بلندگو: مبدل انرژی الکتریکی به امواج صوتی
قلب تپنده بلندگو: اصل الکترومغناطیس
مهمترین بخش یک بلندگوی معمولی (نوع داینامیک) بر اساس قانون القای الکترومغناطیس کار میکند. هنگامی که جریان الکتریکی متغیر (که نمایانگر صدای ضبطشده است) از یک سیمپیچ عبور میکند، در اطراف آن میدان مغناطیسی متغیری ایجاد میشود. این سیمپیچ در میدان مغناطیسی ثابت یک آهنربای دائمی قرار دارد. برهمکنش این دو میدان باعث میشود نیرویی به سیمپیچ وارد شده و آن را به جلو و عقب حرکت دهد.
به این سیمپیچ، «وویس کویل» (صداپیچ)1 گفته میشود که به یک دیافراگم (مخروط کاغذی یا پلیمری) متصل است. با حرکت سیمپیچ، دیافراگم نیز به لرزه درآمده و هوا را فشرده و منبسط میکند. این تغییرات فشار هوا در نهایت به صورت امواج صوتی به گوش ما میرسند. هرچه دامنه نوسان دیافراگم بیشتر باشد، صدا بلندتر است و هرچه فرکانس نوسان بیشتر باشد، صدا زیرتر (با گام بالاتر) خواهد بود.
اجزای اصلی یک بلندگوی داینامیک
برای درک بهتر عملکرد، بهتر است با اجزای تشکیلدهنده یک بلندگوی معمولی آشنا شویم. هر یک از این قطعات نقش حیاتی در کیفیت نهایی صدا دارند.
| قطعه | جنس | وظیفه اصلی |
|---|---|---|
| دیافراگم (مخروط) | کاغذ، پلاستیک، فلز | ایجاد ارتعاشات در هوا و تولید امواج صوتی |
| آهنربا | فریت، نئودیمیم | ایجاد میدان مغناطیسی ثابت برای اعمال نیرو به سیمپیچ |
| صداپیچ (وویس کویل) | سیم مسی یا آلومینیومی | تولید میدان مغناطیسی متغیر در اثر عبور جریان و حرکت دیافراگم |
| آویز (سوسپانشن) | لاستیک، فوم | نگهداشتن دیافراگم در مرکز و بازگرداندن آن به حالت اولیه |
| قفسه (بasket) | فلز | قاب محکم برای نگهداشتن تمام قطعات در جای خود |
کاربرد عملی: انواع بلندگو بر اساس محدوده فرکانسی
یک بلندگو به تنهایی نمیتواند تمام محدوده فرکانسهای شنوایی انسان (۲۰ هرتز تا ۲۰ کیلوهرتز) را با کیفیت یکسان بازتولید کند. به همین دلیل، در سیستمهای صوتی پیشرفته از چند بلندگوی تخصصی استفاده میشود. این تقسیم کار توسط یک مدار الکترونیکی به نام کراساور انجام میشود.
برای مثال، در یک سیستم صوتی خانگی (Home Theater)، شما با سه نوع بلندگوی اصلی روبرو هستید:
- ووفر (Woofer)2: طراحی شده برای بازتولید فرکانسهای پایین (باس). این بلندگوها دیافراگم بزرگ و سنگینی دارند تا بتوانند حجم زیادی از هوا را جابجا کنند. صدای بم طبل یا انفجار در فیلمها توسط ووفر تولید میشود.
- میدرنج (Mid-range)3: وظیفه بازتولید فرکانسهای میانی را بر عهده دارد، جایی که بیشتر سازها و صدای انسان در آن محدوده قرار میگیرند. این بلندگوها برای شفافیت صدا حیاتی هستند.
- تویتر (Tweeter)4: برای فرکانسهای بالا (صداهای زیر) مانند صدای سنج (cymbal) یا خش خش خواننده طراحی شده است. دیافراگم این بلندگوها بسیار کوچک و از مواد سبک مانند پارچه یا ابریشم ساخته میشود تا بتواند سریع نوسان کند.
مثال عینی: به یک اسپیکر بلوتوثی قابل حمل دقت کنید. اگر آن را باز کنید، معمولاً داخل آن دو بلندگو میبینید: یکی بزرگتر برای باس (ووفر) و یکی کوچکتر برای صداهای زیر (تویتر). این ترکیب باعث میشود موسیقی پویاتر و باکیفیتتری نسبت به بلندگوهای تکی ارزانقیمت پخش کند.
چالشهای مفهومی در دنیای بلندگوها
برای تولید یک فرکانس پایین با بلندی صدای مناسب، نیاز به جابجایی حجم بالایی از هوا داریم. طبق فرمول، شدت صوت با سطح مقطع دیافراگم و دامنه نوسان رابطه دارد. دیافراگم بزرگتر میتواند در هر نوسان، هوای بیشتری را جابجا کند. همچنین طبق قوانین فیزیک، برای تولید امواج بلند با طول موج بزرگ (فرکانس پایین)، به منبع تولید صدای بزرگتری نیاز است تا پراش (خمش) موج به درستی انجام شود.
امپدانس (مقاومت در برابر جریان متناوب) یک ویژگی الکتریکی بلندگو است که بر حسب اهم (Ω) اندازهگیری میشود. این مقدار نشان میدهد که بلندگو در برابر جریان خروجی تقویتکننده (آمپلیفایر) چه مقاومتی نشان میدهد. اگر امپدانس بلندگو خیلی کم باشد، جریان زیادی از تقویتکننده کشیده شده و ممکن است به آن آسیب بزند. اگر خیلی زیاد باشد، توان کافی به بلندگو نمیرسد و صدا ضعیف میشود. تطابق امپدانس تقویتکننده و بلندگو بسیار مهم است.
توان اسمی بلندگو (RMS) حداکثر توان الکتریکی پیوستهای است که بلندگو میتواند بدون آسیب دیدن از تقویتکننده دریافت کند. این عدد با بلندی صدا رابطه مستقیم دارد اما نه بهصورت خطی. برای دوبرابر کردن بلندی صدای درک شده توسط گوش انسان (که مقیاس لگاریتمی دارد)، باید توان را حدود ۱۰ برابر افزایش داد. نکته مهم این است که اگر تقویتکننده توان کافی (بیش از نیاز بلندگو) نداشته باشد، ممکن است سیگنال را دچار اعوجاج (Clipping) کند که این اعوجاج به مراتب برای بلندگو خطرناکتر از توان بالای تمیز است.
پاورقی
2 ووفر (Woofer): بلندگوی طراحی شده برای بازتولید فرکانسهای پایین صوتی (حدود ۴۰ هرتز تا ۱ کیلوهرتز).
3 میدرنج (Mid-range): بلندگوی تخصصی برای بازتولید فرکانسهای میانی (حدود ۳۰۰ هرتز تا ۵ کیلوهرتز).
4 تویتر (Tweeter): بلندگوی طراحی شده برای بازتولید فرکانسهای بالای صوتی (از ۲ کیلوهرتز تا ۲۰ کیلوهرتز).
