلندگوها به تفصیل آمده است و متعاقباً در بررسی های فنی سیستم های بلندگوی چند درایور یکسان شده، از جمله تحلیل های خاص 901 مورد بررسی قرار گرفته است.

ساب ووفر

یک ساب ووفر یک درایور تخصصی ووفر است که منحصراً به بازتولید پایین‌ترین بخش از طیف صوتی اختصاص داده شده است: معمولاً زیر 200 هرتز برای سیستم‌های صوتی مصرف‌کننده، زیر 100 هرتز برای برنامه‌های حرفه‌ای صدای زنده و زیر 80 هرتز در پیکربندی‌های مورد تأیید THX. با توجه به این محدوده فرکانس مشخص، طراحی سیستم ساب ووفر اغلب ساده تر از بلندگوهای معمولی است و اغلب شامل یک درایور است که در یک محفظه مناسب قرار دارد. با توجه به اینکه صدا در این محدوده فرکانس به راحتی در اطراف موانع منعکس می شود، دیافراگم بلندگو لزوماً نیازی به جهت گیری مستقیم به سمت مخاطب ندارد و به ساب ووفرها اجازه می دهد در پایین یک محفظه، رو به زمین نصب شوند. این انعطاف پذیری بیشتر توسط محدودیت های ادراکی شنوایی انسان در فرکانس های پایین تسهیل می شود. چنین صداهایی را نمی توان از نظر فضایی محلی کرد زیرا طول موج های بزرگ آنها، بر خلاف فرکانس های بالاتر، اثرات تفاضلی را در گوش ایجاد نمی کند (به دلیل سایه سر و پراش) که برای نشانه های محلی سازی بسیار مهم است.

برای بازتولید دقیق فرکانس‌های باس بسیار پایین، سیستم‌های ساب ووفر به ساختار قوی و مهاربندی کافی برای کاهش لرزش‌های نامطلوب کابینت نیاز دارند. در نتیجه، ساب ووفرهای با کیفیت بالا معمولاً با جرم قابل توجهی مشخص می شوند. بسیاری از پیکربندی‌های ساب ووفر دارای تقویت‌کننده‌های قدرت یکپارچه و فیلترهای الکترونیکی زیر صوت، در کنار کنترل‌های تکمیلی مربوط به خروجی فرکانس پایین، مانند تنظیم متقاطع و سوئیچ فاز هستند. چنین پیکربندی هایی به عنوان ساب ووفر فعال یا پاوردار تعیین می شوند. برعکس، ساب ووفرهای غیرفعال تقویت خارجی را الزامی می کنند.

در تنظیمات صوتی استاندارد، ساب ووفرها معمولاً مستقل از سایر محفظه های بلندگو قرار می گیرند. به دلیل عواملی مانند تأخیر انتشار و آرایش فضایی، خروجی ساب ووفر می تواند اختلاف فاز را نسبت به سیگنال صوتی اصلی نشان دهد. بنابراین، تقویت کننده های قدرت ساب ووفر اغلب دارای یک مکانیسم تنظیم تاخیر فاز هستند که می تواند عملکرد کلی سیستم را بهینه کند. ساب ووفرها کاربرد گسترده ای در سیستم های تقویت صدا برای کنسرت های بزرگ و سالن های با اندازه متوسط ​​پیدا می کنند. محفظه‌های ساب ووفر معمولاً دارای یک پورت بازتاب باس هستند، یک عنصر طراحی که وقتی به درستی مهندسی شود، بازتولید باس را افزایش می‌دهد و کارایی را افزایش می‌دهد.

ووفر

ووفر یک مبدل است که به طور خاص برای بازتولید صدای فرکانس پایین طراحی شده است. این درایور در ارتباط با ویژگی‌های صوتی محفظه بلندگوی خود برای تولید فرکانس‌های پایین مناسب عمل می‌کند. برخی از سیستم‌های بلندگو از یک ووفر برای کنترل کمترین فرکانس‌ها استفاده می‌کنند که گاهی اوقات با کارایی کافی برای رفع نیاز به یک ساب ووفر اختصاصی. علاوه بر این، برخی از طرح‌های بلندگو از ووفر برای مدیریت فرکانس‌های میان‌رده استفاده می‌کنند و در نتیجه از گنجاندن یک درایور میان‌رده مجزا جلوگیری می‌کنند.

درایور میان رده

یک بلندگوی میان رده یک مبدل بلندگو است که برای بازتولید باند فرکانسی معمولاً 1 تا 6 کیلوهرتز، که معمولاً به عنوان فرکانس‌های متوسط شناخته می‌شود، مهندسی شده است که بین محدوده‌های عملیاتی ووفر و توییتر قرار دارد. دیافراگم درایورهای میان رده ممکن است از کاغذ یا مواد کامپوزیت ساخته شده باشد که یا به عنوان محرک تشعشع مستقیم، شبیه به ووفرهای کوچک شده، یا به عنوان درایورهای فشرده سازی، شبیه به پیکربندی های خاص توییتر عمل می کنند. اگر راننده میان‌رده به‌عنوان رادیاتور مستقیم کار کند، می‌توان آن را به بافل جلوی یک محفظه بلندگو متصل کرد. در عوض، اگر یک محرک فشرده‌سازی باشد، ممکن است در گلوی یک بوق نصب شود تا سطح خروجی را افزایش داده و الگوی تشعشع را اصلاح کند.

تویتر

یک توییتر به عنوان یک مبدل فرکانس بالا و مسئول بازتولید بالاترین فرکانس ها در یک سیستم صوتی عمل می کند. با توجه به تمایل صدای فرکانس بالا برای انتشار از بلندگو در پرتوهای منقبض، یک چالش مهم در مهندسی توییتر شامل دستیابی به پراکندگی صدای زاویه ای گسترده یا پاسخ خارج از محور است. توییترهای Soft Dome در سیستم‌های استریوی خانگی رایج هستند، در حالی که درایورهای فشرده‌سازی بوق‌دار اغلب در برنامه‌های تقویت صدا حرفه‌ای استفاده می‌شوند. توییت‌های روبانی استقبال بیشتری را تجربه کرده‌اند، به‌ویژه از آنجایی که توان خروجی برخی از طرح‌ها به سطوح مناسب برای تقویت صدای حرفه‌ای افزایش یافته است و یک الگوی خروجی عریض افقی را برای برنامه‌های صوتی کنسرت ارائه می‌دهد.

درایورهای کواکسیال

یک درایور کواکسیال نشان دهنده یک مبدل بلندگو است که دو یا چند درایور متحدالمرکز را در یک واحد ادغام می کند. سازندگان برجسته درایورهای کواکسیال عبارتند از: Altec، Tannoy، Pioneer، KEF، SEAS، B&C Speakers، BMS، Cabasse، و Genelec.

طراحی سیستم

متقاطع

در سیستم‌های بلندگوی چند درایور، متقاطع به عنوان یک شبکه فیلتر طراحی شده برای تقسیم سیگنال ورودی به باندهای فرکانسی مجزا، همسو با مشخصات عملیاتی هر درایور مجزا، عمل می‌کند. در نتیجه، هر درایور به طور انحصاری در محدوده فرکانس تعیین شده خود انرژی دریافت می کند، که در خدمت به حداقل رساندن اعوجاج در درایورها و کاهش تداخل بین راننده است. شبکه های متقاطع به دو دسته غیرفعال یا فعال طبقه بندی می شوند.

یک متقاطع غیرفعال یک مدار الکترونیکی را تشکیل می دهد که از ترکیبی از یک یا چند مقاومت، سلف و خازن تشکیل شده است. این عناصر تشکیل دهنده برای ایجاد یک شبکه فیلتر، به طور معمول بین تقویت کننده قدرت تمام برد و درایورهای بلندگو قرار می گیرند، به منظور تقسیم سیگنال تقویت کننده به باندهای فرکانسی لازم قبل از توزیع به مبدل های جداگانه. در حالی که مدارهای متقاطع غیرفعال بدون برق خارجی کار می کنند و صرفاً بر سیگنال صوتی تکیه می کنند، دارای اشکالات خاصی هستند، مانند نیاز بالقوه به سلف ها و خازن های بزرگتر برای پاسخگویی به نیازهای مدیریت نیرو. برخلاف کراس اوورهای فعال که دارای یک تقویت کننده یکپارچه هستند، کراس اوورهای غیرفعال تضعیف ذاتی را در باند عبور خود نشان می دهند که معمولاً منجر به کاهش ضریب میرایی قبل از سیم پیچ صوتی می شود.

یک متقاطع فعال به عنوان یک مدار فیلتر الکترونیکی عمل می کند و سیگنال صوتی را به باندهای فرکانسی مجزای قبل از تقویت توان تقسیم می کند و در نتیجه نیاز به تقویت کننده توان اختصاصی برای هر باند دارد. در حالی که فیلتر غیرفعال به طور مشابه می تواند مقدم بر تقویت توان باشد، این رویکرد کمتر رایج است و انعطاف پذیری کمتری را در مقایسه با فیلتر فعال ارائه می دهد. روش‌هایی که از فیلتر متقاطع که با تقویت موفقیت‌آمیز استفاده می‌کنند، در مجموع به‌عنوان دو آمپر، سه‌آمپینگ، چهار آمپر و موارد مشابه نامیده می‌شوند که مشروط به تعداد کانال‌های تقویت‌کننده لازم است.

پیکربندی‌های بلندگوی خاصی، فیلتر متقاطع غیرفعال و فعال، فیلتر متقاطع با فرکانس بالا و به عنوان مثال فیلتر متقاطع با فرکانس بالا را ادغام می‌کنند. درایورها در کنار یک متقاطع فعال برای درایور فرکانس پایین.

کراس اوورهای غیرفعال معمولاً در محفظه‌های بلندگو ادغام می‌شوند و نوع متقاطع غالب را برای کاربردهای خانگی و کم مصرف نشان می‌دهند. در سیستم‌های صوتی خودرو، کراس اوورهای غیرفعال ممکن است در یک محفظه مجزا قرار گیرند، که این ضرورت بر اساس ابعاد اجزای سازنده آنها تعیین می‌شود. این متقاطع‌ها می‌توانند از طرح‌های ساده برای فیلتر کردن مرتبه پایین تا پیکربندی‌های پیچیده که شیب‌های تند را امکان‌پذیر می‌کنند، مانند 18 یا 24 دسی‌بل در هر اکتاو متغیر باشند. علاوه بر این، کراس اوورهای غیرفعال می‌توانند برای کاهش ویژگی‌های نامطلوب ناشی از رزونانس‌های درایور، بوق یا محفظه مهندسی شوند. با این حال، اجرای آنها می تواند به دلیل تعاملات اجزای چالش برانگیز باشد. مشابه واحدهای محرکی که عرضه می کنند، کراس اوورهای غیرفعال دارای محدودیت های مدیریت توان هستند، متحمل تلفات درج می شوند و بار الکتریکی ارائه شده به تقویت کننده را تغییر می دهند. این تغییرات اغلب نگرانی هایی را برای علاقه مندان به صدا ایجاد می کند. برای کاربردهایی که به سطوح خروجی بالا نیاز دارند، کراس اوورهای فعال اغلب سودمندتر تلقی می شوند. متقاطع‌های فعال می‌توانند به‌عنوان مدارهای مستقیمی که پاسخ یک شبکه غیرفعال را تکرار می‌کنند، یا به‌عنوان سیستم‌های پیچیده‌تر که تنظیمات صوتی جامع را تسهیل می‌کنند، ظاهر شوند. برخی از متقاطع‌های فعال، به‌ویژه سیستم‌های مدیریت بلندگوی دیجیتال، ممکن است اجزای الکترونیکی و کنترل‌هایی را برای هم‌ترازی دقیق فاز و زمان در باندهای فرکانس، تساوی، و فشرده‌سازی و محدود کردن دامنه دینامیکی در خود جای دهند.

محفظه ها

اکثر سیستم‌های بلندگو شامل درایورهایی هستند که در یک محفظه یا کابینت یکپارچه شده‌اند. عملکرد اصلی محفظه جلوگیری از تداخل مخرب بین امواج صوتی منتشر شده از عقب راننده و امواجی است که از جلوی آن منتشر می شود. امواج صوتی ساطع شده از عقب 180 درجه خارج از فاز با امواج ساطع شده به جلو هستند. در نتیجه، در غیاب محفظه، این موارد معمولاً منجر به لغو می‌شوند که سطح و کیفیت صدا را در فرکانس‌های پایین به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.

ابتدایی‌ترین پیکربندی نصب درایور شامل یک صفحه تخت (بافل) است که درایورها در آن نصب می‌شوند. با این وجود، این روش منجر به لغو فرکانس‌های صوتی با طول موج‌های بیش از ابعاد بافل می‌شود، زیرا تابش ضد فاز از پشت مخروط با تابش رو به جلو تداخل می‌کند. یک پانل بی نهایت بزرگ از نظر تئوری این تداخل را از بین می برد. یک محفظه مهر و موم شده با اندازه کافی می تواند به این ویژگی مطلوب نزدیک شود.

با توجه به غیرعملی بودن پانل های با ابعاد بی نهایت، اکثر محفظه ها با دربر داشتن تشعشعات عقب منشأ گرفته از دیافراگم متحرک عمل می کنند. یک محفظه مهر و موم شده از انتقال صدای ساطع شده از پشت بلندگو با قرار دادن آن در یک جعبه سفت و هوادار جلوگیری می کند. استراتژی‌هایی که برای کاهش انتقال صدا از طریق دیواره‌های کابینت به کار می‌روند شامل ساخت دیوار ضخیم‌تر، مهاربندی داخلی و استفاده از مصالح دیواری با اتلاف می‌شود.

با این وجود، یک محفظه صلب به صورت داخلی صدا را منعکس می‌کند، که می‌تواند پس از آن از طریق دیافراگم بلندگو دوباره با کیفیت صدا منتقل شود. این پدیده را می توان از طریق جذب داخلی، با استفاده از موادی مانند پشم شیشه، پشم یا الیاف مصنوعی در داخل محفظه کاهش داد. علاوه بر این، هندسه داخلی محفظه را می توان مهندسی کرد تا این اثر را با هدایت صداها از دیافراگم بلندگو به حداقل برساند و جذب بعدی آنها را تسهیل کند.

طراحی های جایگزین تابش صدای عقب را تغییر می دهند تا جمع سازنده آن با خروجی خروجی از جلو را امکان پذیر کند. چنین طرح هایی (به عنوان مثال، بازتاب باس، رادیاتور غیرفعال، خط انتقال) اغلب برای گسترش پاسخ فرکانس پایین موثر و افزایش خروجی فرکانس پایین راننده استفاده می شود.

برای تسهیل انتقال یکپارچه بین درایورها، طراحان سیستم تلاش کرده‌اند تا با تغییر موقعیت یک یا چند مکان نصب درایور به صورت طولی، به هم‌ترازی زمانی دست یابند، در نتیجه اطمینان حاصل کنند که مرکز صوتی هر راننده همان صفحه عمودی را اشغال می‌کند. این فرآیند همچنین ممکن است مستلزم کج کردن راننده به سمت عقب، نصب محفظه جداگانه برای هر راننده، یا استفاده از روش‌های الکترونیکی برای دستیابی به اثر مطلوب باشد. این ابتکارات طراحی اغلب در معماری کابینت متمایز به اوج خود رسیده است.

پیکربندی‌های نصب بلندگو، که کابینت‌های مربوطه خود را در بر می‌گیرند، قادر به القای پراش هستند که به صورت پیک‌ها و فرورفتگی‌ها در پاسخ فرکانسی ظاهر می‌شود. این پدیده معمولاً در فرکانس‌های بالاتر بسیار مهم است، جایی که طول موج‌ها مشابه یا کوچکتر از ابعاد فیزیکی کابینت هستند.

بلندگوهای هورن

بلندگوهای بوق قدیمی ترین شکل سیستم بلندگو را تشکیل می دهند. استفاده از بوق‌ها به‌عنوان مگافون‌های تقویت‌کننده صدا را می‌توان حداقل در قرن هفدهم دنبال کرد، با ادغام آن‌ها در گرامافون‌های مکانیکی در اوایل سال 1877. حالت با قطر کم و فشار بالا در سطح مخروط راننده تا حالت با قطر بزرگ و فشار کم در دهانه بوق. این طراحی به طور قابل توجهی تطابق امپدانس صوتی-الکترو/مکانیکی بین راننده و هوای محیط را بهبود می بخشد، در نتیجه کارایی و تمرکز انتشار صدا را در یک منطقه فضایی محدودتر افزایش می دهد.

ابعاد گلو، دهان، طول کلی بوق، و ناحیه آن باید به طور دقیقی انتخاب شود که سرعت انبساط آن را افزایش دهد. عملکرد تبدیل موثر در یک محدوده فرکانس مشخص. طول و سطح مقطع دهانه مورد نیاز برای تولید فرکانس‌های باس یا فرکانس فرکانس زیر بم، نیاز به یک شیپور به طول چند فوت دارد. طرح‌های شیپوری تاشده باعث کاهش اندازه کلی فیزیکی می‌شوند، اما طراحان را وادار می‌کنند تا مصالحه را اجرا کنند و افزایش هزینه‌های ساخت و پیچیدگی‌های ساخت را بپذیرند. برخی از پیکربندی‌های بوق نه تنها دارای یک بوق تا شده با فرکانس پایین هستند، بلکه به طور استراتژیک از دیوارهای اتاق، به ویژه گوشه‌ها، به عنوان امتداد دهانه بوق استفاده می‌کنند. در اواخر دهه 1940، سیستم‌های شاخ دارای دهانه‌هایی که بخش قابل توجهی از دیوار اتاق را اشغال می‌کردند، در میان علاقه‌مندان با وفاداری بالا غیرمعمول نبود. با این وجود، زمانی که استقرار دو یا چند واحد ضروری شد، عملی بودن و پذیرش چنین تاسیساتی به‌اندازه اتاق به‌طور قابل‌توجهی کاهش یافت.

یک بلندگوی بوق‌دار می‌تواند حساسیتی به 110 دسی‌بل_SPL نشان دهد که با ولتاژ 8-8و3 اهم اندازه‌گیری می‌شود. بار) در فاصله 1 متری. این معیار عملکرد نشان‌دهنده افزایش صد برابری در خروجی آکوستیک در مقایسه با بلندگوی دارای درجه حساسیت 90 دسی‌بل تحت مشخصات فوق‌الذکر است. چنین حساسیت بالایی در کاربردهایی که نیاز به سطوح فشار صوتی بالا دارند یا منابع توان تقویت کننده محدود هستند بسیار ارزشمند است.

یک تصویر قابل توجه از یک سیستم بلندگوی کاملاً بوق‌دار Klipschorn است که در دهه 1940 توسط Paul W. Klipsch طراحی شد. بخش فرکانس پایین آن از یک بوق باس تا شده استفاده می کند که مرحله گسترش ترمینال آن توسط گوشه اتاق کامل می شود. بنابراین، اتاق به جای اینکه صرفاً به عنوان تسهیل کننده قرارگیری عمل کند، به عنوان یک جزء جدایی ناپذیر از مسیر صوتی بوق عمل می کند. این پیکربندی با ایجاد مؤثر ساختار بوق بزرگتر بدون نیاز به افزایش ابعاد بدنه فیزیکی، بارگذاری صوتی و کارایی را افزایش می‌دهد، این اصل در یک درخواست ثبت اختراع ارائه شده در سال 1941 و متعاقباً در سال 1943 توضیح داده شد. کلیپش بعداً طراحی بوق با راندمان بالا و کنترل مستقیم شیپور با فرکانس بالا را ابداع کرد. طول موج، همانطور که در یک درخواست ثبت اختراع ثبت شده در سال 1949 و اعطا در سال 1951 مستند شده است.

بلندگوی خط انتقال

یک بلندگوی خط انتقال یک طراحی محفظه بلندگوی خاص را تشکیل می‌دهد که دارای یک خط انتقال صوتی داخلی است که با طرح‌های معمولی‌تر و ساده‌تر مبتنی بر محفظه در تضاد است. برخلاف سیستم‌هایی که صدا در یک محفظه نسبتاً ساده طنین‌انداز می‌کند، خروجی صوتی از پشت درایور باس به یک مسیر توسعه‌یافته (معمولاً تا شده) و میرایی که در داخل محفظه بلندگو قرار دارد هدایت می‌شود. این رویکرد کنترل برتر و استفاده کارآمدتر از انرژی تابشی بلندگو را امکان پذیر می کند.

اتصالات سیم کشی

بلندگوهای خانگی (hi-fi) با کیفیت بالا معمولاً دارای دو پایانه سیم‌کشی برای اتصال به منبع سیگنال، مانند تقویت‌کننده یا گیرنده صدا هستند. این اتصالات با پایه های اتصال، گیره های فنری یا جک های نصب شده روی پانل که در محفظه بلندگو قرار گرفته اند، تسهیل می شوند. اگر سیم‌کشی یک جفت بلندگو از قطبیت الکتریکی صحیح منحرف شود، بلندگوها به‌عنوان خارج از فاز یا به‌طور دقیق‌تر، خارج از قطبیت توصیف می‌شوند. هنگام دریافت سیگنال های یکسان، مخروط بلندگوی خارج از قطب در مقایسه با سایر بلندگوها در جهت مخالف حرکت می کند. این وضعیت معمولاً منجر به لغو، کاهش سطح، و اختلال در محلی سازی محتوای تک صدایی در یک ضبط استریو می شود که به تداخل مخرب امواج صوتی نسبت داده می شود. پدیده لغو در فرکانس‌هایی که بلندگوها با یک چهارم طول موج یا کمتر از هم فاصله دارند، با فرکانس‌های پایین بیشترین تأثیر را تجربه می‌کنند، بیشتر خود را نشان می‌دهد. در حالی که این خطای سیم‌کشی به بلندگوها آسیب نمی‌رساند، تجربه شنیداری بهینه را به خطر می‌اندازد.

برای سیستم‌های تقویت صدا، سیستم‌های نشانی عمومی (PA) و محفظه‌های بلندگوی تقویت‌کننده ابزار، اتصالات معمولاً از طریق کابل‌هایی با استفاده از انواع خاصی از جک‌ها یا کانکتورها برقرار می‌شوند. جک‌های یک چهارم اینچی (1/4 اینچی) اغلب در کابینت‌های سیستم صوتی و بلندگوهای ابزار با قیمت پایین‌تر و متوسط استفاده می‌شوند. برعکس، سیستم‌های صوتی پیشرفته‌تر و قوی‌تر و کابینت‌های بلندگو معمولاً دارای کانکتورهای Speakon هستند. کانکتورهای Speakon به عنوان گزینه ایمن‌تر برای وات بالا در نظر گرفته می‌شوند که به دلیل طراحی ترمینال‌های الکتریکی از تماس با ترمینال‌ها جلوگیری می‌کند.

بلندگوهای بی سیم

بلندگوهای بی‌سیم مشابه همتایان سیمی خود عمل می‌کنند، اما سیگنال‌های صوتی را از طریق امواج فرکانس رادیویی (RF) به جای کابل‌های صوتی فیزیکی دریافت می‌کنند. یک تقویت کننده در کابینت بلندگو تعبیه شده است، زیرا امواج RF به تنهایی قدرت کافی برای به حرکت درآوردن مبدل را ندارند. علیرغم انتقال صدای بی‌سیم، این بلندگوها همچنان به برق نیاز دارند و آن را از یک پریز برق AC نزدیک یا باتری‌های داخلی تامین می‌کنند. در نتیجه، فقط کابل سیگنال صوتی غیر ضروری است.

مشخصات فنی

مشخصات بلندگو معمولاً شامل پارامترهای زیر است:

• بلندگو یا نوع درایور (فقط برای واحدهای جداگانه قابل استفاده است): این دسته شامل عناوینی مانند طیف کامل، ووفر، توییتر، یا میان رده است.
• ابعاد درایور فردی: برای درایورهای مخروطی، اندازه مشخص شده معمولاً به قطر خارجی سبد اشاره دارد. در موارد کمتر، این بعد ممکن است نشان دهنده قطر محفظه مخروطی باشد که از راس تا راس اندازه گیری می شود، یا فاصله بین مراکز سوراخ های نصب مخالف. قطر سیم پیچ صدا نیز ممکن است ارائه شود. در مورد بلندگوهایی که دارای درایور بوق فشاری هستند، ممکن است قطر گلوگاه بوق نشان داده شود.
• قدرت نامی: این متریک هم سطح توان پیوسته و هم اوج توان را که بلندگو قادر به مدیریت آن است نشان می‌دهد. اگر یک راننده در فرکانس‌های پایین‌تر در معرض حرکت بیش از حد مکانیکی قرار گیرد، می‌تواند در سطوح توان به میزان قابل‌توجهی کمتر از امتیاز اسمی خود آسیب ببیند. در حوزه های قضایی خاص، ظرفیت انتقال نیرو یک اصطلاح تعریف شده قانونی است که امکان مقایسه استاندارد بین بلندگوها را فراهم می کند. با این حال، در مناطق دیگر، تفاسیر متنوع از ظرفیت مدیریت توان می تواند منجر به ابهام قابل توجهی شود.
• امپدانس: مقادیر معمولاً مشخص شده شامل 4 Ω (اهم)، 8 Ω، و سایر رتبه‌بندی‌های استاندارد است.
• نوع بافل یا محفظه (قابل استفاده فقط برای سیستم‌های بسته): به عنوان مثال می‌توان به طرح‌های مهر و موم شده، رفلکس باس و دیگر طرح‌ها اشاره کرد.
• درایور مکمل (قابل استفاده فقط برای سیستم های بلندگوی کامل): این تنظیمات پیکربندی هایی مانند دو طرفه، سه طرفه و غیره را مشخص می کند.
• طبقه بندی بلندگو:
  • کلاس 1: این بلندگوها با حداکثر سطح فشار صدا (SPL) 110 تا 119 دسی بل مشخص می شوند، این بلندگوها برای پخش آواز در فضاهای محدود یا برای برنامه های موسیقی پس زمینه مناسب هستند. آنها عمدتاً به عنوان بلندگوهای پرکننده برای سیستم‌های کلاس 2 یا کلاس 3 عمل می‌کنند که معمولاً دارای ووفرهای کوچک 4 یا 5 اینچی و تویترهای گنبدی هستند.
  • کلاس 2: این بلندگوهای با قدرت متوسط ​​حداکثر SPL 120-129 دسی بل را به دست می آورند و برای تقویت صدا در مکان های کوچک تا متوسط ​​یا به عنوان بلندگوهای تکمیلی برای سیستم های کلاس 3 یا کلاس 4 استفاده می شوند. آنها معمولا از ووفرهای 5 تا 8 اینچی و توییترهای گنبدی استفاده می کنند.
  • کلاس 3: این بلندگوهای پرقدرت با حداکثر SPL 130-139 دسی بل، به عنوان سیستم های اولیه در فضاهای کوچک تا متوسط استفاده می شوند و همچنین می توانند به عنوان بلندگوهای پرکننده برای سیستم های کلاس 4 عمل کنند. پیکربندی معمولی آنها شامل ووفرهای 6.5 تا 12 اینچی و درایورهای فشرده سازی 2 یا 3 اینچی برای بازتولید فرکانس بالا است.
  • کلاس 4: این بلندگوهای بسیار پرقدرت حداکثر SPL 140 دسی بل یا بیشتر را به دست می آورند و به عنوان سیستم های اصلی در مکان های متوسط تا بزرگ یا به عنوان بلندگوهای پرکننده در چنین محیط هایی عمل می کنند. آنها معمولا دارای ووفرهای 10 تا 15 اینچی و درایورهای فشرده سازی 3 اینچی هستند.

مشخصات اختیاری ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• فرکانس(های) متقاطع (قابل استفاده فقط برای سیستم های چند درایور): این به نقاط فرکانس اسمی اشاره دارد که در آن سیگنال صوتی بین درایورهای مختلف تقسیم می شود.
• پاسخ فرکانس به عملکرد خروجی اندازه‌گیری شده یا مشخص شده یک سیستم در محدوده مشخصی از فرکانس‌ها، با توجه به یک سطح ورودی ثابت که در سراسر این طیف متفاوت است، اشاره دارد. این معیار گهگاه دارای یک محدودیت واریانس، مانند "± 2.5 دسی بل" است.
• برای درایورهای منفرد، پارامترهای Thiele/Small شامل چندین مشخصات کلیدی است، از جمله F_s (فرکانس تشدید)، Q_ts (نماینده Q درایور)، که ضریب رقیق آن را تقریبی می‌کند. V_as (معادل حجم انطباق هوای راننده).
• حساسیت سطح فشار صدای تولید شده توسط یک بلندگو را در یک محیط بی‌صدا اندازه‌گیری می‌کند. این معمولاً به صورت _SPL بیان می‌شود که در فاصله 1 متری، با ورودی 1 وات (معادل 2.83 ولت RMS در یک بار 8 Ω)، معمولاً در یک یا چند فرکانس تعیین‌شده، اندازه‌گیری می‌شود. تولیدکنندگان اغلب از این مشخصات در محتوای تبلیغاتی استفاده می کنند.
• حداکثر سطح فشار صدا نشان‌دهنده اوج خروجی است که یک بلندگو می‌تواند بدون آسیب رساندن یا فراتر از آستانه اعوجاج از پیش تعیین‌شده به دست آورد. این معیار اغلب توسط تولیدکنندگان در مواد بازاریابی استفاده می‌شود، اغلب بدون اشاره صریح به محدوده فرکانس عملیاتی یا سطح اعوجاج مرتبط.

ویژگی های الکتریکی بلندگوهای پویا

برای تولید صدا، یک بلندگو جریان الکتریکی مدوله‌شده‌ای را از یک تقویت‌کننده دریافت می‌کند که از یک سیم‌پیچ بلندگو عبور می‌کند. این جریان یک میدان مغناطیسی در اطراف سیم پیچ از طریق اندوکتانس ایجاد می کند. در نتیجه، تغییرات در جریان الکتریکی به یک میدان مغناطیسی نوسانی تبدیل می‌شود. برهمکنش این میدان متغیر با میدان مغناطیسی دائمی راننده باعث می‌شود که دیافراگم بلندگو حرکت کند، در نتیجه حرکت هوایی ایجاد می‌شود که سیگنال اصلی تقویت‌کننده را تکرار می‌کند.

بار الکتریکی ارائه‌شده توسط درایور به تقویت‌کننده، امپدانس پیچیده‌ای را تشکیل می‌دهد که شامل مقاومت در کنار خازنی واکنش‌دهنده و القایی است. این امپدانس ویژگی‌های ذاتی درایور، دینامیک مکانیکی آن، تأثیر هر مؤلفه متقاطع واقع بین تقویت‌کننده و درایور، و تأثیرات بارگذاری هوا را که توسط محفظه و شرایط محیطی آن اصلاح می‌شود، یکپارچه می‌کند. در حالی که اکثر تقویت کننده ها توان خروجی را در یک بار مقاومتی ایده آل تعیین می کنند، امپدانس بلندگو در محدوده فرکانس عملیاتی آن ثابت نیست. در عوض، عواملی مانند ماهیت القایی سیم پیچ صدا، رزونانس های مکانیکی راننده، اصلاح محفظه ویژگی های الکتریکی و مکانیکی راننده، و مشارکت شبکه های متقاطع غیرفعال، همگی تغییراتی را ایجاد می کنند. در نتیجه، امپدانس بار به طور قابل توجهی با فرکانس نوسان می کند، که اغلب با تغییر فاز وابسته به فرکانس بین ولتاژ و جریان همراه است. ظرفیت تقویت کننده ها برای مدیریت چنین تغییرات امپدانس به طور قابل توجهی متفاوت است.

مدل های الکتریکی دقیق بلندگوها برای تجزیه و تحلیل جامع این اثرات در دسترس هستند.

اندازه گیری های الکترومکانیکی

اندازه‌گیری‌های بلندگوی معمولی ویژگی‌های دامنه و فاز را به عنوان تابعی از فرکانس در بر می‌گیرد. پاسخ ضربه ای تحت شرایط مختلف (به عنوان مثال، امواج مربع، انفجار موج سینوسی)؛ الگوهای جهت دهی در فرکانس ها (به عنوان مثال، افقی، عمودی، کروی)؛ اعوجاج هارمونیک و درون مدولاسیون نسبت به خروجی سطح فشار صوت (SPL)، با استفاده از سیگنال‌های آزمایشی متنوع. انرژی ذخیره شده (به عنوان مثال، زنگ) در فرکانس های مختلف؛ امپدانس در مقابل فرکانس؛ و عملکرد در هر دو شرایط سیگنال کوچک و سیگنال بزرگ. اجرای بیشتر این اندازه گیری ها نیازمند ابزار دقیق و اغلب پرهزینه است. سطح فشار صوتی (SPL) تولید شده توسط یک بلندگو به طور معمول در دسی بل نسبت به 20 μPa (dB_SPL) تعیین می شود.

کارایی در مقابل حساسیت

کارایی بلندگو به طور رسمی به عنوان نسبت توان خروجی صوتی به توان الکتریکی ورودی تعریف می شود. بیشتر بلندگوها به عنوان مبدل های ناکارآمد عمل می کنند و تقریباً تنها 1٪ از انرژی الکتریکی تامین شده توسط یک تقویت کننده را به انرژی صوتی تبدیل می کنند. باقیمانده قابل توجهی به عنوان گرما، عمدتاً در مجموعه سیم پیچ صوتی و آهنربا پخش می شود. این ناکارآمدی تا حد زیادی از چالش ذاتی دستیابی به تطابق امپدانس بهینه بین امپدانس صوتی واحد محرک و هوای اطراف که به آن تابش می‌کند ناشی می‌شود. علاوه بر این، کارایی درایورهای بلندگو وابستگی فرکانس را نشان می دهد. به عنوان مثال، خروجی درایور ووفر با کاهش فرکانس ورودی به دلیل تطابق امپدانس ضعیف‌تر بین هوا و خود درایور کاهش می‌یابد.

معیارهای عملکرد درایور، به‌ویژه آنهایی که بر اساس سطح فشار صدا (SPL) برای ورودی تعریف‌شده هستند، رده‌بندی حساسیت نامیده می‌شوند و شباهت مفهومی به کارایی دارند. حساسیت به طور معمول به عنوان SPL (dB_SPL، معمولاً به عنوان dB نسبت به 20 μPa شناخته می‌شود) که توسط ورودی الکتریکی ۱ وات تولید می‌شود، در فاصله ۱ متری، اغلب در فرکانس تکی اندازه‌گیری می‌شود. ولتاژ استاندارد مورد استفاده اغلب 2.83 V_RMS است که 1 وات را به بلندگوی با امپدانس اسمی 8 Ω می رساند. اندازه‌گیری‌های حاصل از این مرجع معمولاً به‌عنوان دسی‌بل_SPL در 2.83 ولت و 1 متر ذکر می‌شوند.

خروجی فشار صدا در یک متر از بلندگو و در امتداد محور مرکزی آن (مستقیماً به‌طور مستقیم به سمت جلو به سمت مجموع) ارزیابی می‌شود یا به‌طور ریاضی معادل آن تنظیم می‌شود. بر روی یک بافل بی نهایت نصب شده است. در نتیجه، حساسیت همبستگی دقیقی با راندمان نشان نمی‌دهد، زیرا به هدایت راننده تحت ارزیابی و محیط صوتی خاص بلافاصله قبل از بلندگو نیز بستگی دارد. به عنوان مثال، بوق تشویق کننده، خروجی صدا را در مسیر هدایت شده خود با متمرکز کردن امواج صوتی تقویت می کند و در نتیجه آنها را تمرکز می کند. علاوه بر این، بوق تطابق امپدانس بین منبع صوتی و هوای محیط را افزایش می‌دهد و در نتیجه قدرت آکوستیک را برای یک توان ورودی مشخص افزایش می‌دهد.

با توجه به اینکه حساسیت و قابلیت‌های مدیریت توان تا حد زیادی ویژگی‌های متمایز هستند، راننده‌ای که دارای حداکثر توان برتر باشد ذاتاً سطوح خروجی بلندتر را در مقایسه با همتای با رتبه پایین‌تر تضمین نمی‌کند. برای اهداف توضیحی، و با فرض امپدانس الکتریکی یکسان، عملکرد در فرکانس یکسان در باندهای عبور مربوطه، و فشرده سازی و اعوجاج توان ناچیز، بلندگوی که 3 دسی بل حساس تر از دیگری است، تقریباً دو برابر توان صوتی (یعنی 3 دسی بل بلندتر) برای توان الکتریکی معادل تولید می کند. در نتیجه، یک درایور 100 وات (A) با درجه حساسیت 92 دسی بل_SPL در 1 وات @ 1 متر توان صوتی دو برابر یک درایور 200 وات (B) با 89 دسی بل_SPL در 1 W @ 1ppli با توان 1 متر الکتریکی تولید می‌کند. در این سناریو، بلندگوی A، وقتی با 100 وات هدایت می‌شود، همان SPL یا بلندی درک شده را به دست می‌آورد که بلندگوی B تنها با ورودی 200 وات تولید می‌کند. بنابراین، افزایش 3 دسی بل در حساسیت بلندگو مستلزم نیاز به نیمی از توان تقویت‌کننده برای دستیابی به SPL مشخص است، که منجر به پتانسیل تقویت‌کننده‌های توان فشرده‌تر و پیچیده‌تر می‌شود، که اغلب منجر به کاهش هزینه کلی سیستم می‌شود.

به طور کلی دستیابی به راندمان پایین‌تر و با فرکانس بالا به طور همزمان غیرعملی است. اندازه محفظه و پاسخ قوی فرکانس پایین. در طراحی سیستم های بلندگو، شخص معمولاً محدود به انتخاب تنها دو مورد از این سه پارامتر وابسته به یکدیگر است. به عنوان مثال، اگر هر دو عملکرد فرکانس پایین و حجم کم محفظه از اهداف طراحی حیاتی هستند، مصالحه ای که شامل راندمان پایین تر است باید پذیرفته شود. این اصل اساسی گاهی اوقات به عنوان قانون آهن هوفمن نامیده می شود که به نام J.A. هافمن، که در KLH نقش اساسی داشت.

ملاحظات محیط آکوستیک

تداخل بین سیستم بلندگو و محیط اطراف آن پیچیده است و تا حد زیادی فراتر از تأثیر مستقیم طراح بلندگو است. بیشتر فضاهای گوش دادن، بسته به ابعاد، هندسه، حجم و اثاثیه، درجات مختلفی از بازتاب را نشان می دهند. در نتیجه، تجربه شنوایی در گوش شنونده نه تنها شامل صدای مستقیم از سیستم بلندگو می‌شود، بلکه همان صدا را نیز در بر می‌گیرد که با انتشار آن به و از یک یا چند سطح به تأخیر افتاده و اصلاح می‌شود. این امواج صوتی منعکس شده، هنگامی که با صدای مستقیم قرار می گیرند، پدیده های لغو و تقویت را در فرکانس های مختلف، اغلب به دلیل حالت های اتاق تشدید، القا می کنند، در نتیجه صدا و شخصیت صوتی درک شده توسط شنونده را تغییر می دهند. سیستم شنوایی انسان به شدت به تغییرات ظریف در صدای منعکس شده حساس است، که تا حدی تفاوت های ادراکی در صدای سیستم بلندگو را در موقعیت های شنیداری مجزا یا اتاق های مختلف نشان می دهد.

یکی از عوامل تعیین کننده خروجی صوتی یک سیستم بلندگو، میزان جذب صدا در محیط آن است. به عنوان مثال، یک اتاق خالی بدون پارچه یا فرش معمولاً در هنگام دست زدن، پژواک تیز و طنین‌اندازی ایجاد می‌کند که دلیل آن عدم جذب و انتشار کافی صدا است.

موقعیت یابی بلندگو

در یک محیط گوش دادن مستطیلی معمولی، سطوح صلب و موازی دیوارها، کف و سقف، گره‌های تشدید صوتی اولیه را در سه بعد اصلی القا می‌کنند: جانبی، عمودی، و طولی. علاوه بر این، حالت‌های تشدید پیچیده‌تر می‌تواند از تعامل هر شش سطح مرزی ایجاد شود که منجر به تشکیل امواج ایستاده شود. این پدیده پاسخ تداخل مرزی بلندگو (SBIR) نامیده می شود. فرکانس‌های پایین‌تر عمدتاً این حالت‌ها را تحریک می‌کنند، با توجه به اینکه طول‌موج‌های بلندتر آن‌ها حداقل تحت تأثیر چیدمان یا قرار دادن مبلمان است. توزیع فضایی این حالت ها، به ویژه در محیط های فشرده و با اندازه متوسط ​​مانند استودیوهای ضبط، سینماهای خانگی و امکانات پخش بسیار مهم است. نزدیکی بلندگوها به مرزهای اتاق به طور قابل توجهی بر شدت تحریک تشدید و دامنه نسبی در فرکانس های مختلف تأثیر می گذارد. به طور مشابه، موقعیت شنونده بسیار مهم است، زیرا نزدیکی به یک مرز می تواند به طور قابل ملاحظه ای تعادل فرکانس درک شده را تغییر دهد. این اثر به این دلیل اتفاق می‌افتد که الگوهای موج ایستاده در چنین مکان‌هایی و در فرکانس‌های پایین‌تر، به‌ویژه زیر فرکانس شرودر، بیشتر قابل تشخیص هستند و آستانه دقیق آن به ابعاد اتاق بستگی دارد.

Directivity

آکوستیست‌ها، از طریق بررسی تابش منبع صدا، مفاهیم کلیدی ضروری برای درک ادراک بلندگو را فرموله کرده‌اند. اساسی ترین منبع تابشی به عنوان یک منبع نقطه ای مفهوم سازی شده است. یک منبع نقطه ایده آل نشان دهنده یک مکان بی نهایت کوچک است که صدا ساطع می کند. برای اهداف توضیحی، می‌توان یک کره تپنده‌ای دقیقه‌ای را متصور شد که قطر آن به طور یکنواخت منبسط و منقبض می‌شود، در نتیجه امواج صوتی را به صورت همسانگرد منتشر می‌کند.

هر موجود تابشی صدا، از جمله یک سیستم بلندگو، را می‌توان به عنوان مجموعه‌ای از چنین منابع نقطه‌ای ابتدایی تصور کرد. الگوی تشعشعی حاصل از ترکیبی از منابع نقطه‌ای از الگوی یک منبع منفرد جدا می‌شود و به فاصله بین منبع و جهت‌گیری، موقعیت نسبی شنونده نسبت به آرایه و فرکانس خاص صدا بستگی دارد. از نظر ریاضی، برخی از ترکیب‌های منبع مستقیم به آسانی قابل تجزیه و تحلیل هستند.

یک پیکربندی ساده شامل دو منبع ابتدایی است که به صورت فضایی از هم جدا شده‌اند و در پادفاز ارتعاش دارند، جایی که یک کره مینیاتوری همزمان با انقباض کره دیگر منبسط می‌شود. این جفت به عنوان یک دوقطبی تعیین می شود و مشخصه تشعشع آن شبیه به بلندگوی دینامیکی کوچکی است که بدون بافل کار می کند. یک دوقطبی یک الگوی جهت دهی شکل هشت را نشان می دهد که با حداکثر خروجی در امتداد بردار متصل کننده دو منبع و حداقل خروجی به صورت جانبی زمانی که نقطه مشاهده از هر دو منبع به یک اندازه فاصله دارد، به دلیل لغو مؤلفه های موج مثبت و منفی مشخص می شود. اگرچه اکثر محرک‌ها ذاتاً به‌عنوان دوقطبی عمل می‌کنند، الگوی تشعشع آن‌ها می‌تواند به‌عنوان رفتار منبع نقطه‌ای یا دوقطبی، مشروط به محفظه متصل ظاهر شود. هنگامی که در یک بافل محدود ادغام می شود و به این امواج خارج از فاز اجازه تعامل می دهد، پاسخ فرکانسی پیک ها و تهی های حاصل را نشان می دهد. برعکس، اگر تابش عقب جذب یا در یک محفظه قرار گیرد، دیافراگم به یک رادیاتور نقطه‌ای نزدیک می‌شود. بلندگوهای دوقطبی، که با نصب درایورهای درون فاز (هر دو دیافراگم به طور همزمان به سمت بیرون یا داخل محفظه حرکت می‌کنند) در طرف‌های مخالف کابینت، نشان‌دهنده رویکردی برای دستیابی به الگوهای تابش همه‌جهت‌ای هستند.

در کاربردهای عملی، درایورهای منفرد دارای هندسه‌های سه‌بعدی پیچیده‌ای هستند، مانند مخروط‌ها و گنبدها، و برای ملاحظات عملکردی مختلف بر روی بافل‌ها نصب می‌شوند. در حالی که به دست آوردن جهت ریاضی برای چنین اشکال پیچیده، بر اساس ترکیبات نقطه-منبع، به طور کلی غیرممکن است، جهت گیری میدان دور بلندگوی دارای یک دیافراگم دایره ای بسیار نزدیک به یک پیستون دایره ای تخت است، در نتیجه به عنوان یک ساده سازی تصویری مفید برای اهداف تحلیلی مسطح

محلی مسطح عمل می کند. پیستون نصب شده در یک بافل بی نهایت

25§ ج §3233§ ( k a گناه ⁡ θ ) k a گناه ⁡ θ {\displaystyle p(\theta )={\frac {p_{0}J_{1}(k_{a}\sin \theta )}{k_{a}\sin \theta }}}

جایی که ${\displaystyle k_{a}={\frac {2\pi a}{\lambda }}}$، 51§ {\displaystyle p_{0}} نشان دهنده فشار روی محور است، ${\displaystyle a}$ نشان دهنده شعاع پیستون است، ${\displaystyle \lambda }$ نشان دهنده طول موج است (به طور خاص، ${\displaystyle \lambda ={\frac {c}{f}}={\frac {\text{سرعت صدا}}{\text{فرکانس}}}}$)، ${\displaystyle \theta }$ زاویه خارج از محور را نشان می‌دهد و 160§ {\displaystyle J_{1}} به عملکرد بسل از نوع اول اشاره دارد.

یک منبع صوتی مسطح، زمانی که طول موج‌ها از ابعاد فیزیکی آن فراتر می‌رود، تابش صوتی یکنواخت را نشان می‌دهد. با افزایش فرکانس، صدای ساطع شده از چنین منبعی به یک پرتو زاویه ای به تدریج باریک تر همگرا می شود. این پدیده باریک شدن جهت در فرکانس های بالاتر برای درایورهای کوچکتر ظاهر می شود. حتی با دیافراگم های غیر دایره ای، این اثر همچنان ادامه دارد و منابع بزرگتر را هدایت کننده تر می کند. پیکربندی‌های بلندگوی متعددی از این ویژگی تقلید می‌کنند، عمدتاً آنهایی که از طرح‌های مغناطیسی الکترواستاتیک یا مسطح استفاده می‌کنند.

تولیدکنندگان از پیکربندی‌های مختلف نصب درایور برای تولید میدان‌های صوتی خاص متناسب با محیط مورد نظرشان استفاده می‌کنند. الگوهای تشعشعی حاصل می توانند خروجی صوتی آلات موسیقی واقعی را تقریب بزنند یا توزیع انرژی تنظیم شده را از سیگنال ورودی ایجاد کنند. یک نمونه گویا از اولی، یک سیستم گوشه اتاق است که شامل چندین درایور کوچک است که روی سطح یک کره اکتانت قرار گرفته اند. طرحی که این سیستم را تجسم می‌کند، ثبت اختراع شد و متعاقباً با نام Bose 2201 تجاری شد.

جهت‌پذیری یک عامل حیاتی است که هم بر تعادل فرکانس درک شده صدا و هم بر تعامل صوتی بین سیستم بلندگو و محیط آن تأثیر می‌گذارد. یک بلندگوی بسیار هدایت کننده یا پرتو (به طور خاص، هنگامی که در یک محور عمود بر روی آن اندازه گیری می شود) می تواند یک میدان طنین دار ایجاد کند که فاقد محتوای فرکانس بالا باشد، در نتیجه درک سه برابر ناکافی را ایجاد کند، حتی اگر اندازه گیری های روی محور نشان دهنده بازتولید سه برابر کافی باشد. این پدیده تا حدی توضیح می‌دهد که چرا اندازه‌گیری‌های پاسخ فرکانس روی محور به تنهایی صدای بلندگو را کاملاً مشخص نمی‌کند.

طراحی های جایگزین بلندگو

اگرچه از بلندگوهای مخروطی پویا عمدتاً استفاده می‌شود، انواع مختلفی از فناوری‌های بلندگوی جایگزین در دسترس هستند.

طرحهای مبتنی بر دیافراگم

بلندگوهای آهنی متحرک

برخلاف طراحی جدیدتر دینامیکی (سیم پیچ متحرک)، بلندگوی آهنی متحرک از یک سیم پیچ ثابت برای القای لرزش در یک جزء فلزی مغناطیسی شده استفاده می کند که به آن آهن، نی یا آرمیچر گفته می شود. این فلز یا به عنوان یک اتصال به دیافراگم یا به عنوان خود دیافراگم عمل می کند. فناوری آهن متحرک طراحی اصلی بلندگو را تشکیل می‌دهد و اجرای اولیه آن در سیستم‌های تلفن اولیه انجام می‌شود.

درایورهای آهن متحرک راندمان پایین و پاسخ فرکانسی محدودی از خود نشان می‌دهند، که نیاز به آهنرباها و سیم پیچ‌های قابل توجهی برای تقویت خروجی صوتی دارد. به روشی مشابه با الاکلنگ یا تخته غواصی نوسان می کند. ماهیت بدون میر آنها به کارایی استثنایی کمک می کند. با این حال، این ویژگی همچنین منجر به رزونانس های برجسته می شود. این درایورها در گوشی‌های با وفاداری بالا و سمعک‌ها رایج هستند، جایی که فشردگی و راندمان بالا ملاحظات اساسی است.

بلندگوهای پیزوالکتریک

بلندگوهای پیزوالکتریک به عنوان نشانگرهای صوتی در ساعت‌ها و دستگاه‌های الکترونیکی مختلف کاربرد معمولی پیدا می‌کنند و گهگاه به عنوان توییتر در سیستم‌های بلندگوی اقتصادی‌تر، از جمله بلندگوهای رایانه و رادیوهای قابل حمل، عمل می‌کنند. این بلندگوها چندین مزیت را در مقایسه با بلندگوهای معمولی ارائه می‌کنند: آنها در برابر بارهای اضافه که می‌توانند به سایر مبدل‌های فرکانس بالا آسیب برسانند، انعطاف‌پذیری نشان می‌دهند، و ویژگی‌های الکتریکی ذاتی آنها اجازه عملکرد بدون شبکه متقاطع را می‌دهد. بلندگوهای پیزوالکتریک قادر به خروجی فرکانس بالا هستند که در زمینه های تخصصی خاص یک ویژگی مفید است. به عنوان مثال، در کاربردهای سونار که مبدل های پیزوالکتریک هم به عنوان ساطع کننده (تولید صدای زیر آب) و هم به عنوان گیرنده (به عنوان عناصر حسگر برای میکروفون های زیر آب عمل می کنند). مزایای اضافی در این کاربردها عبارتند از، به ویژه، ساختار ساده و حالت جامد آنها، که در مقایسه با دستگاه های مبتنی بر نوار یا مخروط، مقاومت بالاتری در برابر آب دریا ارائه می دهد. در مقابل، معایب خاصی وجود دارد: برخی از تقویت‌کننده‌ها ممکن است هنگام حرکت بارهای خازنی، مانند عناصر پیزوالکتریک، نوسان داشته باشند که به طور بالقوه منجر به اعوجاج یا آسیب تقویت‌کننده می‌شود. علاوه بر این، پاسخ فرکانسی آن‌ها به طور کلی پایین‌تر از آن چیزی است که توسط فناوری‌های جایگزین به دست می‌آید.

در سال ۲۰۱۳، Kyocera از بلندگوهای فیلم پیزوالکتریک بسیار نازک و متوسط، با ضخامت تنها یک میلی‌متر و جرم ۷ گرم، که برای ادغام ۵-۵ سانتی‌متر تلویزیون طراحی شده‌اند، رونمایی کرد.

بلندگوهای Magnetostatic

برخلاف طرح‌های معمولی که از سیم پیچ صدا برای به حرکت درآوردن مخروط بلندگو استفاده می‌کنند، یک بلندگوی مغناطیسی استاتیک از مجموعه‌ای از نوارهای فلزی متصل به یک غشای فیلمی قابل توجه استفاده می‌کند. میدان مغناطیسی تولید شده توسط جریان سیگنالی که از این نوارها عبور می کند با میدان آهنرباهای میله ای دائمی که در پشت آنها قرار گرفته اند تعامل دارد. نیروی حاصله غشا را فعال می کند و در نتیجه هوای مجاور را جابجا می کند. به طور کلی، این پیکربندی ها در مقایسه با بلندگوهای معمولی با سیم پیچ متحرک کارایی کمتری دارند.

بلندگوهای مغناطیسی تنگ کننده

ترانسدیوسرهایی که از انقباض مغناطیسی استفاده می‌کنند در درجه اول به عنوان رادیاتور امواج صوتی اولتراسونیک در کاربردهای سونار عمل می‌کنند. با این حال، کاربرد آنها گسترش یافته است تا سیستم های بلندگوی صوتی، به ویژه از جمله ساب ووفرها را در بر بگیرد. درایورهای بلندگوهای مغناطیسی چندین مزیت متمایز ارائه می دهند: آنها می توانند نیروی بیشتری را با گشت و گذارهای کوچکتر در مقایسه با فناوری های جایگزین ایجاد کنند، و این گشت و گذار محدود اعوجاج هایی را که معمولاً با گشت و گذارهای بزرگ در طراحی های دیگر مرتبط است، کاهش می دهد. علاوه بر این، ماهیت ثابت سیم‌پیچ‌های مغناطیسی، خنک‌سازی کارآمدتر را تسهیل می‌کند و استحکام آن‌ها از عدم وجود تعلیق‌های ظریف و سیم پیچ‌های صوتی ناشی می‌شود. ماژول‌های بلندگوی مغناطیسی توسط Fostex و FeONIC تولید شده‌اند.

بلندگوهای الکترواستاتیک

بلندگوهای الکترواستاتیک با استفاده از میدان الکتریکی با ولتاژ بالا، به جای میدان مغناطیسی، که بین دو صفحه رسانا قرار دارد، برای به کار انداختن یک غشای نازک و بار استاتیک عمل می‌کنند. این طرح، که نیروی محرکه را به جای متمرکز کردن آن از طریق یک سیم پیچ صوتی کوچک، در سراسر سطح غشاء توزیع می کند، به طور بالقوه خطی بودن و کاهش اعوجاج را در مقایسه با درایورهای دینامیکی ایجاد می کند. علاوه بر این، الگوی پراکندگی صدای باریک مشخصه آنها موقعیت دقیق میدان صدا را تسهیل می کند، مشابه آنچه که توسط مانیتورهای استودیو به دست می آید. با این وجود، این بلندگوها ناحیه گوش دادن بهینه محدودی را نشان می‌دهند و کارایی محدودی دارند. گشت و گذار دیافراگم به طور قابل توجهی توسط محدودیت های ساخت و ساز ذاتی محدود شده است. به طور خاص، افزایش جدایی بین صفحات نیاز به ولتاژ بالاتر برای دستیابی به خروجی کافی دارد. این شرایط میل به قوس الکتریکی را تشدید می کند و جذب ذرات گرد و غبار را در بلندگو افزایش می دهد. قوس الکتریکی به‌عنوان یک مشکل بالقوه در فناوری‌های معاصر باقی می‌ماند، به‌ویژه زمانی که پانل‌ها گرد و غبار یا کثیفی را انباشته می‌کنند و در معرض سطوح سیگنال بالا قرار می‌گیرند.

مبدل‌های الکترواستاتیک ذاتاً به‌عنوان رادیاتور دوقطبی عمل می‌کنند و غشاهای نازک و انعطاف‌پذیر آن‌ها را برای ادغام در محفظه‌های جلویی کمتر مناسب می‌کند. در نتیجه، بلندگوهای الکترواستاتیکی با برد کامل، در ارتباط با قابلیت گشت و گذار محدودشان، ذاتاً بزرگ هستند، با فرکانس‌های باس در نقطه‌ای که مربوط به یک چهارم طول موج باریک‌ترین ابعاد پانل است، کاهش می‌یابد. برای دستیابی به طرح‌های تجاری فشرده‌تر، این واحدها اغلب به‌عنوان درایورهای فرکانس بالا، ادغام شده با درایورهای دینامیکی معمولی که فرکانس‌های باس پایین‌تر را مدیریت می‌کنند، ادغام می‌شوند.

بلندگوهای الکترواستاتیک معمولاً به ترانسفورماتور افزایش‌یافته برای تقویت نوسانات ولتاژ تولید شده توسط تقویت‌کننده برق نیاز دارند. این ترانسفورماتور به طور همزمان بار خازنی ذاتی مبدل های الکترواستاتیک را بزرگ می کند و در نتیجه امپدانس موثری به تقویت کننده های قدرت ارائه می شود که به طور قابل توجهی با فرکانس نوسان می کند. به عنوان مثال، یک بلندگو که اسماً 8 اهم است، ممکن است بار کمتر از 1 اهم را در فرکانس‌های بالاتر از خود نشان دهد که چالش قابل‌توجهی برای معماری‌های تقویت‌کننده خاص است.

بلندگوهای مغناطیسی نواری و مسطح

یک بلندگوی نواری شامل یک نوار فلزی باریک است که در یک میدان مغناطیسی معلق است. یک سیگنال الکتریکی به این نوار اعمال می شود و حرکت آن را در میدان مغناطیسی برای تولید صدا القا می کند. مزیت اصلی درایورهای نواری جرم بسیار کم آنهاست که شتاب سریع را ممکن می کند و در نتیجه پاسخ فرکانس بالا عالی را ارائه می دهد. با این حال، بلندگوهای نواری اغلب ظریف هستند. اکثر توییترهای نواری الگوی تابش دوقطبی را نشان می دهند، اگرچه برخی از آنها پشتوانه هایی برای محدود کردن این ویژگی دارند. خروجی شنوایی در بالا و پایین انتهای نوار مستطیلی معمولاً به دلیل لغو فاز کاهش می‌یابد و جهت دهی دقیق به طول نوار بستگی دارد. طرح‌های روبانی معمولاً به آهنرباهای فوق‌العاده قدرتمندی نیاز دارند که به هزینه ساخت بالای آن‌ها کمک می‌کند. علاوه بر این، روبان ها دارای امپدانس بسیار پایینی هستند که آنها را با تقویت مستقیم توسط اکثر تقویت کننده های قدرت ناسازگار می کند. در نتیجه، معمولاً از یک ترانسفورماتور کاهنده برای افزایش جریان عبوری از نوار استفاده می شود. تقویت کننده به طور موثر باری معادل مقاومت روبان ضربدر مجذور نسبت دورهای ترانسفورماتور را درک می کند. طراحی دقیق ترانسفورماتور برای جلوگیری از پاسخ فرکانسی آن و تلفات انگلی از به خطر انداختن کیفیت صدا ضروری است، در نتیجه هم هزینه و هم پیچیدگی را در مقایسه با طرح‌های بلندگوهای معمولی افزایش می‌دهد.

بلندگوهای مغناطیسی مسطح با یک غشای انعطاف‌پذیر ساخته می‌شوند که دارای سیم پیچ صوتی است که روی سطح آن چاپ شده یا مستقیماً روی آن چاپ می‌شود. جریان الکتریکی که از این سیم پیچ عبور می کند با میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط آهنرباهایی که دقیقاً در کنار دیافراگم قرار گرفته اند، تعامل دارد. این فعل و انفعال غشاء را وادار به ارتعاش با درجه بالایی از یکنواختی می کند، تا حد زیادی عاری از خم شدن یا چروک شدن. توزیع گسترده نیروی محرکه در بخش قابل توجهی از سطح غشاء به طور موثر مشکلات تشدید را که معمولاً با دیافراگم‌های مسطح کویل محور مرتبط است، کاهش می‌دهد.

بلندگوهای موج خمشی

مبدل‌های موج خمشی دارای دیافراگمی هستند که به طور خاص برای انعطاف‌پذیری مهندسی شده است. سفتی مواد به تدریج از ناحیه مرکزی به سمت حاشیه افزایش می یابد. طول موج‌های کوتاه‌تر عمدتاً از ناحیه داخلی ساطع می‌شوند، در حالی که امواج بلندتر به سمت لبه بلندگو منتشر می‌شوند. برای کاهش انعکاس از حاشیه به مرکز، یک دمپر محیطی طول موج های طولانی تری را جذب می کند. این مبدل‌ها می‌توانند طیف فرکانسی گسترده‌ای را پوشش دهند و به‌عنوان یک منبع صدای نقطه‌ای ایده‌آل به بازار عرضه شده‌اند. این روش متمایز توسط تعداد محدودی از تولیدکنندگان، با استفاده از پیکربندی‌های متنوع اتخاذ شده است.

بلندگوهای Ohm Walsh دارای یک درایور متمایز هستند که توسط لینکلن والش، مهندس سابق توسعه رادار در طول جنگ جهانی دوم مفهوم‌سازی شده است. والش متعاقباً به طراحی تجهیزات صوتی علاقه مند شد و در پروژه نهایی او به اوج خود رسید: یک بلندگوی منفرد و یک طرفه با استخدام یک راننده انفرادی. مخروط به سمت پایین در داخل یک محفظه مهر و موم شده و هرمتیک جهت گیری شده بود. برخلاف بلندگوهای معمولی که حرکتی شبیه پیستون از خود نشان می‌دهند، این مخروط صدا را از طریق یک حرکت موج دار تولید می‌کند، مشابه پدیده «خط انتقال» که در الکترونیک RF مشاهده می‌شود. این طرح جدید بلندگو یک میدان صوتی استوانه ای ایجاد می کند. لینکلن والش قبل از انتشار عمومی سخنرانش درگذشت. از آن زمان، Ohm Acoustics مدل‌های بلندگوهای مختلفی را با طراحی درایور Walsh تولید کرده است. German Physiks، سازنده تجهیزات صوتی آلمانی، نیز از این روش در تولید بلندگوهای خود استفاده می کند.

شرکت آلمانی Manger یک درایور موج خمشی را مهندسی و تولید کرده است که در ابتدا ظاهری معمولی دارد. با این حال، پانل دایره‌ای که به سیم پیچ صدا چسبانده شده است، به روشی دقیق تنظیم شده برای تولید صدایی با برد کامل خم می‌شود. یوزف دبلیو منگر با شناخت پیشرفت‌ها و نوآوری‌های استثنایی خود، نشان رودولف-دیزل مدایل را از موسسه اختراعات آلمان دریافت کرد.

بلندگوهای صفحه تخت

تلاش‌های زیادی برای کوچک‌سازی سیستم‌های بلندگو یا به‌عنوان جایگزین، کمتر دیده شدن آنها انجام شده است. یک تلاش قابل توجه شامل ایجاد سیم پیچ های مبدل تحریک کننده بود که به صفحات تخت چسبانده شده بودند و به عنوان منابع صدا عمل می کردند که به طور دقیق تر درایورهای محرک/پانل نامیده می شوند. چنین پانل‌هایی را می‌توان در رنگ‌های خنثی تولید کرد و روی دیوارها نصب کرد، بنابراین نسبت به بسیاری از بلندگوهای معمولی کمتر قابل تشخیص هستند، یا می‌توان آنها را عمداً با الگوهایی تزئین کرد تا هدفی تزئینی داشته باشند. با این حال، فن‌آوری‌های صفحه تخت دو چالش به هم پیوسته را ارائه می‌کنند: اول، یک صفحه تخت به طور ذاتی انعطاف‌پذیری بیشتری نسبت به مخروطی از مواد یکسان دارد، در نتیجه کاهش حرکت واحد را نشان می‌دهد. ثانیاً، کنترل رزونانس‌های پانل کار دشواری است که اغلب منجر به اعوجاج‌های قابل توجهی می‌شود. با وجود این چالش ها، چندین سیستم صفحه تخت در سال های اخیر به صورت تجاری معرفی شده اند.

مبدل حرکت هوای Heil

Oskar Heil مبدل حرکت هوا را در دهه 1960 توسعه داد. این روش شامل یک دیافراگم چین دار است که در یک میدان مغناطیسی قرار گرفته و در پاسخ به سیگنال صوتی مجبور به انبساط و انقباض است. در نتیجه، هوا مطابق با سیگنال اعمال شده از بین چین ها خارج می شود و در نتیجه صدا تولید می شود. این درایورها در مقایسه با طرح‌های روبان، استحکام بالاتری از خود نشان می‌دهند و راندمان بسیار بالاتری را نشان می‌دهند و قادر به دستیابی به سطوح خروجی مطلق بیشتری نسبت به پیکربندی‌های توییتر مغناطیسی نواری، الکترواستاتیکی یا مسطح هستند. ESS، یک تولیدکننده مستقر در کالیفرنیا، مجوز طراحی را صادر کرد، Heil را درگیر کرد و متعاقباً سیستم‌های بلندگوی مختلفی را تولید کرد که توییت‌های او را در دهه‌های 1970 و 1980 ترکیب می‌کردند. رادیو لافایت، یک زنجیره خرده‌فروشی برجسته در ایالات متحده، همچنین برای مدتی سیستم‌های بلندگو را با این توییترها خرده‌فروشی می‌کرد. در حال حاضر، تولیدکنندگان متعددی این درایورها را تولید می‌کنند، از جمله حداقل دو در آلمان - یکی از آنها طیفی از بلندگوهای حرفه‌ای سطح بالا را با استفاده از توییترها و درایورهای میان رده بر اساس این فناوری تولید می‌کند - و کاربرد آنها در سیستم‌های صوتی حرفه‌ای در حال گسترش است. در ایالات متحده، مارتین لوگان چندین بلندگوی AMT تولید می کند، در حالی که GoldenEar Technologies آنها را در خط تولید کامل بلندگوهای خود ادغام می کند.

بلندگوهای رسانایی یونی شفاف

در سال 2013، یک تیم تحقیقاتی از یک بلندگوی رسانایی یونی شفاف، متشکل از دو ورقه ژل رسانای شفاف که لایه‌ای از لاستیک شفاف را پوشانده بود، رونمایی کرد که برای استفاده از ولتاژ بالا و تحریک برای بازتولید صدای با کیفیت طراحی شده است. این فناوری بلندگو در زمینه‌هایی مانند روباتیک، محاسبات تلفن همراه و اپتیک تطبیقی قابل استفاده است.

بلندگوهای دیجیتال

تحقیقات تجربی در مورد فناوری بلندگوهای دیجیتال در آزمایشگاه‌های بل در اوایل دهه 1920 آغاز شد. این طراحی بر اساس یک اصل ساده عمل می کند: هر بیت به طور مستقل یک درایور را کنترل می کند که در حالت کاملاً "روشن" یا "خاموش" عمل می کند. با این حال، چالش های ذاتی این طراحی را برای تولید معاصر غیر عملی کرده است. در درجه اول، دستیابی به کیفیت بازتولید صدای مناسب به تعداد زیادی بیت نیاز دارد که منجر به ردپای فیزیکی بیش از حد زیادی برای سیستم بلندگو می شود. ثانیاً، مسائل ذاتی تبدیل آنالوگ به دیجیتال ناگزیر باعث ایجاد نام مستعار می‌شود، که در نتیجه خروجی صدا با دامنه یکسان در حوزه فرکانس فراتر از حد Nyquist (نصف فرکانس نمونه‌برداری) بازتاب می‌شود. این پدیده سطح غیرقابل قبولی از تداخل اولتراسونیک را در کنار خروجی مورد نظر ایجاد می کند. تا به امروز، هیچ راه حل قابل قبولی برای کاهش موثر این مشکلات ایجاد نشده است.

تکنولوژی های بلندگوهای بدون دیافراگم

بلندگوهای قوس پلاسما

بلندگوهای قوس پلاسما از پلاسمای الکتریکی به عنوان عنصر تابشی خود استفاده می کنند. با توجه به جرم ناچیز پلاسما و ماهیت باردار آن، می توان آن را دقیقاً توسط یک میدان الکتریکی دستکاری کرد و خروجی بسیار خطی را در فرکانس هایی که به طور قابل توجهی از طیف شنیداری فراتر می رود، ایجاد کرد. با این وجود، چالش‌های مربوط به نگهداری و قابلیت اطمینان معمولاً این فناوری را از پذیرش گسترده مصرف‌کننده منع می‌کند. قابل ذکر است، در سال 1978، آلن ای هیل، وابسته به آزمایشگاه تسلیحات نیروی هوایی در آلبوکرکی، NM، Plasmatronics Hill Type I را توسعه داد، توییتری که پلاسما را از گاز هلیوم تولید می کرد. این نوآوری تولید ازن و اکسیدهای نیتروژن (NOx) مرتبط با تجزیه فرکانس رادیویی هوا را دور زد، اشکالی که در طرح‌های قبلی توییتر پلاسما مشاهده شد. چنین مدل‌های قبلی شامل Ionovac بود که توسط شرکت پیشگام DuKane در دهه 1950 تولید شد (و با نام Ionofane در بریتانیا به بازار عرضه شد).

یک نوع اقتصادی‌تر از این مفهوم شامل استفاده از شعله به‌عنوان محرک، استفاده از حضور گازهای یونیزه (شعله‌دار الکتریکی) در داخل گاز است.

بلندگوهای ترموآکوستیک

در سال 2008، محققان دانشگاه Tsinghua یک بلندگوی ترموآکوستیک، که به عنوان ترموفون نیز شناخته می‌شود، معرفی کردند که از لایه نازک نانولوله کربنی (CNT) ساخته شده بود. اصل عملیاتی آن بر اثر ترموآکوستیک متکی است، جایی که جریان های الکتریکی در فرکانس های صوتی به طور دوره ای مواد CNT را گرم می کنند و در نتیجه صدا در هوای محیط تولید می کنند. این بلندگوی لایه نازک CNT شفافیت، کشش و انعطاف پذیری را نشان می دهد. متعاقباً، در سال 2013، محققان همان دانشگاه یک هدفون ترموآکوستیک با استفاده از نخ نازک نانولوله کربنی و یک دستگاه ترموآکوستیک نصب شده روی سطح توسعه دادند. هر دو نوآوری نشان دهنده دستگاه های کاملاً یکپارچه هستند که سازگاری با فناوری نیمه هادی مبتنی بر سیلیکون را نشان می دهد.

ووفرهای چرخشی

یک ووفر چرخشی اساساً به عنوان یک فن مجهز به پره هایی عمل می کند که به طور مداوم گام خود را تنظیم می کند و جابجایی هوای دو جهته کارآمد را امکان پذیر می کند. این دستگاه ها در بازتولید فرکانس های زیر صوت با راندمان بالا مهارت دارند، قابلیتی که دستیابی به آن با بلندگوهای معمولی مبتنی بر دیافراگم چالش برانگیز یا غیرممکن است. در نتیجه، ووفرهای چرخشی اغلب در محیط‌های سینمایی به کار می‌روند تا جلوه‌های فراگیر با فرکانس پایین ایجاد کنند، مانند صدای غرش ناشی از انفجار.

یادداشت‌ها

یادداشت ها

مراجع

• تبدیل حساسیت به بازده انرژی بر حسب درصد برای بلندگوهای غیرفعال
• مقاله در مورد حساسیت و کارایی بلندگوها (PDF)