har du någonsin lyssnat på musik och undrat, ”hur fungerar högtalare?”Problemet är att medan det finns många artiklar där ute, är de bara inte så bra.
för att hjälpa till har jag bestämt mig för att göra något åt det! I den här detaljerade artikeln, med tydliga förklaringar och diagram, förklarar jag hur de fungerar tillsammans med:
- delarna inuti en högtalare
- enkel kon vs koaxialhögtalare
- 2-vägs-och 3-vägs högtalare förklarade
- Högtalarövergångar
- vad högtalarimpedans, känslighet och frekvensrespons betyder
första saker först: vad finns i en högtalare?
även om det finns några unika och ovanliga högtalare där ute, använder nästan alla högtalare, oavsett storlek eller ljudfunktion, samma grundläggande design och delar.
Vad finns i en högtalare?
de flesta högtalare är gjorda av följande delar som arbetar tillsammans för att skapa ljud:
- permanentmagnet: en magnet används för att tillhandahålla ett fast magnetfält som omger röstspolen för att möjliggöra rörelse.
- talspole och spole: spolen är ett runt rör fäst vid högtalarkonens botten. En mycket lång och tätt lindad trådspole, kallad röstspolen, skapar ett magnetfält när elektricitet strömmar genom den från den musikaliska signalen från en förstärkare.
- spindel: spindeln är ett vågformat tunt vävt material som stöder talspolens spolmontering och hjälper till att trycka konen tillbaka på plats när den rör sig.
- Högtalarkon & dammlock: högtalarkonan är ett konformat styvt material som flyttas av magneten & röstspole tillsammans för att flytta luft & skapa ljud. Dammskyddet är ett tunt material (som ett ”lock”) som täcker öppningen i högtalarkonen för att hålla ut damm & Smuts.
- högtalarkorg: korgen är en gjuten metall eller stämplad metallram som högtalardelarna fäster vid en håller allt i linje. Det ger också ett sätt att montera högtalarenheten i en låda.
- högtalarterminaler & flätad tråd: högtalarterminaler är metallflikar eller kontakter som ansluter högtalarkabeln till högtalaren. Dessa ansluter till röstspolen med en flexibel flätad tråd som rör sig med högtalarkonan.
- Surround: detta är ett flexibelt och hållbart cirkulärt material (vanligtvis gummi eller någon typ av skum) som fäster högtalarkonens övre kant i korgen.
Vad gör en högtalarkon?
en högtalarkon är huvudhögtalarkomponenten som ansvarar för att skapa ljud genom att snabbt flytta luft fram och tillbaka. Dessa är vanligtvis gjorda av ett lätt men styvt material som pressat papper, plast, kolfiber eller till och med tunn metall.
högtalarens ”kon” – namn hänvisar till dess form: en inverterad konform med en central öppning där spolen& talspole montering är ansluten. Ett dammlock är fäst vid konen över denna öppning längst ner för att förhindra att föroreningar kommer in.
Högtalarkontyper varierar beroende på typ av högtalare. Till exempel producerar subwoofers mycket stora basljudvågor och betydande luftrörelser och behöver en tjockare, styvare design.
däremot använder tweeters en mycket liten, kupolformad och lätt design för högre frekvensprestanda eftersom det här ljudområdet använder mindre ljudvågor.
När elektrisk ström strömmar genom talspolen skapas ett magnetfält som flyttar konen bort från eller mot permanentmagnet. Detta skapar ljud från luftens rörelse när högtalarkonen rör sig.
Vad gör en högtalarmagnet?
Högtalarmagneter är vanligtvis en permanentmagnet med ett tunt cirkulärt gap där talspolen är upphängd. Magneten ger fasta magnetfält röstspolen kan röra sig mot eller bort från för att flytta högtalarkonen.
syftet med en högtalarmagnet är att tillhandahålla ett fast magnetfältområde som röstspolen kan röra sig mot och bort från (alternerande) för att flytta konen och skapa ljud.
en permanentmagnet (vanligtvis keramik eller neodym) används oftast. Neodymmagneter är starkare för sin storlek (tätare magnetfält) men keramiska magneter, medan större, är mer kostnadseffektiva. Det är en anledning till att Keramiska magneter är mer populära för högtalaranvändning.
magneten är utformad för att ge ett litet cirkulärt gap där röstspolen är upphängd för att hålla den nära magnetens polariserade fält. Vissa, men inte alla, högtalarmagneter har ett hål i mitten för att hålla röstspolen sval under hög effekthantering.
Vad är en dubbel talspole högtalare?
dubbla talspolehögtalare erbjuder en andra talspole lindning i samma högtalare och på samma talspole spolmontering. Dessa typer av högtalare tillåter några ytterligare alternativ som enstaka talspole högtalare inte:
- flexibilitet i hur de är trådbundna (2 ohm, 4 ohm, 8 ohm, etc) för bättre kompatibilitet med förstärkare och stereomottagare.
- för subwoofers eller andra större högtalare kan du driva dem med fler kabelkonfigurationer eller till och med 2 förstärkare som du inte kan göra med single voice coil-modeller.
- dessa kan köras med 2 kanaler från förstärkare som inte kan överbryggas för mer kraft.
Du hittar oftast subwoofers som finns i en dual voice coil-version för lite mer pengar.
medan de erbjuder fler kabelkonfigurationsalternativ, erbjuder dual voice coil (DVC) högtalare inte bättre prestanda än deras SVC-motsvarigheter (single voice coil).
dessutom är högtalare som tweeters för diskantljud och mellanregisterhögtalare för instrument & vocals normalt inte gjorda i en dual voice coil-version.
exempel på två högtalare spolar med dubbla talspolar. Vänster: de två spolarna är inte tillsammans medan (höger) på detta exempel woofer de är skiktade ovanpå varandra.
hur fungerar högtalare? Steg för steg förklaring + animerat diagram
i det här animerade diagrammet kan du se hur en högtalare fungerar. En stereo eller förstärkare Driver högtalaren med en elektrisk signal som växlar från positiv till negativ i form av den musikaliska signalen.
som det gör så strömmar elektrisk ström genom högtalarens röstspole, vilket skapar ett magnetfält som får det att röra sig mot eller bort från magneten när det ändras från positivt till negativt. Detta flyttar högtalarkonen som skapar ljudvågor när luften rör sig snabbt. Högtalare använder växelström (AC).
Hur fungerar en högtalare? Ett steg för steg förklaringsdiagram
högtalare (även kallad högtalare, ett namn från de äldre dagarna) använder en växelström (AC) elektrisk effektsignal och drivs av en stereo eller en förstärkare.
den elektriska signalen till högtalaren är en förstärkt spänning som är en kopia av den ursprungliga musikaliska signalen från en ljudkälla men med tillräckligt med ström för att driva högtalarna med en bra volym.
här är en steg-för-steg-detalj om hur högtalarna fungerar:
- (från nollutgångspunkten) en utgångsspänning som representerar den musikaliska vågformen börjar och börjar stiga. Den elektriska strömmen börjar strömma genom högtalarens röstspole från den positiva sidan till den negativa sidan.
- ett magnetfält skapas runt talspolen och har samma polaritet som den permanentmagnet som är fäst vid högtalarkorgen (ramen). (Kom ihåg att identiska magnetfält stöter bort och motsatser lockar)
- konen börjar gå framåt och skjuter luft och skapar ljud.
- när den elektriska signalspänningen stiger mot toppen av sinusvågen i den musikaliska signalen ökar strömmen och röstspolen ökar sin magnetfältstyrka.
- detta skjuter ut högtalarkonan ytterligare.
- signalen passerar den högsta utgångspunkten och börjar falla. Strömmen börjar också falla och konen börjar återgå närmare sitt läge (nollspänning).
- signalen når noll (även kallad ”nollspänningsövergångströskeln”) och konen är tillbaka där den startade.
- den elektriska signalen börjar vända när den ändras till en negativ spänning. När detta händer strömmar strömmen från den negativa röstspolsidan till den positiva, vilket skapar ett magnetiskt fält med omvänd polaritet.
- talspolens magnetfält är nu motsatsen till den permanentmagnet som lockar den och konen börjar röra sig från fram till bak (istället för den ursprungliga bak till fram).
- när signalen fortsätter rör sig högtalarkonen bakåt och skapar den andra halvan av ljudvågorna som skapas av luftens rörelse.
- förstärkaren eller stereoutgången återgår till noll och nästa ljudsignal börjar när den nya signalutgångsspänningen börjar stiga, med cykeln som börjar om igen.
när det gäller att tala är högtalare bara en elektrisk motor av olika slag: de arbetar (rör sig luft med en kon) som duplicerar en elektrisk signal och ändrar den till en mekanisk utgång i form av ljud du kan höra.
ibland kallas högtalare, i vetenskapliga termer, som givare. Det betyder bara att de är en elektrisk enhet som omvandlar elektriska signaler till ljud.
vad betyder högtalarimpedans? (Högtalare Ohm betyg förklaras)
högtalarimpedans, mätt i Ohm, är det totala motståndet mot flödet av elektrisk ström genom en högtalarspole.
Till skillnad från standardledare, eftersom talspolen är tätt lindad i en spole gör det detta komplicerar saker eftersom det lägger till induktans. Induktans skiljer sig från motstånd eftersom det ändras när frekvensen ändras och detta kallas induktiv reaktans.
med andra ord, när magnetfälten i röstspolen skapas motsätter de sig strömmen av elektrisk ström lite.
på grund av fysikens egenskaper och hur induktans fungerar, är högtalarens ”impedans” (total resistans) inte summan av motståndet och den induktiva reaktansen – det är lite mer komplicerat än det.
istället är det den algebraiska summan (kvadratroten av summan av kvadraterna) för varje. Induktiv reaktans skrivs vanligtvis som” Xl ” och mäts i Ohm precis som standardmotstånd.
Högtalarimpedansformel
om du gillar fancy matte kan du se här hur högtalarimpedans beräknas. Det är den geometriska summan av motståndet i röstkoppartrådlindningen och motståndet som orsakas av dess induktans vid en given frekvens.
det viktigaste att förstå om högtalarimpedans är:
- högtalarimpedansen är alltid lika med eller större än talspolens trådmotstånd. Du kan mäta detta med en Ohm-mätare.
- impedansnumret på en högtalare är en allmän riktlinje för kompatibilitet, inte exakt vad högtalaren mäter.
- impedansen ändras något (går upp) när frekvensen som spelas ökar.
faktum är att om du skulle använda en testmätare för att mäta ohm (impedans) av röstspolen på en högtalare, skulle du hitta en läsning av ca 3,2-3,6 ohm eller så för en 4 ohm högtalare och 6 ohm eller högre för en 8 ohm högtalare.
bild som visar hur man mäter högtalarimpedans med en Ohm-mätare. Detta mäter endast likströmsmotståndet (DC) hos ledningen i röstspolen, inte den totala impedansen hos den med musik som spelas på grund av induktans. det kommer dock att vara mycket nära i de flesta fall och du kan berätta för högtalaren Ohm kategori (4 ohm, 8 ohm, etc).
var kom 4 ohm och 8 ohm högtalare från?
4 ohm högtalare (och ibland 2 ohm) används oftast för bilstereosystem. Övningen började för länge sedan när radioapparater och högtalare först installerades från fabriken när bilar byggdes. Eftersom endast en lägre spänning (12V) är tillgänglig för att driva dem i bilar, är det svårare att producera ström för högtalaren än för Stereoapparater där mycket spänning är tillgänglig.
4 eller 2 ohm gör att mer kraft kan levereras till högtalare med enkel & grundläggande elektronik som du hittar i bilstereo.
på detta sätt blev 4 ohms högtalare den inofficiella standarden för bilhögtalare eftersom bilar kom från fabriken med dem. Över åren, eftermarknadstillverkare följde samma praxis också och det blev vanligt.
På samma sätt används 8 ohm oftast för stereohögtalare i hemmet. Hemstereo drivs av en högre spänningskälla (110v som i USA) så att de är enklare att designa och kan enkelt driva högtalare med högre impedans (8 ohm).
I likhet med bilstereo Radio tillbaka i dag, 8 ohm högtalare blev vanligt och slags blev en inofficiell standard för hem stereosystem samt.
vad är högtalarfrekvensrespons och högtalarkänslighet?
vad är högtalarfrekvensrespons?
ett exempel på en typisk högtalarfrekvensresponsdiagram visas här. Högtalarna är inte perfekta och ger inte en perfekt jämn volym över det ljudområde vi kan höra. På grund av det är det bra att känna till deras frekvenssvar – eller hur de utför över musikfrekvenserna – för att välja rätt högtalare eller korrigera problem i ljudprestanda.
Högtalarfrekvensrespons är den uppmätta prestandan hos en högtalare, i decibel (dB) volym, över ett intervall av ljudfrekvenser. Detta är vanligtvis intervallet 20 Hertz (Hz) till 20 kiloHertz (KHz) som används som standard för ljudhögtalare.
20-20KHz-intervallet används eftersom det är det ljudområde som en människa med god hörsel kan uppfatta och musik spelas ofta in inom.
Högtalarfrekvensrespons är till hjälp av flera skäl:
- matchande högtalare tillsammans för 2 eller 3-vägs system
- välja de bäst presterande högtalarna för en ljuddesign
- designa högtalarsystem och högtalarövergångar
- använda ljudutrustning som en equalizer eller digital signalprocessor (DSP) för att korrigera områden där högtalaren producerar för mycket (en topp) eller inte tillräckligt (ett dopp)
medan vissa högtalare innehåller en graf eller andra specifikationer för att hjälpa dig att förstå hur de utför, inte alla gör. Det är något du vanligtvis hittar från återförsäljare som lager bare högtalare för mer avancerad högtalardesign.
de flesta off-the-shelf bil-eller hemhögtalare innehåller inte det faktiska svarsdiagrammet utan istället ett ungefärligt intervall istället. Dyrare högtalare kan dock göra det.
om du har rätt utrustning kan du också mäta den själv hemma med ett realtidsanalysatorprogram (rta) och en högkvalitativ mikrofon för detta ändamål.
vad är högtalarkänslighet?
en högtalares känslighet är en mätning gjord av tillverkaren. Det är en mätning av volymen som produceras vid en fast ljudfrekvens och (vanligtvis) med 1 watt effekt levereras till högtalaren vid 1 meter (3,28 fot) från testmikrofonen.
Högtalarkänslighet är en tillverkarspecifikation som är användbar för att jämföra eller matcha högtalare. Det är en mätning av volymen som produceras, i decibel (dB), från en högtalare på 1 meter (3,28 fot) från en testmikrofon för en enda frekvens.
känslighetsparametern uttrycks vanligtvis som ”89db @ 1W/1m” till exempel.
i de flesta fall är standardmätningen dB-volymen vid en watt effekt på 1 meters avstånd och ofta kan en ljudfrekvens som 1KHz (beroende på Högtalartyp) användas.
Känslighetsmätningsskillnader
känsligheten mäts ibland något annorlunda. Det beror på att en annan spänning behövs för 4 ohm vs 8 ohm högtalare för att producera samma mängd effekt som motståndet i Ohm (högtalarimpedans) är annorlunda.
därför strömmar mindre ström genom en 8 ohm högtalare, vilket gör att den får mindre ström för samma spänning som en 4 ohm högtalare.
i så fall kan en känslighet på dB vid 2,83 V/1m användas för 8 ohms högtalare. Vid 2.83 V utvecklar en 8 ohm högtalare 1 watt effekt. På samma sätt kan för 4 ohm-högtalare en dB på 2V/1m användas.
dessa mätningar är inte riktigt standardiserade i högtalarindustrin, så mätningarna från en tillverkare kan vara ”1W/M” eller ”xV/M”, beroende på vad de råkar tillhandahålla. När du använder denna mätning för att jämföra eller matcha högtalare är det viktigt att vara uppmärksam på detta.
vad är koaxialhögtalare?
koaxialhögtalare är typ av 2-vägs högtalare som är utformade för att ta upp mindre utrymme och ersätta enkonhögtalare. De innehåller vanligtvis en separat tweeter och en eller flera crossovers inbyggda. Koaxialhögtalare ger förbättrat ljud över en enda konhögtalare och tillåter fler prisval och installationsalternativ.
koaxialhögtalare är 2-vägs högtalare monterade på samma ”axel” eller i samma högtalarenhet. De flesta koaxialhögtalare ger en woofer kon och lägga till en separat diskant med crossover för förbättrad ljudkvalitet & frekvenssvar kontra en vanlig enda kon högtalare.
Tänk på koaxialhögtalare som en mittpunkt mellan enkla konhögtalare (de mest grundläggande högtalarna, med medioker eller dålig ljudkvalitet) och komponenthögtalare (separata högtalare med en extern högtalarövergång). De erbjuder bra ljudkvalitet till ett överkomligt pris i de flesta fall.
koaxialhögtalare erbjuder flera fördelar:
- enkel ljuduppgradering: de är en drop-in ersättning för befintliga dåligt klingande enda kon högtalare.
- fler högtalare tillverkningsalternativ och prisklasser för köpare (olika nivåer av diskant kvalitet, crossover design, kon material, etc).
- något liknande prestanda för att separera 2-vägs komponenthögtalare utan behov av en skrymmande separat crossover-låda.
- de är mycket vanliga-de är faktiskt den mest populära uppgraderingen av Bilhögtalare och de är lätta att hitta när de handlar.
- mycket prisvärd: bra koaxialhögtalare finns för cirka $25 och uppåt per par beroende på storleken & kvalitet.
- koaxialhögtalare kan fixa det dåliga frekvenssvaret (saknade ljudfrekvenser) du hittar med enkonhögtalare.
Koaxial vs standard/single cone högtalare
koaxialhögtalare erbjuder bättre ljudprestanda än vanliga single-cone högtalare, även de med en ”whizzer” cone läggs till för att förbättra diskantljudet. Koaxialhögtalare kan ge bättre frekvensrespons och ljudkvalitet eftersom de lägger till en eller flera högtalarkottar (vanligtvis en tweeter) för att producera ljudet som en enda konhögtalare är dålig på.
standardhögtalare (single cone) är ökända för medioker – eller dålig ljudkvalitet. Men varför? Som du kan se från bilden ovan är de dåliga artister eftersom det inte är tillräckligt bra att bara ha en woofer-kon.
enstaka konhögtalare kan inte producera ett fantastiskt ljud i full räckvidd som 2-vägs koaxialhögtalare kan. Koaxialhögtalare är utformade för att förbättra standardhögtalare med låg trohet genom att fylla i det saknade ljudområdet och ge en mycket trevligare lyssningsupplevelse.
koaxialhögtalare låter bättre
medan vissa billigare standardhögtalare kan ha en” whizzer ” – kon tillagd, vilket är en liten 2: a kon fäst vid dammlocket, för förbättrad diskant, de är fortfarande en besvikelse. Jag har ännu inte hört en som lät väldigt bra.
koaxialhögtalare, å andra sidan, använder minst en extra högtalarkon (vanligtvis en diskant) för att kompensera skillnaden och producera skarpare & bättre klingande högre frekvenser.
faktum är att jag under alla mina år av installation av Bilhögtalare inte kan komma ihåg en enda standardhögtalare som inte var tillräckligt bra för att hålla vs ersätta den med en koaxialmodell.
medan fabriksinstallerade högtalare ofta är mycket låga kostnader, är koaxialhögtalare-även för ett trevligt klingande par – inte dyra. Du kan få ett fantastiskt par för $25 – $30 eller mer idag och runt $20 om du har en extrem budget.
Vad är en 2-vägs högtalare? Vad är en 3-vägs högtalare?
Vad är en 2-vägs högtalare?
2-vägs högtalare använder en tweeter och separat woofer, som arbetar tillsammans, till hela utbudet av musikåtergivning med bättre ljudkvalitet. I denna typ av högtalarsystem levereras tweeters endast ett högfrekvent ljud från en högpassövergång medan woofer matas mellanregister och bas från lågpassövergången. Resultatet är ett mycket tydligt& roligt ljud.
2-vägs högtalare är den vanligaste billiga högtalardesignen som används idag både för hem-och bilstereo.
2-vägs högtalare använder en tweeter som bara tar emot högre frekvenser från en högpassövergång och en woofer som bara tar emot bas & mellanregisterljud från en lågpassövergång, för att producera hela ljudområdet med bättre klarhet & prestanda.
med andra ord, 2-vägs högtalare separera ljudet du hör mellan två högtalare för bättre resultat än en enda högtalare ensam.
detta görs eftersom woofers inte kan producera högre frekvensljud bra och bör förhindras från att producera diskantfrekvenser. På samma sätt blir tweeters förvrängda när man försöker producera bas-eller lågfrekventa ljud.
användningen av ett 2-vägs högtalarövergångssystem begränsar ljudområdet som varje mottar, vilket möjliggör lägre distorsion och bättre ljudkvalitet vid högre volymer också.
Hur fungerar en 2-vägs högtalarövergång?
2-vägs högtalare låter bra tack vare de övergångar som de använder för att dela upp ljudsignalerna mellan diskanten och woofern. Slutresultatet är bra full-range ljud.
2-vägs crossovers använd elektriska komponenter för att filtrera och dela den elektriska musiksignalen från en förstärkare eller stereo och dela den mellan diskant och woofer.
högpassövergången blockerar distorsionsframkallande bas & mellanregister som diskanten inte kan hantera. På samma sätt blockerar lågpassfiltret högre frekvenser som en woofer inte kan reproducera bra och som skulle orsaka dålig ljudkvalitet om den produceras av den.
när högtalarna spelar, resulterar den delade crossover-utgången i en komplett Ljudutgång i full räckvidd som är mycket bättre än vad en enda högtalare kan producera.
Vad är en 3-vägs högtalare?
3-vägs högtalare är en förlängning av 2-vägs högtalare med tillägg av en 3: e högtalare med hjälp av en bandpass crossover. Den 3: e högtalaren möjliggör förbättrad mellanregister och ännu bättre Ljudproduktion, sänkt distorsion och klarhet genom att avlasta mellanregisterljud till en dedikerad mellanregisterhögtalare.
emellertid är crossover-designen (beroende på crossover-ordningen eller klippets branthet) mer komplicerad för dem med en skarpare cutoff för att blockera oönskade frekvenser.
3-vägs högtalare är mindre vanliga på grund av den extra kostnaden& komplexitet men är ett bra val för högtalarbyggare och audiofiler som vill ha mer avancerad prestanda. De erbjuder också möjligheten att få förbättrat ljud genom att använda högpresterande mellanregisterhögtalare som passar bättre än en woofer med sin större kon.
mer bra högtalare info, artiklar, & diagram
det finns mycket mer att lära! Kolla in dessa fantastiska artiklar också på min webbplats:
- ansluta dina högtalare? Kolla in den här artikeln med stora högtalare kopplingsscheman här.
- ta reda på vad tweeters är och vad de gör (och mycket mer!).
- påverkar högtalarkabeln ljudkvaliteten? Läs mer och ta reda på.
- ta reda på mer information om vad högtalarövergångar gör och hur de fungerar här.