Τεχνικό: Μεγάφωνα - Ηχεία

[Σπύρος Μπλάτσιος]

Στο παρόν άρθρο θα προσπαθήσουμε να εξηγήσουμε κάποια απλά πράγματα για την λειτουργία των μεγαφώνων, χωρίς να μπούμε σε βαθιά θεωρητικά θέματα ούτε σε πολύπλοκους μαθηματικούς τύπους. Απευθύνεται κυρίως στους νεοεισερχόμενους στον χώρο που θέλουν να μάθουν κάτι παραπάνω από αυτά που τους λένε οι ανίδεοι, τις περισσότερες φορές, πωλητές μηχανημάτων ήχου...

Ζητώ την κατανόησή σας γιατί το άρθρο θα είναι κλειδωμένο κατά διαστήματα μιας που θα το γράφω σιγά-σιγά λόγω έλλειψης χρόνου...

Τέλος θα αναφέρω εξ αρχής την βιβλιογραφία μου:
Χ. Σπυρίδης : ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΗΛΕΚΤΡΑΚΟΥΣΤΙΚΗΣ
V. Dickason : THE LOUDSPEAKER DESIGN COOKBOOK
R. P. Spencer : THE ELECTROSTATIC LOUDSPEAKER DESIGN COOKBOOK
Παλιά τεύχη των περιοδικών Audio, Ήχος, HiFi World

 

[Σπύρος Μπλάτσιος]

Re: Τεχνικό: Μεγάφωνα

Τι ονομάζουμε λοιπόν μεγάφωνο;

Θα μπορούσαμε να πούμε ότι μεγάφωνο είναι οποιαδήποτε συσκευή μετατρέπει την ηλεκτρική τάση ή το ηλεκτρικό ρεύμα σε ανάλογο ήχο. Πρόκειται δηλαδή για ηλεκτρομηχανικούς μετατροπείς ενέργειας, οι οποίοι δέχονται ηλεκτρική ενέργεια και την μετατρέπουν σε μηχαννική ενέργεια (ακουστική).

Από καθαρά θεωρητικής απόψεως θα μπορούσαμε να θεωρήσομε ότι ένα μεγάφωνο είναι ένα τετράπολο που στην είσοδο δέχεται ηλεκτρική τάση και ηλεκτρικό ρεύμα και στην έξοδο παράγει δύναμη (και κατα συνέπεια και επιτάχυνση) που ασκείτε πάνω σε μια παλλόμενη επιφάνεια (που συχνά ονομάζουμε διάφραγμα) και την ταχύτητα αυτής της επιφάνειας.

Με την βοήθεια αυτής της θεώρησης μπορούμε να διακρίνουμε τα μεγάφωνα σε δύο κατηγορίες ως προς την ηλεκτρομηχανική συμπεριφορά τους:

α) Τους Recιprocal Transducers (μετατροπείς αμοιβαιότητας)
Οι κρυσταλλικοί, οι ηλεκροστατικοί και οι κεραμικοί μετατροπείς ανήκουν σε αυτή την κατηγορία.

β) Τους Antirecιprocal Transducers (μετατροπείς μη αμοιβαιότητας)
Σε αυτούς περιλαμβάνονται κυρίως οι μετατροπείς κινητού πηνίου και οι συναφείς προς αυτούς.

Οι πρώτοι έχουν χωρητικό χαρακτήρα (παρόμοια συμπεριφορά με τους πυκνωτές) ενώ οι δεύτεροι αυτεπαγωγικοί συμπεριφορά (παρόμοια συμπεριφορά με τα πηνιά)

 

[Σπύρος Μπλάτσιος]

Re: Τεχνικό: Μεγάφωνα

Είδη των μεγαφώνων

Τα μεγάφωνα μπορούμε να τα κατατάξουμε σε διάφορα είδη αναλόγως της αρχής που χρησιμοποιούν για την παραγωγή του ήχου.
Αυτα είναι:
-Μεγάφωνα δυναμικά
-Μεγάφωνα ηλεκτροστατικά
-Μεγάφωνα μαγνητοστατικά
-Μεγάφωνα Πιεζοηλεκτρικά
-Μεγάφωνα Ιονισμού
-Μεγάφωνα Μετασχηματισμού κίνησης αέρα (AMT HEIL)
-Μεγάφωνα ΝΧΤ

 

[Σπύρος Μπλάτσιος]

Re: Τεχνικό: Μεγάφωνα

Ας ξεκινήσουμε λοιπόν να αναλύουμε έναν έναν τους τύπους των μεγαφώνων.

Σίγουρα ο πιο διαδεδομένος τύπος απ' όλους είναι τα ηλεκτροδυναμικά μεγάφωνα. Η αρχή της λειτουργίας τους είναι απλή. Ένα πηνίο που διαρέεται από ρεύμα βρίσκεται μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο. Λόγω του ρεύματος που το διαρέει του ασκείται μαγνητική δύναμη, η οποία είναι ανάλογη της έντασης του ρεύματος. Δηλ. μεταβολές στο ρεύμα σημαίνουν αντίστοιχες μεταβολές στην κίνηση του πηνίου. Το πηνίο από την πλευρά του είναι ενωμένο με ένα διάφραγμα, οπότε η κίνηση του πηνίου συνεπάγεται και κίνηση του διαφράγματος.

Ένα τέτοιο ηχείο και τα τμήματα που το απότελούν μπορούμε να δούμε στο παρακάτω σχήμα.

Στο πίσω μέρος του μεγαφώνου υπάρχει ένας μόνιμος μαγνήτης (magnet) που δημιουργεί το μαγνητικό πεδίο. Το πηνίο (voice coil) έχει κυλινδρικό σχήμα και βρίσκετε γύρω από τον μαγνήτη. Το διάφραγμα στην συγκερκιμένη περίπτωση είναι ένας κώνος (cone). Σε άλλα μεγάφωνα έχει σχήμα θόλου. Για να μπορεί το διάφραγμα να ακολουθεί την κίνηση του πηνίου θα πρέπει να στηρίζετε με επαρκή τρόπο. Έτσι υπάρχει μία εσωτερική ανάρτηση που πολλές φορες την ονομάζουμε "αράχνη" (spider) και μία εξωτερική ανάρτηση (surround). Αυτές οι δύο επιτελούν ένα δύσκολο έργο γιατί από την μία θα πρέπει να έχουν αρκετά μικρή απόσβεση ώστε να μην εμποδίζουν την κίνηση του πηνίου και από την άλλη αρκετά μεγάλη ώστε να σταματάνε τον κώνο μόλις σταματήσει και η κίνηση του πηνίου. Εδω μπαίνει και ο πρώτος συμβιβασμός, μιας που δεν μπορούμε να τα πετύχουμε και τα δύο ταυτόχρονα, οπότε δεν μπορούμε να περιμένουμε ιδανική συμπεριφορά από ένα ηλεκτροδυναμικό μεγάφωνο σε αυτό τον τομέα. Η απόσβεση των αναρτήσεων αυτών εξαρτάται πρωτίστως από την συχνότητα που αναπαράγουν.

Το δεύτερο κρίσιμο σημείο στην λειτουργία ενός ηλεκτροδυναμικού μεγαφώνου, είναι το υλικό κατασκευής του διαφράγματος. Τα παλαιότερα χρόνια χρησιμοποιούνταν σχεδόν αποκλιστικά χαρτί σε διάφορες μορφές, γιατί συνδίαζε χαμηλό βάρος και καλή ακαμψία. Λίγο αργότερα δοκιμάστηκαν συνθετικά πλαστικά, με καλύτερο όλων το Bextrane που χρησιμοποιούσε η KEF στα μεγάφωνα των BBC monitors και όχι μόνο. Το συγκεκριμένο είχε πολύ μεγάλη ακαμψία και βάρος λίγο μεγαλύτερο του χαρτιού οπότε χρειαζόταν για την ορθή λειτουργία μεγαλύτερους μαγνήτες. Εκτός του Bextrane έχει δοκιμαστεί με καλά απότελέσματα και το πολυπροπυλένιο.
Σήμερα έχουμ χρήση κώνων και θόλων από μέταλλα, από κεραμικά υλικά, αλλά και από επεξεργασμένο χαρτί (συνηθως εμποτισμένο σε ρητίνες και στην συνέχεια προστίθενται διάφορά άλλα υλικά).

Στο σχήμα τώρα παρατηρούμε εκτός των αναφερομένων τμημάτων και το πλαίσιο του μεγαφώνου (frame) που είναι συνήθως μεταλλικό-μη μαγνητικό (αν και υπάρχουν και φθηνές υλοποιήσεις όπου είναι πλαστικό). Δουλειά του είναι να στηρίζει το μαγνήτη και τον κώνο. Εκτός ατού υπάρχουν οι ακροδέκτες του πηνίου (terminals).

Παρατηρήστε ότι ο συγκεκριμένος μαγνήτης έχει μία τρύπα στο κέντρο του. Ο σκοπός της είναι να αφήνει τον αέρα να κυκλοφορεί ελέυθερα μέσα στο μαγνητικό πεδίο χωρίς να εμποδίζει την λειτουργία του πηνίου. Κάποιοι κατασκευαστές δεν έχουν τρύπες στους μαγνήτες και χρησιμοποιούν τον αέρα του μαγνητικού πεδίου σαν ένα επιπλέον ελαστικό σύνδεσμο (ελατήριο) ανάρτησης.

 

[Σπύρος Μπλάτσιος]

Re: Τεχνικό: Μεγάφωνα

Μια διαφορετική υλοποίηση που βασίζετε στην ίδια αρχή είναι τα μεγάφωνα ταινίας. Εδώ αντι για πηνίο έχουμε μία μεταλλική κυματοειδής ταινία συνήθως από αλουμίνιο, η οποία βρίσκεται ανάμεσα στους πόλους ενός μόνιμνου μαγνήτη.

Δείτε τα παρακατω σχήματα.

Η αντίσταση που παρουσιάζει αυτή η ταινία είναι πολύ μικρή με αποτέλεσμα πολλές φορές να χρησιμοποιούνται μαζί με έναν μετασχηματιστή. Ένα άλλο μειονέκτημα είναι ότι η ταινία είναι πολύ ελαφριά και κινείτε πολύ γρήγορα με αποτέλεσμα να κινδυνεύει να διαλυθεί. Χρησιμοποιείται αποκλειστικά για μεγάφωνα υψηλών συχνοτήτων (tweeter) μιας που δεν μπορεί να κινήσει μεγάλες μάζες αέρα.

Για να είναι σταθερότερη χρησιμοποιείτε πολλές φορές σε συνδιασμό με μία χοάνη. Η χοάνη είναι ένας κόλουρος κώνος ή κόλουρος πυραμίδα με μεταβαλλόμενη γωνία κορυφής σύμφωνα με έναν υπερβολικό ή έναν εκθετικό κώνο. Η δράση της είναι να ενισχύει τους ήχους σαν ένας ηχητικός μετασχηματιστής. Το μεγάλο άκρο της ονομάζεται στόμιο και το μικρό λαιμός. Η λειτουργία της βασίζεται στην ιδιότητα να μετατρέπει τις μικρές διαφορές πίεσης που δημιουργούνται στον λαιμό, σε μεγάλες διαφορές πίεσης στο στόμιο. Έτσι η μεταλλική ταινία που πάλλεται στον λαιμό δημιουργεί μεγάλες διαφορές πίεσης χωρίς να κυνδινεύει να διαλυθεί. Η χοάνη όμως παροσιάζει και κάποια μειονεκτήματα όπως περιορισμένη συχνοτική απόκριση . Όταν η συχνότητα του ήχου πέσει κάτω από μία χαρακτηριστική για την χοάνη τιμή η απόδοσή της μηδενίζεται. Η συχνότητα αυτή ονομάζεται σχνότητα αποκοπής και εξαρτάται από την γεωμετρική διαμόρφωση της χοάνης. Όσο μεγαλύτερη ελιναι η σχέση των εμβαδών του λαιμού και του στομίου τόσο πιο μεγάλη είναι αυτή η συχνότητα. Υπάρχει ένα όριο και στην ένταση του αρχικού σήματος μια που η μεταλλική ταινία για να κινήσει μεγαλύτεροςυ όγκους αέρα θα πρέπει να κάνει μεγαλύτερη κίνηση άρα θα πρέπει να μεγαλώσει το διάκενο των πόλως του μαγνήτη. Τότε όμως πέφτει η ένταση του μαγνητικού πεδίου, άρα μειώνεται και η ένταση του παραγώμενου ήχου. Οι χοάνες πολλές φορές παρουσιάζουν φαινόμενα παραμόρφωσης κοντά στην περιοχή απόκοπής και προσθέτουν πολλούς χρωματισμούς. Τέλος ο ήχος που παράγουν είναι υψηλά κατευθυντικός.

 

[Σπύρος Μπλάτσιος]

Re: Τεχνικό: Μεγάφωνα

Ηλεκτροστατικά μεγάφωνα

Ένα ηλεκτροστατικό μεγάφωνο βασίζεται στην αρχή των ηλεκτροστατικών πεδίων.

Η βασική διάταξη αποτελείτε από μία μεμβράνη πολύ λεπτή (συνύθως από mylar ή άλλο συνθετικό πλαστικό πάχους μόλις 5-30 εκατομυριοστά του μέτρου!!!) και θετικά φορτισμένη από μία ηλεκτρική πηγή, η οποία είναι τοποθετημένη ανάμεσα σε 2 παράλληλες ηλεκτρικά αγώγιμες και διάτρητες πλάκες (ακουστικά διαπερατές), γνωστές και ως στάτορες. Η μεμβράνη βρίσκεται ακριβώς στο μέσον της απόστασης μεταξύ των δύο στατόρων. Οι δύο στάτορες είναι σνδεδεμένοι με κάποιον μετασχηματιστή τύπου Τ έτσις ώστε με την κατάλληλη διέγερση στην είσοδο του μετασχηματιστή να αναπτύσεται διαφορά δυναμικού μεταξύ των πλακών. Σε κατάσταση ηρεμίας η διαφορά δυναμικού μεταξύ των πλακών είναι μηδέν. Όταν όμως τοποθετηθεί η μεμβράνη (που είπαμε ότι είναι θετικά φορτισμένη) θα φορτίσει με επαγωγή αρνητικά τους δύο στάτορες. Τα φορτία που θα αναπτυχθούν στους στάτορες θα είναι ίσα και αντίθετα με αυτά της μεμβράνης. Έτσι θα ασκούν ίσες και αντίθετες δυνάμεις στην μεμβράνη και θα την αναγκάσουν να είναι ακίνητη.

Αν τώρα εφαρμόσω μια διαφορά δυναμικού στον μετασχηματιστή, το αποτέλεσμα θα είναι να δημιουργηθεί στιγμιαία διαφορά δυναμικκού μεταξύ των πλακών, και ως αποτέλεσμα οι δυνάμεις που θα ασκούν οι στάτορες στην μεμβράνη δεν θα είναι πλέον ίσες. Η μεμβράνη τότε θα κινηθεί προς την κατεύθυνση της μεγαλύτερης δύναμης αναγκάζοντας όμως και τον αέρα να κινηθεί προς την ίδια πλευρά (πύκνωμα). Αν αλλξω την πολικότητα του σήματος θα αλλάξει και η φορά κίνησης της μεμβράνης και θα κινηθεί και ο αέρας προς τα πίσω (αραίωμα). Έσι λοιπόν αν η διαφορά δυναμικού που εφαρμόζω στον μετασχηατιστή είναι εναλλασόμενη θα δημιουργήσω ακουστικό κύμα.

Πλεονεκτήματα σε σχέση με τα ηλεκτροδυναμικά μεγάφωνα:

-Η μεμβράνη του ηλεκτροστατικού μεγαφώνου, της οποίας η ακρίβεια της κίνησης εξαρτάται από τις φυσικές τις ιδιότητες έχι ελάχιστη μάζα σε σχέση με έναν κώνο ηλεκτροδυναμικού μεγαφώνου. Έτσι έχει χαμηλή αδράνεια και υψηλή ενδοτικότητα (κινητικότητα) με αποτέλεσμα να ανταποκρίνεται καλύτερα στις εναλλαγές του σήματος εισόδου και ιδιαίτερα στα μεταβατικά.

-Οι δυνάμεις που κινούν την μεμβράνη αναπτύσονται σε όλη την επιφάνειά της (σε αντίθεση με τα ηλεκτροδυναμικά μεγάφωνα όπου αναπτύσσονται μόνο στο σημείο επαφής με το πηνίο) Αποφεύγονται έτσι οι αλλοιώσεις που εισάγωνται από την μηχανική σύνδεση πηνίου-κώνου, λόγω των παραμορφώσεων του κώνου.

-Στην μεμβράνη ασκείται πάντα ζεύγος αντίρροπων δυνάμεων και έτσι ελέγχεται καλύτερα η κίνησή της

Το ελαφρό διάφραγμα βοηθούσε επίσης στην αναπαραγωγή των υψηλών συχνοτήτων. Για τις χαμηλές συχνότητες όμως έπρεπε να αυξηθει σημαντικά η επιφάνεια του ηχείου και ταυτόχρονα να μειωθεί η οριζόντια μετατόπισή του έτσι ώστε να πετύχουμε καλύτερη γραμμικότητα. Με αυτή την μέθοδο κατασκευάστηκαν full range ηλεκτροστατικά ηχεία από το 1955 και μετά.

Για να έχουμε όμως και καλή απόδοση ακουστικής ισχύος θα πρέπει να μειώσουμε την μάζα και την δυσκαμψία της μεμβρανης. Στην πράξη όμως δεν μπορούμε ούε να μειώσουμε κατά πολυ την μάζα της μεμβράνης και την δυσκαμψία της αλλά ούτε να μεγαλώσουμε κατα πολύ το εμβαδόν του μεγαφώνου, ώστε να γίνει μεγαλύτερο από το μήκο κύματος της χαμηλώτερα αναπαραγώμενης συχνότητας. Π.χ. για την συχνότητα των 50Hz θα χρειαζόταν ένα διάφραγμα των 7 τετραγωνικών μέτρων!!!

Το μεγάλο διάφραγμα όμως δημιουργεί και άλλα προβλήματα, όπως αυτό της καταευθυντικότητας των υψηλών συχνοτήτων που πλέον εστιάζονται μόνο σε μια μικρή περιοχή του χώρου. Οπότε είναι αυστηρά περιορισμένη η θέση ακρόασης, και κατά δεύτερον μπορεί να έχουμε και ανεπιθύμητους χρωματισμούς, λόγω κακής συμβολής του απευθείας και του ανακλώμενου ήχου. Γενικά όμως τα ηλεκτροστατικά μεγάφωνα έχουν λιγότερες παραμορφώσεις από τα ηλετροδυναμικά.

Τα ηλεκτροστατικά μεγάφωνα είναι χωρητικά φορτία γεγονός που μπορεί να δημιουργήσει προβλήματα στην οδήγησή τους από πρισμένους ενισχυτές (αστάθεια τελικού σταδίου ενισχυτή, οπότε ενισχυτές χωρίς ανάδραση ή με λίγη ανάδραση δεν συνιστώνται).

Τέλος αν το μεγάφωνο οδηγηθεί σε μεγάλες στάθμες τότε κάνει μεγάλες οριζόντιες διαδρομές οπότε έχουμε
α) μη γραμμική οδήγηση των μεγαφώνων και χρωματισμούς (μικρό το κακό), και
β) λόγω του ότι πλησιάζει η μεμβράνη στον στάτορα υπάρχει η περίπτωση να δημιουργηθεί σπινθήρας, με αποτέλεσμα την καταστροφή της.

 

[Σπύρος Μπλάτσιος]

Re: Τεχνικό: Μεγάφωνα

Μαγνητοστατικά μεγάφωνα

Τα μαγνητοστατικά μεγάφωνα συνδιάζουν την χρήση ενός επίπεδου διαφράγματος με ένα πηνίο , με σκοπό την προσέγγιση των πλεονεκτημάτων τόσο των ηλεκτροστατικών μεγαφώνων, όσο και των ηλεκτροδυναμικών.

Η πρώτη αναφορά για μαγνητοστατικό μεγάφωνο την βρίσκουμε το 1925 (Blatthaller) όπου υπήρχαν αγωγοί με διάταξη ζικ-ζακ πάνω σε ένα οριζόντιο διάφραγμα που βρισκόταν ανάμεσα σε εναλλασόμεους βόρειους και νότιους μαγνητικούς πόλους. Έτσι είχαμε κίνηση ολόκληρου του διαφράγματος και πιο γρα;μμική λειτουργία Από αυτή την βασικά αρχή λειτουργίας ελάχιστα άλλαξαν μέχρι σήμερα, αλλά για την εποχή που παρουσιάστηκε η ιδέα, ήταν πολύ μπροστά σε σχέση με τις τεχνικές δυνατότητες. Το διάφγραγμα με τους χάλκινους αγωγούς ήταν πολύ βαρύ και έτσι παρουσίαζε πολύ μικρή ευαισθησία, ιδιαίτερα στις χαμηλές συχνότητες.

Σήμερα τα μαγνητοστατικά ηχεία έχουν συνήθως δύο σειρές από μαγνητικές ράβδους την μία απέναντι από την άλλη, και το διάφραγμα ανάμεσά τους. Το διάφραγμα περιέχει μέσα του ένα δίκτυο λεπτότατων αγωγών που διαρέεται από ρεύμα και αυτό δημιουργεί με την σειρά του απώσεις και έλξεις με τους μόνιμους μαγνήτες και όπως και στα ηλεκτροστατικά η κίνηση του διαφράγματος δημιουργεί κίνηση του αέρα, άρα ήχους. Το δίκτυο των αγωγών κάνει το διάφραγμα-μεμβράνη πολύ βαρύτερο απ ότι στα ηλεκτροστατικά. Γι' ααυτό ορισμένοι θεωρούν την διαφάνεια και την λεπτομέρει του παραγώμενου ήχου κατώτερη από τα ηλεκτροστατικά μεγάφωνα.

Η αντίσταση εισόδου ενός τέτοιου ηχείου είναι ουσιαστικά η αντίσταση των μεταλλικών αγωγών, η οποία είναι πολύ χαμηλή (κάποια μοντέλα της Apogee είχαν ελάχιστη αντίσταση κοντά στο 1ohm!!!) με αποτέλεσμα για την σωστή λειτουργία του μεγαφώνου να απαιτείται η χρήση κάποιου μετασχηματιστή μεταξυ μεγαφώνου και ενισχυτή.

Το σημαντικό πλεονέκτημα έναντι των ηλεκτροστατικών μεγαφώνων είναι η μη χρήση υψηλής τάσης τροφοδοσίας, και άρα έχουμ και χαμηλό κόσοτς και υψηλή αξιοπιστία.

Η "δικιά" μας Analysis Audio παράγει μαγνητοστατικά ηχεία εδώ και μία περίπου δεκαετία, ενώ πολλά από τα μέλη του avsite έχουν στην κατοχή τους μαγνητοστατικά ηχεία της magnepan.

 

[Σπύρος Μπλάτσιος]

Re: Τεχνικό: Μεγάφωνα

Πιεζοηλεκτρικά μεγάφωνα

Τα πιεζοηλεκτρικά μεγάφωνα βασίζονται στην ιδιότητα που έχουν ορισμένοι κρύσταλλοι, όπως ο χαλαζίας, να συτέλλονται ή να διαστέλλονται όταν βρίσκονται μέσα σε ένα ηλεκτρικό πεδίο. Η συστολή ή η διαστολή αυτή εξαρτάται από την φορά τόσο του πεδίου όσο και της διαμόρφωσης του κρυστάλλου. Αν το πεδίο δεν είναι σταθερό, αλλά εναλλασόμενο τότε ο κρύσταλλος τίθεται σε εξαναγκασμένη ταλάντωση.

Οι αλλαγές των διαστάσεων του κρυστάλου (συστολή και διαστολή) είναι πολύ μικρές (της τάξης των εκατοστών του χιλιοστού). Αν όμως δύο κρύσταλλοι κολληθούν ο ένας αντίθετα από τον άλλο (από απόψεως κρυσταλλικής δομής) τότε σχηματίζετε ένα δικρυσταλλικό στοιχείο το οποίο, υπό την επίδραση του ηλεκτρικου πεδίου κάμπτετε ή συστρέφετε κατά τρόπο πιο εμφανή από την συστολή ή την διαστολή του. Μέσα σε ένα μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο ο κρύσταλλος αυτός παραμορφώνεται κατά τρόπο απόλυτα σύμφωνο με την διαμόρφωση του πεδίου. Έτσι έχουμε απόλυτη αντιστοιχία παλμικών κινήσεων του κρυστάλλου με το ηλεκτρικό σήμα που τροφοδοτεί το πεδίο.

Οι κινήσεις όμως του κρύσταλλου είναι πολύ μικρές και δεν αρκούν για να κινήσουν μεγάλες μάζες αέρα, ώστε να δημιουργήσουν ήχους ακουστής έντασης, κι έτσι οι πιεζοηλεκτρικοί κρυσταλλοι χρησιμοποιούνται σχεδόν αποκλειστικά με χοάνες (βλέπε στα μεγάφωνα ταινίας). Οι συχνότητες που αναπαράγουν είναι συνήθως πάνω των 3000Hz. Από άποψη σύνθετης αντίστασης μοιάζουν με τα ηλεκτροστατικά μεγάφωνα (χωρητικά φορτία) αλλά οι τιμές της αντίστασης παραμένουν σχετικά υψηλές και έτσι δεν δημιουργούνται ιδιαίτερα προβλήματα στους ενισχυτές.

Τα παλιαότερα πιεζοηλεκτρικά μεγάφωνα χρησιμοποιούσαν σαν κρύσταλλους άλατα της Roshelle τα οποία ήταν σχετικά αναίσθητα (χαμηλές ευαισθησίες), εύθραυστα και επηρεαζόταν πολύ από την υγρασία. Συνδεόταν δε στον ενισχυτή απευθείας είτε μέσω μετασχηματιστών. Σήμερα χρησιμοποιούνται κεραμικά άλατα μολύβδου ή τιτανίου, που είνια πολύ πιο ευαίσθητα (ηχητικά πάντα) έχουν μεγαλύτερες μηχανικές αντοχές και το βασικό ότι δεν χρειάζονται να κοπούν με κάποια συγκεκριμένη κρυσταλλογραφική διάταξη. Τα κεραμικά αυτά είναι μονίμως πολωμένα με μία τάη που τους επιβάλλετε κατά την κατασκευή τους. Τα συγκεκριμένα κεραμικά έχουν επιπλέον το πλεονέκτημα της καλής απόκρισης στην διαμόρφωση του ηχητικού σήματος, και λόγω του μικρού βάρους των κινούμενων μερών την ικανότητα αναπαραγωγής πολύ υψηλών συχνοτήτων (πέραν του ορίου των 20KHz), οπότε χρησιμοποιούνται σε πολλά super tweeter. Τέλος μπορεί να χρησιμοποιηθούν ακόμα και χωρίς δικτύωμα διαχωρισμού (crossover) πράγμα που τα κάνει ιδανική επιλογή για χρήση super tweeter.

Τελευταία παρουσιάστηκαν και πολυμερή υλικά με παρόμοιες ιδιότητες με τους κρυστάλλους. Συγκεκριμένα υπάρχουν ηχεία που χρησιμοποιούν μεμβράνες από πολυμερές πλαστικό σε διάφρα σχήματα (από απλές καμπύλες μέχρι και κυλίνδρους που ακτινοβολούν προς όλες τις κατευθύνσεις). Τα συγκεκριμένα μεγάφωνα αναπαράγουν μόνο πολύ υψηλές συχνότητες (από 8,5KHz και πάνω).

 

[Σπύρος Μπλάτσιος]

Re: Τεχνικό: Μεγάφωνα

Μεγάφωνα ιονισμού ή αλλιώς πλάσματος

Πριν από αρκετά χρόνια είχε παρατηρηθεί ότι οι ηλεκτρικοί σπινθήρες κάνουν έναν χαρακτηριστικό θόρυβο που άλλαζε ανάλογα μρ την διαφορά δυναμικού που τους προκαλούσε. Δεδομένου ότι όπως είναι γνωστό όσο πιο ελαφρά είναι τα κινούμενα μέρη ενός μεγαφώνου τόσο καλύτερη είναι η απόδοσή του, αυτή η ιδιότητα των σπινθίρων, έδειχνε ως μία ιδανική περίπτωση να φτιάξουμε το τέλειο μεγάφωνο, χωρίς καθόλου κινούμενα μέρη, αλλά με τον ίδιο τον αέρα να πάλλετε από μία διαφορά δυναμικού.

Τα πράγματα όμως δεν ήταν και τόσο ρόδινα μιας που η ένταση του ήχου που παρήγαγαν οι σπινθήρες ήταν πολύ μικρή με αποτέλεσμα η χρήση χοάνης να είναι αναγκαστική.

Το πρώτο μεγάφωνο ιονισμού ήταν γαλλική εφεύρεση και το εμπορικό του όνομα ήταν Ionophone (Plessey 1950)

Αργότερα κατασκευάστηκε κάτι παρόμοιο και στην Αγγλία από την Fane Acoustics με την ονομασία Ionofane (1960).

Στο Ionofane αντί για ηλεκτρικούς σπινθήρες χρησιμοποιούνταν για τον ιονισμό του αέρα ένα σήμα ραδιοφωνικής συχνότητας που τροφοδοτούσε ένα τύλιγμα (πηνίο) γύρω από ένα κύτταρο χαλαζία. Το κύταρρο αυτό είχε διπλά τοιχώματα και το εσωτερικό ήταν κενό από αέρα για να μην διαφεύγει θερμότητα από το κύτταρο. Στο εσωτερικό τώρα του κυττάρου υπήρχε ένα ηλεκτρόδιο από πλατίνα που είχε ικανότητα ιονισμού. Το ηλεκτρόδιο αυτό θερμαινόταν από το ραδιοφωνικό σήμα και εξέπεμπε ιόντα από την επιφάνειά του. Μεταβάλλοντας την ραδιοφωνική συχνότητα του ρεύματος θέρμανσης του ηλεκτροδίου άλλαζε ανάλογα και ο ρυθμός ιονισμού μέσα στο κύταρρο και άρα και η συχνότητα του παραγώμενου ηχητικού σήματος. Έτσι είχαμε μεγάφωνα χωρίς καθολου κινούμενα μέρη που σύμφωνα με τους κατασκευαστές είχε ιδανική απόδοση.

Η κατασκευή τέτοιων μεγαφώνων όμως δεν κράτησε για πολύ και οι ίδιοι οι κατασκευαστές τα αγνόησαν, χωρίς να γίνουν ποτέ γνωστοί οι λόγοι. Μπορούμε όμως να δούμς κάποια βασικά μειονεκτήματα όπως, η πολυπλοκότητα της κατασκευής, η ανάγκη συχνής αλλαγής του ηλεκτροδίου από πλατίνα, τα παράσιτα που προκαλούσε στις ραδιοφωνικές εκπομπές και άλλα.

Τα τελευταία χρόνια μερικές μικρές εταιρίες έχουν παρουσιάσει ανάλογες κατασκευές. Από μεγάλες εταιρίες μαζικής παραγωγής μόνο η Magnat είχε παρουσιάσει ένα ανάλογο μεγάφωνο υψηλών συχνοτήτων με σφαιρική ηχητική ακτινοβολία, το οποίο όμως το οδηγούσε ενεργό crossover με ενσωματομένο τελικό ενισχυτή 100w)

 

[Σπύρος Μπλάτσιος]

Τεχνικό: Μεγάφωνα

Μεγάφωνα μετασχηματισμού κίνησης αέρα (Heil AMT)

Τα μεγάφωνα αυτά ονομάζονται και μεγάφωνα επίπεδου διαφράγματος. Στην πραγματικότητα το διάφραγμά τους στην πραγματικότητα δεν είναι επίπεδο, αλλά κυματοειδές πολυπτυχωτικό, το οποίο βρίσκεται μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο που δημιουργούν μόνιμοι μαγνήτες με διεύθυνση κάθετη ως προς την διεύθυνση του διαφράγματος. Εφευρέθηκαν από τον Dr. Oscar Heil.

Ο αγωγός του ηλεκτρικού σήματος σχηματίζει ένα ζικ-ζακ πάνω σε ένα πτυχωτό διάφραγμα. Το μήκος αυτού του αγωγού είναι αρκετα μεγάλο ώστε να έχει κατάλληλη αντίσταση και να μην απαιτείτε η χρήση μετασχηματιστή. Λόγω της τοποθέτησης των μαγνητών κάθετα στην διεύθυνση του διαφράγματος, το διάφραγμα κινείται παράλληλα προς το γενικό του επίπεδο. Λόγω όμως της πτυχωτής διαμόρφωσης του διαφράγματος, ουσιαστικά οι μαγνητικές δυνάμεις αναγκάζουν το διάφραγμα να ανοιγοκλείνει τις πτυχές του, και έτσι προκαλούνται αραιώσεις και πυκνώσεις του αέρα που προκαλούν ήχους.

Η ιδέα είναι αρκετά απλή και ο αέρας που κινεί αυτό το πτυχωτό διάφραγμα είναι πολύ περισσότερος από αυτόν που θα κινούσε ένα επίπεδο διάφραγμα. Τα μεγάφωνα αυτά λόγω αυτής της κίνησης του αέρα τα μεγάφωνα αυτά έχουν πάρει την ονομασία AMT (Air Motion Transformers, μετασχηματιστες κίνησης αέρα). Ένα πρώτο μειονέκτημα αυτών των μεγαφώνων ήταν ότι η πολυπλοκη μαγνητική κατασκευή ουσιαστικά "έπνιγε" τον παραγώμενο ήχο. Το πρόβλημα όμως ξεπεράστηκε αρκετά γρήγορα με την χρήση μαγνητών που έχουν σχήμα σαν χτένια, ώστε ο ήχος να περνά άνετα ανάμεσα τους.

Το μοναδικό όριο που υπάρχει στην χρήση ενός τέτοιου μεγαφώνου είναι οτι οι πλευρικές μετατοπίσειςτων πτυχών του διαφράγματος δεν είναι απόλυτα ελέυθερες, όπως και το ότι δεν μπορούν να κατασκευαστούν μεγάαλες σε μέγεθος μονάδες. Έτσι σήμερα αυτά τα μεγάφωνα χρησιμοποιούνται μόνο για υψηλές και μεσαίες συχνότητες (από 700Hz και πάνω).

Τέτοια μεγάφωνα θα βρεί κανείς στα ηχεία της ADAM ή της Heil.

 

[Σπύρος Μπλάτσιος]

Re: Τεχνικό: Μεγάφωνα

-Μεγάφωνα τύπου ΝΧΤ

Τα μεγάφωνα τύπου ΝΧΤ είναι ηλεκτροδυναμικά μεγάφωνα που όμως χρησιμοποιούν επίπεδο διαφραγμα και είναι ουσιαστικά η πιο κανούρια τεχνολογικά υλοποίηση μεγαφώνου.

Όλα ξεκίνησαν το 1996 όταν ο Stan Curtis διάβασε ένα άρθρο για ένα μεγάφωνο κατανεμημένου τρόπου λειτουργίας (Distributed Mode Loudspeaker, DML), το οποίο ήταν μία πατέντα μίας υπηρεσίας του υπουργείου αμύνης του Ην. Βασιλείου. Ο Curtis διαπίστωσε ότι έχει μπροστά του ένα πρωτοποριακο προϊόν και έτσι μαζί με τον Henry Azima (διευθυντή του Verity Group) κατόρθωσε να αποκτήσει μία άδεια χρήσης της τεχνολογίας. Σήμερα πάνω από 90 εταιρίες έχουν αποκτήσει τέτοια άδεια.

Η βασική διαφορά του ΝΧΤ πάνελ από τα κοινά ηλεκτροδυναμικά ηχεία είναι ότι στα NXT πάνελς δεν έχουμε πιστονική κίνηση του διαφράγματος. Το διάφραγμα είναι επίπεδο και από δύσκαμπτο υλικό (πάχους από 3 μέχρι 20mm και εμβαδού απο 25cm sq μέχρι 100m sq). Πίσω από το πάνελ υπάρχει ο ηλεκτροδυναμικός μετατροπέας (αν και έχει αναφερθεί και η χρήση πιεζοηλεκτρικών). Ο μετατροπέας δονεί το διάφραγμα αλλά με διαφορετικό τρόπο απ' ότι στα κλασσικά ηλεκτροδυναμικά μεγάφωνα, ουσιαστικά προσπαθεί να διεγείρει την κίνηση ολόκληρου του διαφράγματο και όχι μόνο του σημείου επαφής. Η συμπεριφορά τώρα του διαφράγματος θυμίζει δίπολο (dipole) στις χαμηλές και αμφίπολου (bipole) σε μεσαίες και υψηλές συχνότητες.

Φυσικά καμμία τεχνολογία δεν είναι τέλεια, κι έτσι και αυτή έχει προβλήματα. Αρχικά υπήρχε πολύ χαμηλή ευαισθησία, πράγμα που ανάγκασε στην χρήση πιο ισχυρών μαγνητών. Αργότερα διαπιστώθηκε ότι η αναπαραγωγή των πολύ χαμηλών συχνοτήτων σήμαινε πολύ μεγάλα διαφράγματα κλπ κλπ.

Η βομηχανία του Audio δείχνει ακόμα πολύ επιφυλακτική στην χρήση τέτοιων μεγαφώνων (με εξαίρεση την χρήση σε home cinema ηχεία). Απ΄οτην άλλη αυτή η τεχνολογία έχει βρεί τεράστια απόκριση σε όλους τους υπόλοιπους κλάδους της βιομηχανίας Έτσι πλέον χρησιμοποιείται από τα κινητά τηλέφωνα μέχρι στις τηλεοράσεις πλάσματος...

Τα τελευταία νέα από το "μέτωπο" αναφέρουν ότι γίνονται προσπάθειες για την δημιουργία μεγαφώνου που θα λειτουργεί πιστονικά στις χαμηλές συχνότητες και με χρήση τεχνικών DML για τις μεσαίες και τις υψηλές.

 

[Σπύρος Μπλάτσιος]

Re: Τεχνικό: Μεγάφωνα

Η κάλυψη του ηχητικού φάσματος...

Το ακουστό φάσμα των συχνοτήτων είναι από 20Hz μέχρι τα 20KHz. Οι αριθμοί αυτοί ομως είναι μάλλον συμβατικοί.

Πολλοί λίγοι άνθρωποι φτάνουν στα 20KHz και μάλιστα η ευαισθησία της ακοής μας μειωνεται με την πάροδο του χρόνου. Ένα άτομο πάνω των 30 σπανίως μπορεί να ακούει ήχους άνω των 18KHz. Στις χαμηλές συχνότητες τα πράγματα είναι πιο απλά. Όταν κάποιος βρεθεί μπροστά σε ένα ήχο των 20Hz τον διαισθάνεται πριν καλά καλά τον ακούσει!

Φυσικά στην μουσική οι ήχοι που παράγουν τα μουσικά όργανα και οι αρμονικές αυτών των ήχων ξεπερνούν τα στενά όρια του ανθρώπινου αυτιού. Η χαμηλώτερη νότα π.χ. του εκκλησιαστικού οργάνου είναι στα 16,35Hz. Φυσικά αυτόν τον ήχο περισσότερο τον αισθανόμαστε με το σώμα παρά τον ακούμε.

Ο σκοπός των μεγάφώνων που αναφέραμε παραπάνω είναι να αναπαράγουν αυτές τις συχνότητες. ΚΑΝΕΝΑ ΜΕΓΑΦΩΝΟ ΑΠΟ ΜΟΝΟ ΤΟΥ ΔΕΝ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΑΝΑΠΑΡΑΓΕΙ ΟΛΟ ΑΥΤΟ ΤΟ ΦΑΣΜΑ ΗΧΩΝ!

Έτσι λοιπόν ξεκινάνε οι συμβιβασμοί που έχουμε στην αναπαραγωγή του ήχου. Ο πιο συνήθης συμβιβασμός είναι να χωρίσουμε το ακουστό φάσμα σε 2 ή περισσότερα τμήματα και να αναθέσουμε σε περισσότερα των 2 μεγάφωνα την σωστή αναπαραγωγή του φάσματος.

 

[Σπύρος Μπλάτσιος]

Re: Τεχνικό: Μεγάφωνα

Αναπαραγωγή των χαμηλών συχνοτήτων

Για τα περισσότερα μουσικά όργανα (πλην του εκκλησιαστικού οργάνου) το κατώτατο όριο των συχνοτήτων που παράγουν είναι περί τα 30Hz.

Για να αναπαραχθεί όμως μία χαμηλή συχνότητα σε μία στάθμη ικανοποιητικής έντασης έντασης ήχου, θα πρέπει να τεθεί σε κίνηση μία πολύ μεγάλη μάζα αέρα. Όσο πιο χαμηλα θέλουμε να φτάσουμε τόσο περισσότερο αέρα θα πρέπει να μπορούμε να κινήσουμε. Έτσι λοιπόν το μεγάφωνο που θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε για την αναπαραγωγή του ήχου θα πρέπει να μπορεί να κινεί μεγάλες μαζες αέρα. Αυτό σημαίνει ότι χρειαζόμαστε είτε μεγάλα διαφράγματα είτε διαφράγματα με μεγάλες διαδρομές.

Τα μεγάφωνα των χαμηλών συχνοτήτων τα βρίσκουμε κυρίως μέσα σε κουτιά διαφόρων σχεδιάσεων. (εξαίρεση τα full range ηλεκτροστατιά ή μαγνητοστατικά μεγάφωναα που όμως δεν μπορούν να φτάσουν πολύ χαμηλά με ελάχιστες εξαιρέσεις)

Φυσικά η κατάσταση είναι πιο περίπλοκη απ' ότι φαίνεται μιας που θα πρέπει να λάβουμε υπόψην μας τον συντονισμό των μεγαφώνων. Κάθε μεγάφωνο συντονίζεται σε μία συχνότητα η οποία εξαρτάται από την μάζα των κινούμενων μερών του, από την ελαστιότητα του συστήματος της ανάρτησης καθώς και από τα χαρακτηριστικά του κινητηρα" (π.χ. στα ηλεκτροδυναμικά κινητήρας είναι το σύστημα μαγνήτη-πηνίου).

 

[Σπύρος Μπλάτσιος]

Re: Τεχνικό: Μεγάφωνα

Ποια είναι όμως η επίδραση του συντονισμού στα μεγάφωνα χαμηλών συχνοτήτων;

Αν πάρουμε ένα μεγάφωνο και το βλάουμε να αναπαράγει μία συχνότητα μερικών εκατοντάδων Hz την οποία στην συνέχεια θα ελαττώνουμε θα παρατηρήσουμε ότι ενώ αρχικά η απόκριση του μεγαφώνου θα είναι σταθερή, καθώς θα πλησιάζουμε στην συχνότητα συντονισμού, θα εμφανίζεται μία άυξηση της απόδοσης, το μέγιστο της οποίας θα είναι ακρβώς στην συχνότητα συντονισμού, και στην συνέχεια θα έχουμε μία απότομη πτωση της απόδοσης.

Μέχρι την συχνότητα συντονισμού (και ειδικά πάνω σε αυτήν) η κίνηση των κινητών μερών του μεγαφώνου (διάφραγμα) ελέγχεται από την αδράνεια της μάζας τους. Κάτω όμως από αυτή την συχνότητα βασικό ρόλο στην κίνηση παίζει η δυσκαμψία των στηριγμάτων των κινητών μερών (αναρτήσεις).

π.χ. Έχουμε ένα μεγάφωνο με συχνότητα συντονισμού 100Hz. Κάτω από αυτή την συχνότητα όσο και να αυξήσουμε την ισχύ του σήματος δεν θα παρατηρήσουμε σημαντική αύξηση στην απόδοσή του. Το μόνο που θα καταφέρουμε αυξάνωντας την ισχύ θα είναι να ανεβάσουμε την παραμόρφωση του σήματος, μιας που πλέον δεν υπάρχει γραμμική σχέση μεταξύ του μαγνητικού συστήματος και της αντίδρασης των στηριγνάτων του κώνου.

Άρα λοιπόν για να πετύχουμε καλύτερη απόδοση στις χαμηλές συχνότητες θα πρέπει να πετύχουμε χαμηλότερες συχνότητες συντονισμού. Αυτό μπορούμε να το καταφέρουμε με 2 τρόπους:
α) Αύξηση της μάζας των κινητών μερών και
β) ελάττωση της δυσκαμψίας (αύξηση της ελαστικότητας) των στηριγμάτων (αναρτήσεις).
Δυστυχώς όμως και με τους 2 αυτούς τρόπους υπάρχουν κάποια όρια που δεν μπορούμε να υπερβούμε. Αν κάνουμε πολύ ελαστικά τα στηρίγματα τότε δεν θα μπορούν να στηρίξουν τον κώνο με αποτέλεσμα κατά την κίνησή του να τρίβεται τιο πηνίο πάνω στον μαγνήτη. Από την άλλη με αύξηση της μαζας των κώνων κινδυνεύυμε να έχουμε τα ίδια αποτελέσματα (οι αναρτήσεις δεν θα μπορούν να στηρίξουν την αυξημένη μάζα), αλλά κα από την άλλη πέτει γενικά και η απόδωση των μεγαφώνων.

Άρα λοιπόν αύξηση της απόκρισης ενός μεγαφώνου σε χαμηλές συχνότητες σημαίνει μείωση της απόδοσής του σε στάθμες έντασης ήχου για μία δεδομένη ισχύ ηλεκτρικού σήματος. Το μεγάφωνο λοιπόν που θα κλιθεί να αναπαράγει τις πολύ χαμηλές συχνότητες θα είναι λιγότερο ευαίσθητο, οπότε για να πιάσει τις επιθυμητές στάθμες θα χρειάζεται περισσότερη ισχύ (να λοιπόν γιατί τα περισσότερα suboofer είναι αυτοενισχυόμενα-ενεργά). Μεγάλη ισχύς όμως σημαίνει και μεγαλύτερη θέρμανση του πηνίου (σύμφωνα με τον νόμο του joule όσο πιο μεγάλο σε ένταση είναι το ηλεκτρικό σήμα που δέχεταί ένας αγωγός, τόσο μεγαλύτερες θερμικές απώλειες έχουμε). Όλα όμως τα μεγάφωνα έχουν ένα όριο θέρμανσης που μπορούν να ανεχθούν, χωρίς κίνδυνό.

 

[Σπύρος Μπλάτσιος]

Re: Τεχνικό: Μεγάφωνα

Για να εξετάσουμε όμως μία άλλη περάμετρο του συντονισμού. Όλοι οι συντονισμοί δεν είναι ίδιοι. Κανονικά σε έναν συντονισμό το πλάτος της ταλάντωσης του διαφράγματος θα έπρεπε να ήταν άπειρο Λόγω όμως των απωλειών (λόγω τριβών, αντίστασης αέρα κλπ) το πλάτος δεν γίνεται άπειρο αλλά απλά μεγαλώνει. Το πόσο έντονος θα είναι ένας συντονισμός (που ονομάζεται εξαναγκασμένος) το μετράμε με τον συντελεστή ποιότητας του συντονισμού Q.

Τιμή του Q=1 σημαίνει ότι στην συχνότητα συντονισμού δεν θα έχω καμμία άυξηση της απόκρισης, αλλά μί μικρότερη αύξηση σε λίγο μεγαλύτερες συχνότητες. Τιμή του Q=0,7 από την άλλη σημαίνει ότι δεν έχω αύξηση της απόκρισης στην συχνότητα συντονισμού, αλλά αντιθέτως μείωση κατά 3dΒ. Για Q=0,7 λέμε ότι έχουμε κρίσιμη απόσβεση της ταλάντωσης του διαφράγματος (πρακτικά αυτό σημαίνει ότι τα παλλομενα μέρη του διαφράγματος θα επιστρέψουν στην θέση τους σ χρόνο ίση με την μισή περίοδο από την στιγμή που παύσει η δύναμη που τα κινεί.

Στα μεγάφωνα η απόσβεση εξαρτάται από πολλές και πολύπλοκες συνθήκες (όπως η ισχυς του μαγνητικού πεδίου του μόνιμου μαγνήτη, η αντίσταση του πηνίου, το μέγεθος και ο τύπος του ηχείου-κουτιού). Συνήθως οι κατασκευαστές ξεπερνάναι την τιμή του Q=1 για να κάνουν τα μεγάφωνα λίγο πιο αποδοτικα στις χαμηλες συχνότητες. Αυτό όμως μειώνει την πιστή αναπαραγωγή, αλλά δίνει καλύτερη αίσθηση των χαμηλών συχνοτήτων. Γιαμεγαλύτερς τιμές του Q το μεγάφωνο δίνει την αίσθηση της κακής απόσβεσης και του υπερτονισμού μιας συγκεκριμένης συχνότητας (χαρακτηριστικό των κακών σχεδιάσεων χαμηλών συχνοτήτων). Οι περισσότεροι κατασκευαστές επιζητούν Q περίπου ίσο με 0,7 ή και μικρότερο για να αποφύγουν ταπαραπάνω προβλήματα.

 

[Σπύρος Μπλάτσιος]

Τεχνικό: Μεγάφωνα

Τι γίνετε όμως αν αρχίσουμε να ανεβαίνουμε στο ακουστό φάσμα?

Καθώς αρχίζουμε λοιπόν και απομακρυνόμαστε από την συχνότητα συντονισμού και μεγαλώνει η συχνότητα το πρώτο πράγμα που θα παρατηρήσουμε είναι ότι μεγαλώνει και η αντίδραση στην κίνηση του διαφράγματος λόγω της ανάρτησης. Εδώ όμως έχουμε ένα παράδοξο. Ενώ η κίνηση του διαφράγματος μειώνεται και σε ταχύτητα και σε εύρος, η αντίστοιχη απόδοση σε ήχο δεν μειώνεται!!!

Την εξήγηση σε αυτό το φαινόμενο την δίνει η ακουστική η οποία λέει ότι η μετάδοση της ενέργειας από οτ διάφραγμα στον αέρα γίνετε ευκολοτερα στις υψηλές συχνότητες, παρά στις χαμηλές. Έτσι λοιπόν στις υψηλοτερες συχνότητες το διάφραγμα λειτουργεί σαν έμβολο που κάνει μία παλμική κίνηση (υπεραπλουστευμένη θεώρηση που δεν είναι 100% αληθινή, αλλά βοηθά στην περιγραφή του φαινομένου).

Θεωρητικά πάντα, ένα ιδανικό μεγάφωνο, θα έπρεπε να λειτουργεί σαν άκαμπτος κώνος που ωθεί και έλκει τον αέρα χωρίς να καμπτεται. Στην πράξη όμως συμβαίνει το ακριβώς αντίθετο. Ο κώνος κάμπτεται και διαμορφώνεται με τον δικό του τρόπο. ουσιαστικά κάθε τμήμα του κώνου λειτουργεί σαν ανεξάρτητη μάζα με δική της συχνότητα συντονισμού.

Στην πράξη το φαινόμενο αυτό όμως είναι πιο πολύπλοκο μιας που τα τμήματα ενός κώνου ποτέ δεν είναι σε φάση, αφου για να φτασει μία διαταραχή από το κέντρο του κώνου (όπου έχουμε συνδέσει το πηνίο) στα άκρα του μεσολαβεί κάποιο χρονικό διάστημα.

Λόγω των παραπάνω το κωνικό διάφραγμα παρουσιάζει "σπασίματα". Σε απότομες αλλαγές του ήχου λοιπόν και σε υψηλές συχνότητες παρατηρούμε αυτό το "σπάσιμο" (break up αγγλιστί) του διαφράγματος. Η εξήγηση είναι απλή. Σε κάποιες συχνότητες οι ήχοι από διάφορα σημεία του διαφράγματος συναντούνται σε φάση, αλληλοενισχόνται και δημιουργούν αιχμές, ενώ σε άλλες συναντούνται με αντίθετη φάση, αλληλοεξουδετερώνονται και έτσι δημιουργούνται κενά στον ήχο. Έται λοιπόν δημιουργείτε το αίσθημα του "Σπασίματος" του κώνου.

Για να καταπολεμήσοουμε αυτό το φαινόμενο συνήθως βάζουμε ειδικές επαλείψεις στον κώνο. Έτσι βελτιώνουμε την απόδοση ενός μεγαφώνου σε αυτές τις συχνότητες, αλλά δυστυχώς αυξάνεται η μάζα του διαφράγματος, μείωση της απόδοσης του μεγαφώνου. Μεγάλη σημασία για την καταπολέμηση του φαινομένου έχει και το υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένο το διάφραγμα, γιατί ο ήχοε κινείται με διαφορετική ταχύτητα στο κάθε υλικό. Π.χ το χαρτί είναι ελαφρό, έχει καλές ιδιότητες απόσβεσης, αλλά έχει εσωτερικές ανομοιομορφίες. Το Bextrene από την άλλη έχει μεγαλύτερη ομοιομορφία άλλά προκαλεί πιο εύκολα "σπασίματα" στον ήχο, αν δεν αυξηθεί η ικανότητα απόσβεσής του. Κάτι τέοιο μπορεί να επιτευχθεί με επάλεψη με καποιο στρώμα πλαστικού. Υπάρχουν και πιο καινούργια συνθετικά υλικά που δε χρειάζονται καμμία επάλειψη για να αυξήσουν την ικανότητα απόσβεσής τους. Σημαντικό ρόλο στην ταχύτητα διάδοσης της διαταραχής πάνω στο κωνικό διάφραγμα παίζει τέλςο και το ακριβές σχήμα του κώνου.

 

[costas EAR]

Τεχνικό: Μεγάφωνα

Mπράβο Σπύρο!
Άψογος!

 

[Σπύρος Μπλάτσιος]

Re: Τεχνικό: Μεγάφωνα

Ως τώρα είδαμε ότι η δουλειά της εξωτερικής ανάρτησης είναι να στηρίζει τον κώνο κατά την κίνησή του. Στην πράξη όμως η εξωτερική ανάρτηση παίζει ακόμα ένα ρόλο.

Όπως είδαμε η κίνηση σε ένα ηλεκτροδυναμικό μεγάφωνο δημιουργείται από το πηνίο φωνής. Το πηνίο φωνής καθως ταλαντώνεται, αναγκάζει τον κώνο να ταλαντωθεί και αυτός με την σειρά του μετατοπίζει τον αέρα με αποτέλεσμα την δημιουργία ήχου.

Η διαταραχή όμως που δημιουργεί το πηνίο στον κώνο ταξιδεύει σιγά σιγά προς τα άκρα του κώνου με αποτέλεσμα ότνα φτάσει εκεί ένα μέρος της να περάσει στην ανάρτηση και ένα άλλο μέρος της να ανακλαστεί στην διαχωριστική επιφάνεια και να επιστρέψει προς το πηνίο. Αυτή η διαταραχή μπορει να προκαλέσει στάσιμα κύματα στην επιφάνεια του κώνου με αποτέλεσμα την μη σωστή του κίνηση, και άρα την μη σωστή παραγωγή ήχου, λόγω χρωματισμών του κώνου.

Άρα λοιπόν θα πρέπει η ανάρτηση να είναι αρκετά μαλακή ώστε να αποσβαίνει το μεγαλυτερο μέρος της διαταραχής που φτάνει στα άκρα του κώνου. Πολλοί κατασκευαστές για να το πετύχουν αυτό χρησιμοποιούν για την ανάρτηση αφρώδη συνθετικα υλικά. Δυστυχώς όμως αυτά με τον καιρό πολυμερίζονται και καταστρεφοντια με αποτέλεσμα να αλλοιώνουν την ποιότητα του παραγώμενου ήχου. Το φαινόμενο επιταχύνεται αν τα μεγάφωνα είναι εκτεθειμένα σε ζέστη ή σε ηλιακή ακτινοβολια.

Γι' αυτό το υλικό της ανάρτησης είναι εξίσου κρίσιμο στην επιλογή με το υλικό του κώνου.

 

[Σπύρος Μπλάτσιος]

Re: Τεχνικό: Μεγάφωνα

Για να συνεχίσουμε όμως με την αναπαραγωγή των υψηλών συχνοτήτων...

Όσο ανεβαίνουμε σε συχνότητα θα παρατηρήσουμε ακόμα ένα φαινόμενο. Ο κώνος πλέον δεν κινείται σαν ενιαίο πιστόνι. Το πλάτος της κίνησησς στα άκρα του κώνου είναι πολύ μικρό, σχεδόν αμελητέο, με αποτέλεσμα το σύνολο σχεδόν της ακτινοβολίας να προέρχεται από το κέντρο του κώνου, το οποίο δρα πλέον σαν ένα μικρότερο πιστόνι. Όσο δε θα ανεβαίνει η συχνότητα τόσο η ακτίνα αυτού του πιστονιού θα ελαττώνεται. Αλλά λόγω του ότι το σύστημα θα ελέγχεται από την μάζα στις υψηλές συχνότητες και εφόσον η ενεργός μάζα του πιστονιού μειώνεται λόγω αυτού υπάρχει μία βελτίωση στην απόδοση του κώνου σε συχνότητες πάνω των 700Ηz. (κάτι στο οποίο είχαμε αναφερθεί και νωρίτερα).

Από ένα σημείο όμως και μετά εκτός από τα "σπασίματα" του κώνου, η ενεργός ακτίνα του "πιστονιού" γίνεται πολύ μικρή, οπότε δεν μπορεί να μετακινήσεις τις απαραίτητες ποσότητες αέρα, με αποτέλεσμα η απόδοση του κώνου να πέφτει κατακόρυφα. Το ακριβές σημείο που θα συμβεί αυτό έχει να κανει κυρίως με το υλικό κατασκευής του κώνου, αλλά και μέ τις τεχνικές σχεδίασής του και τα γεωμετρικά του χαρακτηριστικά. Έτσι μπορεί κάποιος να βρει μεγάφωνα που κάτι τέτοιο συμβαίνει μετά τα 12KHz αλλά και μεγάφωνα που κάτι τέτοιο συμβαίνει από τα 4KHz.

Απ' ότι είδαμε μέχρι τώρα η σωστή σχεδίαση ενός συστήματος αναπαραγωγής χαμηλών συχνοτήτων είναι στην ουσία μία σπαζοκεφαλία με πάρα πολλές παραμέτρους. Και η αξία του καλου σχεδιαστή έγγυται στους συμβιβασμούς που θα κάνει μέσα σε όλες αυτές τις απαιτήσεις που υπάρχουν ώστε να σχεδιάσει ένα μεγάφωνο που θα μπορέσει να δώσει ένα καλό αποτέλεσμα...

 

[Σπύρος Μπλάτσιος]

Re: Τεχνικό: Μεγάφωνα

Μετά από μία ολιγοήμερη διακόπή συνεχίζουμε...

Απ' όσα είδαμε μέχρι τώρα με ένα μεγάφωνο είναι σχεδόν αδύνατο να καλύψουμε όλο το ηχητικό φάσμα. Ακόμα και κάποιες σχεδιάσεις πάνελ πλήρους φάσματος αγνοούν επιδεικτικά την τελευταία οκτάβα. Τα πραγματικά πλήρους φάσματος ηχεία είναι μετρημένα στα δάκτυλα του ενός χεριού.

Αυτό μας αναγκάζει να χρησιμοποιήσουμε 2 ή περισσότερα μεγάφωνα για την πλήρη κάλυψη του ακουστού φάσματος. Έτσι έχουμε ηχεία 2 ή περισσοτέρων δρόμων. Σε κάθε τέτοιο ηχείο ένα ηλεκτρικό δικτύωμα που λέγετε δικτύωμα διαχωρισμού (αγγλιστί crossover) αναλαμβάνει να διαχωρίσει σε 2 ή περισσότερα τμήματα το ηλεκτρικό σήμα με μόνο κριτήριο την συχνότητα και να το οδηγήσει στα ξεχωριστά μεγάφωνα. Με τα δικτυώματα διαχωρισμού συχνοτήτων και την λειτουργία τους θα ασχοληθουμε αργότερα.

Η πιο συνηθισμένη σχεδίαση είναι αυτή των δύο δρόμων, όπου το σήμα χωρίζεται σε δύο τμήματα και δύο διαφορετικά μεγάφωνα αναλαμβάνουν την αναπαραγωγή ξεχωριστού τμήματος του φάσματος. Έτσι σε ένα μεγάφωνο 2 δρόμων θα έχουμε το μεγάφωνο των χαμηλών (αγγλιστί woofer) και το μεγάφωνο των υψηλών συχνοτήτων (αγγλιστί tweeter).