UvodDa bi smo lake shvatili performanse i funkciju zvunika prvo
emo objasniti sam pojam zvuka. Zvuk je fiziki fenomen koji ine
vibracije estica u nekom medijumu.U vazduhu, koji predstavlja
stiljiv fluid,vibracije estica uslovljavaju promenu pritiska,
gustine,odnosno temperature vazduha. Ova promena se manifestuje
kroz prostor u vidu zvunog talasa. Prema tome, zvuk se u vazduhu
moe generisati mehaniki izazvanim oscilacijama estica vazduha
nastalim vibracijama vrstog tela (klipna membrana), tj. indirektnim
dejstvom na estice vazduha.U drugom poglavlju ovog rada objanjene
su performanse zvunika ,model idealnog zvunika,istorijski pregled
,razliiti faktori koji utiu na prostiranje zvunih talasa. U treem
poglavlju objanjena je konstrukcija elektrodinamikog zvunika kao
najrasprostranjenijeg tipa zvunika. U etvrtom poglavlju data je
podjela elektrodinamikih zvunika sa kratkim osvrtom na osnovne
performanse tih zvunika i njihovu primjenu. U petom poglavlju su
opisani elektrostatiki zvunici. U estom poglavlju je saeto objanjen
rad piezoelektrinih zvunika,koji se upotrebljavaju kao visokotonci.
Pored toga, zvuk u vazduhu mogue je generisati i direktnim dejstvom
na estice: brzim termikim promenama u vazduhu (termofon, plameni
zvunik) i direktnim pokretanjem estica vazduha (jonofon).O ovim
zvunicima bie rijei u poglavlju sedam ovog rada. Jo jedan mogui
princip generisanja zvuka je i konverzija ultrazvune energije u
opseg audio frekvencija (parametarski i heterodinski zvunik), to je
takoe metoda u kojoj audio zvuk nastaje bez neposrednog uticaja
povrine koja vibrira. Danas su u najiroj primeni samo
elektroakustiki pretvarai zasnovani na indirektnom principu
generisanja zvuka. Neki od nekonvencionalnih naina generisanja
zvuka (direktnim dejstvom i konverzijom ultrazvuka) u pogledu svoje
primenjivosti pokazali su se kao izuzetno obeavajui,iako trenutno
imaju samo teoretski znaaj. Razvoj tehnologije omoguio je
usavravanje kako pretvaraa sa indirektnim dejstvom, tako i raznih
nekonvencionalnih pretvaraa.
1
2. ZVUNICI2.1 Razvoj zvunikaZvunik je elektroakustiki pretvara
koji elektrinu energiju pretvara u akustiku,odnosno koji elektrine
signale pretvara u zvune talase.Gotovo sve vrste zvunika pretvaraju
energiju elektro-mehaniko-akustikim pretvaranjem. To znai da zvunik
najpre pretvara elektrini signal u mehaniko talasanje,kojim se tada
pobuuje okolni prostor.Takvo pretvaranje osim znatnog gubitka
energije stvara i mnotvo problema. Pored toga,zvunik kao emiter
zvika ima vie specifinosti koje ga odvajaju od drugih elemenata u
audiosistemu.To su: -polarna karakteristika : prikazuje
usmereno,frekvencijski zavisno zraenje zvune energije; -vremensko
zaostajanje : podrazumeva sve fazne i amplitudske promene zvunih
talasa od zvunika kao emitera do mesta prijema (ljudskog uha ili
mernog mikrofona); -parcijalno talasanje membrane : nastaje na viim
frekvencijama prenosnog podruja zvunika,a nemogue ga je obraditi
konvencijalnim matematikim metodama. Norme za kvalitetnu
reprodukciju zvuka zahtevaju da reprodukovani zvuk bude to vernija
kopija orginala.Navedeni opis pokazuje svu komplikovanost tog
zadatka i upozorava na glavne tekoe u konstrukciji idealnog
emitera.
2.2 Istorijski pregledIstorija zvunika ne zalazi daleko u
prolost;izmiljen je sredinom devetnaestog veka,u vreme velikih
pronalazaka na podruju elektrokomunikacije i elektroakustike. Prvi
ureaj za prenos zvuka (ljudskog glasa) pomou elektriciteta
konstruisao je 1860.godine Philipp Reis.Ureaj se sastojao od
predajnika (kontaktnog mikrofona) i prijemnika (sa zavojnicom oko
eljezne ipke uvrene na rezonantnu drvenu kutiju).Prijemnik je
delovao na principu magnetostrikcije,a s obzirom na to da je imao
drvenu membranu da bi poveao radijaciju zvuka i bio konstruisan za
reprodukciju govornih signala moe se smatrati prvim zvunikom uopte.
Telefonska kapsula s kratkom tubom konstruisana je 1893.godine.
Posle pronalaska troelektrodne elektronske cevi (Lee
Forest,1907.godina) i poetka radiodifuzije (oko 1918) uveliko je
napredovao razvoj zvunika.Prestala je2
dominacija malih membrana i truba,poelo se sve vie govoriti o
kvalitetu i smanjenju izoblienja,a ne vie o tome kako bi se
postigla to glasnija reprodukcija,a zvunik se smeta na ozvuenu
plou(ili kutiju).Ali tek nakon 1925.godine poinje novo razdoblje u
razvoju zvunika.Izvode se konstrukcije poveanog frekvencijskog
opsega,sa smanjenim izoblienjima i poveanjem efikasnosti,uz mnotvo
poboljanja.Osim toga uvoenjem permanentnih magneta(poslije
dominacije zvunika s elektromagnetima)ostvarena je jednostavnost
izvodjenja,vea pogonska sigurnost i ostale znatne prednosti. SHAPE
\* MERGEFORMAT predstavlja poboljanu verziju zvunika koji su
konstruisali Rice i Kelloga iz 1924.godine Posebno je potrebno
spomenuti vrlo popularan tip zvunika koji se upotrebljavao od
priblino 1928.godine sve do posle drugog svetskog rata.To je
elektromagnetni zvunik koji radi na istom principu kao telefonska
slualica i koji se esto upotrebljavao u jednostavnijim tzv.pukim
prijemnicima.Naroito je bila popularna modifikacija tih zvunika
nazvana ,,zvunik sa slobodnim oscilovanjem(njem.Freischwinger). 2.3
Karakteristike zvunika 2.3.1 Podela zvunika Zvunike razlikujemo: a)
S obzirom na naine pretvaranja energije : - zvunike s
membranom,koji proizvode zvuk pomou elektromehanikoakustikog
pretvaranja energije; - zvunike bez membrane,(tzv.jonske
zvunike),koji proizvode zvuk pomou elektroakustikog pretvaranja
energije. b) S obzirom na vezanje membrane na okolni prostor: -
zvunike direktne emitere,koji pomou treperenja membrane emituju
zvuk direktno u okolni prostor; - zvunike s trubom,koji emituju
zvuk preko trube postavljene izmeu membrane zvunika direktnog
emitera i okolnog prostora . c) S obzirom na pogonski element: -
elektrodinamike zvunike,koji deluju na dinamikom principu,kada se
vodi kroz koji tee naizmjenina struja pokree u magnetnom polju
stalnog magneta(zbog interakcije magnetnih polja).Ti zvunici mogu
dati kvalitetnu reprodukciju na svim audiofrekvencijama i najee se
primjenjuju. - elektromagnetne zvunike,koji deluju tako da
naizmenina struja proizvodi promenljivu jainu magnetnog polja
stalnog magneta,koja ustreperava eljeznu ploicu s membranom.Ti
pretvarai imaju relativno velika izoblienja i usko radno
frekvencijsko podruje,pa im je primena danas ograniena na samo neke
specijalne vrste slualica. - elektrostatike,oni deluju na principu
zakona o privlaenju suprotnih naelektrisanja.Ti zvunici mogu dati
kvalitetnu reprodukciju zvuka u celom audiofrekvencijskom opsegu; -
piezoelektrine,njihov se rad temelji na svojstvima nekih materijala
da se uvijaju pod uticajem primenjenog napona.Zbog svojih
specifinosti ti se zvunici3
uglavnom upotrebljavaju za male amplitude talasa,na viim
frekvencijama audiospektra. - magnetnostriktivne,oni u radu
iskoriavaju svojstva magnetnih materijala da se zbog uticaja
magnetnih poja ire i skupljaju.S obzirom na karakteristike
mehanikih sistama tih zvunika,upotreba im je ograniena na podruje
ultrazvuka. d) S obzirom na izvodjenje: - komercijalne,konstruisane
i izvedene za ureaje ,,svakodnevne" upotrebe, na primer za
tranzistorske prijemnike,kasetofone,televizore i sl.; -
profesionalne,zvunike vrhunskog kvaliteta,i po karakteristikama,i
po izvoenju,i po upotrebljenom materijalu.Posebno je vano da u
dugotrajnome radu zadre svoje karakteristike,to znai da se od njih
zahteva velika pouzdanost.Upotrebljavaju se u svim sluajevima u
kojima se zahteva siguran rad i kvalitetna reprodukcija,npr. pri
ozvuenju.Slue u kvalitetnim kunim audio sistemima i kao monitorski
zvunici ,u industriji snimanja i reprodukciji muzike u studijima.
e) S obzirom na frekvencijski opseg: - irokopojasne,koji jednim
zvunikom prenose iroko audiofrekvencijsko podruje; - pojasne,koji
su konstrisani za prenos samo ueg pojasa u audiopodruju,a dele se
samo na niskotonske,srednjetonske i visokotonske zvunike,iako se
proizvode i kao niskotonski/srednjetonski i
srednjetonski/viskotonski. f)Prema broju prenosnih podruja Odnosno
pogonskih jedinica najee ih delimo na:dvosistemske, trosistemske
itd. g)Vrste zvunikih kutija: kompresijske, bas-refleks, s
prenosnom stub,zatvorena i otvorena kutija,obina ploa.
linijom,labirint kutija,zvuni
h) Zvunici mogu biti pasivni ili aktivni (ugraen pojaava snage).
2.3.2 Idealan zvunik Kod idealnog zvunika reprodukovani zvuni
talasi bi trebali biti verna kopija pobudnih elektrinih signala(bez
izoblienja),a zvunik pri radu ne bi smeo unositi nove komponente sa
frekvencijama koje ne postoje u elektrinoj pobudi.Takav bi trebao
biti rad u celom prenosnom frekvencijskom podruju i na svim
konstrukcijom predvienim snagama pretvaraa (od najmanje do
najvee,tj. morao bi imati potpunu ,,linearnost snaga", odnosno
veliku dinamiku).Pretvaranje energije moralo bi se obavljati s
maksimalnim iskorienjem,odnosno frekvencijska karakteristika morala
bi biti potpuno horizontalna i bez kolebanja,uz frekvencijski opseg
od 20 Hz do 20kHz. Zvunik bi morao imati konstantnu usmerenost,tj.
u celom prenosnom podruju usmerenost zvunika ne bi smela zavisiti
od frekvencije emitovanog zvuka.Osim toga zvunik bi za audio
pojaiva kao izvor morao predstavljati isto radno optereenje
konstantnog otpora (bez rektivnih komponenata).
4
Idealni zvunik bi trebao imati veliku pouzdanost da njegovo
delovanje bude sigurno i da u dugotrajnom radu zadri sve navedene
karakteristike. Takav idealni zvunik nije nikada izveden,ali ipak
se u praksi mogu izvesti zvuniki sistemi koji se pribliavaju tom
idealnom uzoru. 2.3.3. Vrni faktor (crest-faktor) Ovojnica govora i
muzike nije sinusoidna, pa se umjesto eff. vrednosti sinusne
promene upotrebljavaju vrne vrijednosti signala i njegove efektivne
vrednosti crest-faktor.Kod sinusnog signala on iznosi 2,
logaritamski je to vrednost od 3dB. Kod reprodukcije govora i
muzike vrni faktor esto dostie 18 dB, pa mora i snaga zvunika i
pojaala imati odgovarajue rezerve uz maksimalno dozvoljeno
izoblienje.
2.3.4. Relativni nivoi i snageZa razmatranje potrebne snage i
nivoa zvunog pritiska pri reprodukciji uzima se u obzir relativna
raspodela snage po frekvenciji sinfonijskog orkestra, odnosno iz
nje izvedena ispitna raspodela snage za zvunike (sl. 1). Najvei
nivoi zvune snage se pojavljuju u podruju od 125Hz i 1kHz, po emu
je izvedena i karakteristika snage za ispitivanje zvunika (DIN
45573). Originalna jaina zvuka sinfonijskog orkestra u pojasu od
250 do 500 Hz lako dosegne oko 10 W.Uz standardnu zvuniku kutiju sa
tri sistema i frekvencijskom skretnicom od 12 dB to daje raspodelu
od oko 70% za niskotonski, 20% za srednjetonski i 10% za
visokotonski zvunik. Ako se eli odgovarajue ozvuiti npr. boravak od
200 m, sa vremenom odjeka od 0,5 s i zvunim pritiskom do 94 dB,
onda je potrebna zvuna snaga od oko 40 mW.Za zvuniku kutiju sa
faktorom iskorienja od 0,3% do 0,2% to iznosi 1,3 do 20 W.
5
S RELATIVNA RASPODELA SNAGE G U S T I N A
Sinfonijski orkestar
RASPODELA ZA ISPITIVANJE ZVUNIKA
Frekvencija
Sl. 1.Relativna raspodela snage sinfonijskog orkestra i
preporuena raspodela za ispitivanje zvunika
2.3.5
Faktor dobrote
Elektrini faktor dobrote Qes u rezonanciji zvunika fs, pri emu
se kao gubici uzimaju samo oni u elektrinom otporu Re,raunamo
primenom sledeeg izraza:
Qes
Ovaj faktor se obino rauna znajui Qms upotrebom formule:
Qes=
Qms je mehaniki faktor dobrote koji zavisi od: Mms pokretne
mase,6
Cms elastinosti objesa i Rms mehanikog otpora objesa. Mehaniki
faktor dobrote raunamo iz izraza: Qms=
Ako sa Z obeleimo impedansu koja je manja od Zmax a sa f i f
frekvencije koje odgovaraju impedansi Ztada vrednosti za r,r i fs
dobijamo pomou sledeih izraza:
fs=
r=
r
2.3.6.
Bl faktor
Bl faktor predstavlja proizvod magnetne indukcije B i duine
zavojnice l u magnetnom polju. Rauna se pomou izraza: Bl (N/A)
2.4.Uticaj prostorije Zvuna slika emitovana zvunikom znatno
zavisi od svojstava prostorije u kojoj su zvunici.
7
9 dB trea refleksijska povrina
z v u n i p r i t i s a k
6 dB druga refleksijska povrina 0 dB slobodno stojei talas
pojednostavljeno donje podruje
frekvencija
Sl.2. Poveanje zvunog pritiska u zavisnosti od pozicije zvunika
Na niskim frekvencijama ako je talasna duina reda veliine zidova
prostorije pojaviti e se stojei talasi i time doi do znatnog
poveanja amplituda tog frekvencijskog podruja. Zato treba paziti da
je najvea talasna duina koja se treba reprodukovati.Npr., u
prostoriji od 64 m(4 m duina zida) donja granina frekvencija je 85
Hz. Interferencije na viim frekvencijama su malog znaaja.
Postavljanjem zvunika na refleksijsku povrinu, ili blizu nekoliko
refleksijskih povrina (npr. u ugao) pojaavaju se niske frekvencije
do 9 dB u odnosu na zvunik koji je postavljen u sredini prostorije
(sl. 2).
8
2.5.Osnovne karakteristike zvunika
1.Nazivna snaga Pn zvunika je najvea snaga kojom se zvunik moe
opteretiti a da ne bude uniten. Zbog istosmjernog otpora kalem
dinamikog zvunika sme se opteretiti samo s 1/10 nazivne snage Pn.
Zato napon U na kalemu treba ograniiti na vrednost:
U
Optereenje zvunika meri se ruiastim umom. 2.Impedansa Zn zvunika
je zavisna od frekvencije i akustikog optereenja i daje se za
frekvencije 400 Hz, 800 Hz ili 1 kHz (najee), jer su u tom podruju
zvuni pritisci najvei. Vana je zbog ispravnog prikljuivanja zvunika
na pojaalo i obino iznosi izmeu 4 i 16. 3.Frekvencijska
karakteristika zvunika pokazuje zavisnost zvunog pritiska od
frekvencije uz konstantan napon na zvuniku.Ona treba da omogui
utvrivanje irine frekvencijskog opsega zvunika. Za visokokvalitetne
zvunike doputeno je odstupanje u cijelom deklarisanom prenosnom
podruju od 2 dB. 4.Efikasnost zvunika je kolinik zvunog pritiska p
na udaljenosti od 1 m u smjeru ose i elektrine snage izmerene na
zvuniku: e=p , P=U/Zn. Jedinica za efikasnost je b/ ili Pa/ . Znai
efikasnost je jednaka vrednosti zvunog pritiska na rastojanju 1m
pri elektrinoj snazi zvunika od 1W. To je vrlo koristan podatak jer
mnoei efikasnost sa kvadratnim korenom iz nazivne snage moe se
najpre nai najvei pritisak koji zvunik moe da da na rastojanje 1
metar a preko njega i najvei pritisak na svakoj drugoj udaljenosti.
5.Stepen iskorienja zvunika je odnos izraene akustike snage Pa i
elektrine snage Pe: =(Pa/Pe)100%. Ujedno je jednaka umnoku
elektromehanikog stepena iskorienja em i mehaniko-akustikog stepena
iskorienja ma. Vrednost stepena iskorienja se obino kree izmeu 0,2%
i 0,8% .
9
Vanost stepena iskorienja lei u tome to je zvunik poslednji deo
elektroakustikog lanca. Tako da od zavisi kolika treba da bude
izlazna snaga pojaivaa za odreenu traenu akustiku snagu. Stepen
iskorienja posebno je vaan kada se zvunik nalazi u zatvorenom
prostoru, dok na otvorenom prostoru vie pomae poznavanje
efikasnosti i usmerenosti zvunika. 6.Reprodukcija zvunika je
jednaka koliniku vrednosti zvunog pritiska ispred zvunika i napona
na prikljucima zvunika: r =p/U. Gdje je p pritisak u slobodnom
polju na rastojanju 1 metar u smeru ose zvunika, a U napon na
krajevima zvunika. Izraava se u Pa/V. 7.Karakteristika usmerenosti
je na niskim frekvencijama polukuglastog oblika, a sa porastom
frekvencije dolazi do sve veeg usnopljavanja (usmjeravanja) u smeru
ose zvunika. 8.Izoblienja zvunika se mogu podeliti na linearna i
nelinearna. Nelinearna izoblienja su naroito nepoeljna, i do njih
dolazi npr. zbog prevelikih pomaka membrane, zbog kojih zavojnica
izlazi iz homogenog magnetnog polja. Osim harmonijskih, pojavljuju
se i intermodulacijska i tranzijentna izoblienja,do kojih dolazi
usled prevelike tromosti vibracionog sistema, kojoj je posledica
nemogunost praenja amplitude i frekvencije pobudnog signala,ali i
vlastita treperenja nakon to je signal nestao. Pojavljuju se i
fazna izoblienja, koja nastaju i zbog toga jer akustika sredita
pojedinih zvunikih jedinica u sistemu (kutiji) nisu u istoj ravni.
9. Fazna karakteristika je zavisna od izvedenih skretnica u sistemu
i od spoja zvunika s pojaalom. Zapravo je najvanije vreme kanjenja
pojedinih frekvencijskih grupa. Zahteva se da je fazna
karakteristika linearna.
10
Sl. 3. Lo(a) i dobar (b)fazni odziv zbog razliitih pozicija
akustikih sredita zvunika.
2.6. Impedansa zraenjaProstor u koji se emituje prua mehaniki
otpor kretanju membrane izvora zvuka.Taj izvor optereuje emitujuu
povrinu (S),pa je koristan samo dio energije koji se privodi
membrani(to je izlazna snaga emitera),a ostatak se vraa u izvor kao
reaktivna energija.Izraz akustikog optereenja vibrirajue membrane
jeste akustika impedansa zraenja.Vrednost te impedanse je izraz
naina na koji se prostor odupire gibanju povrine koja
vibrira.Impedansa zraenja je pre svega funkcija svojstva
vazduha,dimenzija membrane i frekvencije.Ali i uslovi ogranienja
vazdunog prostora kao emitera(kutija u koju je ugraen) i ponaanje
membrana koje pri radu ne osciluju preko cele povrine jednakom
amplitudom i fazom takoe mogu imati znaajan uticaj. Akustiku
impedansu zraenja Za prave akustiki otpor zraenja Ra i akustika
masa zraenja Ma: Za= Ra+jMa Mehanika impedansa zraenja Zma
definisana je kao: Zma = ZaS (S = r)
Tako je definisan i mehaniki otpor zraenja Rma:11
Rma=Ra S Izraz za mehaniku masu zraenja Mma je: Mma= MaS pa vai
: Zma= Rma+ jMma= Impedansa zraenja je funkcija svojstava vazduha,
svojstava membrane i njenog okruenja (ugradnje) kao i frekvencije.
Za klipnu membranu poluprenika r je: Rma=2r Mma=2rc Impedansa
zraenja jedne strane okruglog, ravnog klipa, smetenog u beskonanoj
ploi je : Zma =Rma + jXma=( )
(S = r )
i
Za membranu koja je u odnosu na izraenu talasnu duinu mala,
porastom frekvencije poveava se realni deo impedanse zraenja
Rma(sl. 4). Tada vai : Rma = Brzina je:
pomeranja
membrane
zvunika
(u
ploi)
jednaka
12
Rmt i mt predstavljaju sve otpornosti i mase u kolu.Postoje tri
reima rada: oblast elastinog koenja a izraz za brzinu je :
oblast rezonancije a tada je izraz za brzinu:
oblast inercijalnog koenja a izraz za brzinu je tada:
Kako je F=const. sila koja deluje na kretni sistem zvunika, tada
uporeujui izraze za brzinu i snagu zraenja dolazimo do zakljuka da
se mora raditi u inercijalnom reimu.
2.7.
Snaga zraenja
Pri razmatranju emitovane snage nekog emitera posmatra se
idealni klip,kojem je brzina treperenja odreena samo prijemnom
silom(koja se menja sinusno) i impedansom zraenja.Budui da sila
mora pokrenuti vazduno optereenje na obe strane klipa,pri analizi
delovanja idealnog klipa i pri razmatranju njegove emitovane snage
mora se uzeti u obzir dvostruka impedansa zraenja.Ako se idealni
klip nalazi na beskonanoj ploi pod pravim uglom blizu emitera se
refleksijom stvara zvuna slika.Na niskim frekvencijama kada je
talasna duina velika prema dimenzijama povrine emitovanja,na mjestu
P nastaje etvorostruka snaga.Na viim frekvencijama taj efekt
postaje sve manji zbog usmerenog emitovanja. Klipna membrana zrai u
poluprostor snagu Pak : Pak= Zmav = Zma a gdje je v brzina
talasanja membrane, a a je amplituda membrane. Uvrtenjem dobije se
:
odnosno uz konstante :
13
3.ELEKTRODINAMIKI ZVUNIKNajrasprostranjeniji tip zvunika je
elektrodinamiki. U vazdunom rasponu izmeu polnih nastavaka magneta
nalazi se pomini kalem na koji je uvrena konusna membrana(sl. 15).
Protee li kalemom struja tonske frekvencije, pomera se membrana u
ritmu signala napred-nazad pod uticajem aksijalne sile: F = Bl i
Gde je B magnetna indukcija u vazdunom rasponu magneta, l je duina
vodia, a i je struja kroz kalem. Budui da su B i l za odreeni tip
zvunika nepromenljive veliine, sila F zavisi samo od jaine struje i
.
3.1.
Konstrukcija elektrodinamikog zvunika
14
Sl. 15.Presek elektrodinamikog zvunika Najei elektrodinamiki
zvunik je konusnog tipa, prema sl.15. Na magnetnoj ploi (3) smeten
je magnet (1) i polovi(2, 4), koji stvaraju procep unutar kojeg se
pomie zavojnica. Nosa zavojnice (5) je privren na membranu(7), koju
dre donji centrator(8) i gornji elastini rub (10). Membrana je
objeena u koari (9), koja je donjim delom privrena na magnetnu
plou. Budui da je vano postii to veu magnetnu indukciju u procepu,
potrebno je upotrebiti vrlo snane magnete, koji su najskuplji dio
zvunika.Proseno je vrednost magnetne indukcije B u procepu oko 1 T
(mali zvunici oko 0,3 T).Postoje zvunici koji u svojem procepu
imaju B veu od 2 T.Magnetni materijali se teko obrauju, pa je
potrebno odmah kod lijevanja (elik) dobiti potreban oblik.
Materijali su tipa raznih ferita, ali i elinih legura s dodacima
Ba, Al, Ni, Co itd . koara, koja slui kao asija za teki magnet i
membranu, mora biti mehaniki vrlo stabilna, jer bi i najmanji
pomaci magneta ili membrane uticali na tano voenje zavojnice.15
-Duina vodia mora biti to vea, jer od nje zavisi sila F. -Omski
otpor zavojnice mora biti to manji zbog gubitaka, pa zavojnicu
treba izraditi od to deblje ice. Oscilatorna zavojnica (6) mora
zadovoljiti sledee uslove: -zavojnica mora biti to laka jer je
sastavni dio oscilatornog sistema; -stijenke zavojnice moraju biti
to tanje jer je inae vazduni procep preirok. Zavojnica je toliko
dua od srednjeg dela procepa, da i pri veim amplitudama uvek ree
isti broj magnetnih navojaka u polju.Osnovni je zahtev da uvek bude
isti broj zavoja u konstantnom magnetnom polju (B l = konst.).Time
je odreena duina zavojnice i izrada procepa . Membrana mora biti to
laka i to krua. Najee se upotrebljava materijal sa veim unutranjim
priguenjem, npr. papir, tvrda poliuretanska pjena, karbonati i sl.
Poveanjem frekvencije pomie zavojnica sve manje povrine membrane,
pa spoljanji djelovi membrane miruju. Tada membrana vie ne osciluje
kao klip, nego se uvija, to uzrokuje velika izoblienja.Da bi se to
spreilo, upotrebljavaju se razne konstrukcije membrane, a najee
tzv. "nawi -membrana" (od njemakog izraza "nicht abwickelbar", tj.
"nerazmotljiv"), kod kojih se ugao otvora kontinualno poveava prema
otvoru. Parcijalna oscilovanja poinju kod neke odreene frekvencije
u zavisnosti od prenika membrane, ali i od vrste i debljine
materila.Osim konusnih membrana u upotrebi su i kalotne, najee kod
visokotonskih zvunika.Njima je postignut iri ugao emitovanja,
pogotovo na viim frekvencijama, a ravnija je i frekvencijska
karakteristika.Poboljanja su i zbog smanjenja nelinearnih
izoblienja (naroito tranzijentnih), dobrog priguenja i efikasnosti
. Donji centrator membrane smjeten je na vratu zavojnice i rubu
membrane i uvren je na koari.Ima zadatak da spreava bono pomicanje
membrane, i vraa membranu iz nekog pomaka u poetni poloaj.Obino je
oblika koncentrino naboranog diska, i izraen je iz poliamidnih
materijala impregnisanih temperaturno stabilnom
epoksi-smolom.Gornji centrator je kod manje kvalitetnih zvunika
esto izveden iz membranskog materijala, s vie koncentrinih nabora.
U takvom sluaju mogu na rubu membrane nastupiti refleksije
Posledica je parcijalno oscilovanje.Gornji centrator mora imati i
bonu krutost, tj. mora spreiti kretanje konusa izvan smera pogonske
sile u osi. Kod kvalitetnih zvunika gornji objes je obino izveden u
obliku krunog polumijeha od meke gume ili slinog materijala.
4. Elektrodinamiki zvunici raznih namena16
4.1 irokopojasni zvuniciOsnovna karaktristika tih zvunika jeste
rad u irokom frekvencijskom pojasu s jednom zvunikom jedinicom.Zbog
specifinosti upotrebe postoji mnogo varijacija tih zvunika,od
kvalitetnijih oblika(na primer za ozvuenje,s opsegom od 50Hz do
15kHz,uz snage oko 15 i vie W),do oblika malih dimenzija i teine(za
male tranzistorske prijemnike frekvencijskog opsega od 400Hz do
3.5kHz i snagom manjom od 500mW). Glavne tekoe pri irokopojasnom
emitovanju(posebno na visokim frekvencijama) nastaju zbog malih
promjera i velikih masa membrana. Dobrim izborom oblika i
materijala membrana, gornjeg centratora i pogonskog mehanizma danas
se izrauju vrlo kvalitetni irokopojasni zvunici.Kao primer navodim
Walshov zvunik.
4.2.
Poliplanarni zvunici
Zvunici ove vrste ( nazvani planarnim zvunicima) imaju ravnu
povrinu membrane,na koju je uvrena vibrirajua zavojnica.Posebnim
izvoenjem postignute su male dimenzije (posebno debljina),a zvunici
su praktini za ugradnju i upotrebu.Osim toga,tako su se pokuali
reiti neki osnovni problemi konusnih irokopojasnih zvunika s
obzirom na malu masu i veliku krutost membrane,a posebno gornjih
centratora koji moraju biti dovoljno elastini da spree refleksiju
energije od ruba emitujue povrine. Zvunici su izvedeni bez donjeg
centratora,s membranom od cellular-polistirena(esto
expanded-polistirena),od kojeg je materijala nainjen i okvir koji
deluje kao akustiko prilagoenje.Na taj nain materijal okvira
apsorbuje,ili barem dovoljno atenuira,talase koji dou do ruba tako
da se refleksija smanji na minimum.Osim toga,su i stojei talasi
(posebno transverzalni),koji idu kroz membrane,maksimalno prigueni.
Poliplanarni zvunici imaju pogonski sistem koji deluje pri
reprodukciji niskih,srednjih i visokih frekvencija.To se izvodi
urezivanjem kanala u membrani,a traeno radno podruje odreuje se
irinom,dubinom i smetajem kanala.Kako se frekvencija poveava,kanali
deluju tako da razdvajaju sekcije ploe,pa one zbog vrlo male mase
vibriraju kao tap i na srednjim i na visokim frekvencijama. Ako se
ugrade u odgovarajue kutije,ti zvunici mogu dati dobru reprodukciju
i konkurisati drugim tipovima zvunika.Kompaktna fizika
konstrukcija,relativno dobra akustika svojstva i niska cena,ine ih
vrlo zanimljivim na tritu.
4.3 Pojasni zvunici
17
Sa stanovita kvalitetne reprodukcije zvuka,jedan zvunik ne moe
optimalno reprodukovati celo audiofrekvencijsko podruje,pa se
upotrebljavaju zvuniki sistemi sa dva ili vie pojasnih zvunika,od
kojih svaki reprodukuje ogranieni pojas frekvencija.Zahtevi koji se
postavljaju za zvunike sisteme znatno su pootreni upotrebom
digitalne tehnike za snimanje i reprodukciju zvuka i u mnogo emu su
se pribliili zahtevima za idealnim zvunikom.Digitalna tehnika je
potpuno izmenila nain procesiranja audiosignala i dovela do znatnog
poboljanja kvaliteta prenosa.To se poboljanje odnosi na poveanje
dinamike (i do 95dB),proirenje prenosnog frekvencijskog
opsega,ekstremno mala izoblienja,jako priguenje presluavanja , vrlo
malen um i dobar prenos tranzijenata. Zahtevi digitalne tehnike s
obzirom na zvunike sisteme mogu se opisati kao: emisija velikih
nivoa zvunog pritiska; linearno emitovanje preko irokog podruja
frekvencija i snaga(vrlo mala linearna i nelinearna izoblienja);
velika efikasnost u celom prenosnom podruju; dobro impulsno
ponaanje odnosno dobar tranzijentni odziv(oscilatorni sistem male
tromosti,s jakim magnetom i malom masom); dobro priguenje,vrednost
faktora dobrote Q oscilatornog sistema (nakon ugradnje u
kutiju)izmeu 0.5 i 1,za optimalno vreme porasta i pada. U tehnici
visokokvalitetne reprodukcije zvuka ti se zahtevi postavljaju za
zvunike vrhunskog kvaliteta.
4.3.1 Niskotonski zvuniciJedan od najvanijih zahteva je
emitovanje zvunog pritiska i iznad 120 dB na niskim frekvencijama.
Rezonantna frekvencija mora biti postavljena ispod prenosnog
podruja,dakle ispod 20 Hz. Zvunik mora biti velik radi poveanja
efikasnosti. Za postizanje to vee efikasnosti i to boljeg impulsnog
odziva membrana mora biti to laka. Tada mora, za postizanje niske
rezonantne frekvencije, biti objes to meki. Efikasnost i priguenje
zavise od magnetnog toka u procepu, to zahteva magnet sa vie od 1,5
T.
18
Zbog dimenzija membrane, zavojnice velikog promjera i velikog
magneta mora i koara biti vrlo robustna i vrsta. U zavisnosti od
tipa zvunike kutije u koju e takav zvunik biti ugraen, i primeni,
bira se masa membrane i tip objesa. Za ugradnju u zvuni zid,
bas-refleks kutiju ili veliku ventiliranu kutiju biraju se
relativno kruti objes i lagana membrana. Za ugradnju u zatvorenu,
kompresionu kutiju, ili neke tipove akustikog labirinta, uzimaju se
elastiniji objes s veom masom membrane. Za nastajanje velike zvune
snage potreban je veliki pomak membrane na niskim frekvencijama.
Amplituda pomaka je ograniena linearnim pomakom zavojnice u procepu
i pomakom membrane koji dozvoljava objes.Zato se pri velikim
snagama (pomacima) esto uniti gornji centrator. Pri velikim snagama
je vano zbog velikih dimenzija membrane hladiti zavojnicu i magnet,
pa procepi moraju biti to ui. Membrane su podlone savijanjima i
parcijalnim vibracijama, pa ih je potrebno posebno konstruisati i
ukrutiti. Neke membrane su graene potpuno kruto i vibriraju kao tap
do oko 500 Hz (npr. KEF B139). Ako se pogonski sistem zvunika
paljivo izvede,mogue je pomaknuti gornju graninu frekvenciju i do
nekoliko kiloherca,pa tako nastaju niskotonskosrednjetonski
zvunici.
Sl.5.Niskotonski zvunik(Dynaudio)
19
4.3.2
Srednjetonski zvunici
Najkvalitetniji srednjetonski zvunici su elektrostatiki.
Srednjetonski zvunici naroito su vani u zvunikim sistemima jer rade
u najkritinijem podruju frekvencija(od oko 250 Hz do 6 kHz).U tom
su podruju tonskih frekvencija osetljivost i analizatorska
sposobnost ljudskog uha najvei,a u njemu je i najvea koncentracija
informacija u normalnom programskom materijalu.U ostalim podrujima
eventualno se mogu tolerisati neki manji nedostaci,ali to ne vai za
srednjetonske zvunike koji moraju biti bez kompromisa.Ne smiju se
tolerisati neravnomernosti u frekvencijskoj karakteristici i
izoblienja. Zahteva se potpuna linearnost pogonskog sistema,ali
pogodno je to su u tom frekvencijskom podruju pomaci membrane
uglavnom maleni. Idealno propusno podruje tih zvunika trebalo bi
biti od 125 Hz do 10 kHz,ali to je za jedan zvunik vrlo iroko
podruje.Rezonantna im je frekvencija oko 100500 Hz,uz takvo
izvodjenje da parcijalna treperenja membrane nastaju iznad gornje
granine frekvencije radnog podruja. Kao primjer u navesti
srednjetonski zvunik proizvodnje DYNAUDIO tipD(sl.6).Taj zvunik ima
veliku efikasnost,veliku snagu i dinamiku,uz upotrebu feromagnetnog
fluida u magnetnom rasponu ima i dobro priguenje(dobar tranzijentni
odziv i impedansijsku karakteristiku bez veih kolebanja
impedanse).Vibrirajua zavojnica je izvedena u tehnici hexacoil za
velika optereenja i stresove. Zvunicima koji imaju kvalitetnu
reprodukciju u srednjetonskom i visokotonskom podruju pripada i
Heilov zvunik.Taj pretvara radi na dinamikom principu,ali novom
zvunikom tehnikom, i pokazuje vrlo dobre rezultate u reprodukciji
audiosignala s velikom dinamikom. esto se rade i
srednjetonsko-visokotonski zvunici,koji se upotrebljavaju u
dvosmernim ili viesmernim zvunikim sistemima.Radi poboljanja ugla
zraenja,efikasnosti i snage srednjetonskim se zvunicima esto dodaju
trube specijalnog oblika,za veu disperziju zvuka u horizontalnoj
ravni.
20
Sl.6. Srednjetonski zvunik (Dynaudio)
4.3..3.
Visokotonski zvunici
Idealno podruje visokotonskih zvunika trebalo bi biti oko 1 kHz
do 30 kHz,ali se ono teko prenosi jednom jedinicom,pa se ovi
zvunici uglavnom izrauju za tri frekvencijska pojasa: od 1 kHz do
10 kHz,od 3 kHz do 18 kHz i od 8 kHz do 30 kHz. Konvencionalna
konusna membrana malo kad se upotrebljava,ve se upotrebljavaju
kalotne membrane. Rezonantna frekvencija tih zvunika je 600Hz -
2kHz.Da bi se postiglo dobro priguenje,najdelotvornija je upotreba
akustikih antirezonantnih krugova u obliku otvora na stenkama
zadnje upljine iza kalote ili u magnetnoj strukturi.Zadnja strana
visokotonskih zvunika(kao i kod srednjetonskih)potpuno je
zatvorena.Vee jedinice s prenikom centaralnog polnog nastavka
otprilike 30 mm,upotrebljavaju se za snagu od 8 do 15 W,uz
odgovorajue dimenzionisanje kalema.Manje jedinice (naprimjer od 20
mm)upotrebljavaju se za snage do 8 W ali one moraju biti zatiene od
moguih visokih nivoa signala u pogonu. Kao i kod srednjetonskih
zvunika,i ovde se s dobrim rezultatima upotrebljava feromagnetni
fluid.On se upotrebljava za zatitu od toplotnog preoptereenja,a
njegova se viskoznost moe odabrati tako da priguuje rezonancije i
kontrolie nestabilnosti(posebno one koje proizvode subharmonike).
Ako se trae velike akustike snage,zvunici s kalotama moraju imati
velike magnete.Zato se uveliko koriste trube (esto s posebnim
dodacima za rasprenje zvuka),to osigurava kontrolu usmerenja i
bolje akustiko prilagoenje izmeu zranog optereenja i membrane.Tako
se uz upotrebu aluminijske kalote i uz dodatak trube moe poveati
efikasnost do 20% i vie prema standardnih 1 do 2% za kalotne
jedinice. Kao primer navodim visokotonski zvunik proizvodnje
DYNAUDIO tip D-28 kao i zvunik sa trakom. Prvi je konstruisan za
audio sisteme velikih zahteva s21
obzirom na snagu i kvalitet.Ovaj zvunik ima veliku
dinamiku,izoblienja su vrlo malena(posebno tranzijentna),a u
izvoenju je primenjen feromagnetni fluid u procepu magneta i kalem
u tehnici hexacoil.
Sl.7. Zvunik s trakom i akustikim prilagoenjem trubom
(Kelly)
5. Elektrostatiki zvunikElektrostatiki pretvarai rade na
principu promene rastojanja izmeu ploa kondenzatora (od kojih je
jedna pokretna i predstavlja membranu) u skladu sa zvunim signalom
koji se dovodi na pretvara. Zvuni signal se sabira sa naponom
predpolarizacije, koji mora postojati kod ovakve vrste pretvaraa.
Iako je ovo vrlo jednostavan princip rada,veliki su tehnoloki
problemi u proizvodnji, pre svega zbog velikih napona polarizacije
i audio signala, kao i zbog membrane, koja mora imati precizno
odreene mehanike i elektrine osobine. Elektrostatiki pretvarai se
mogu lako proizvesti u mikromainskoj tehnologiji, pa su
interesantni sa aspekta minijaturizacije. Primeri ovakvih zvunika
su elektrostatiki CMOS-MEMS zvunici i poluprovodnika matrica
digitalnih zvunika (semiconductor digital speaker array).
Elektrostatiki CMOS-MEMS zvunici se proizvode u mikromainskoj
tehnologiji, sa mogunou postavljanja membrane (pokretne mehanike
strukture) direktno na standardni CMOS ip . Maksimalni pomeraj
takve membrane dimenzija 1442 x 1442 m je 10 - 20 m.Membrana je
napravljena od polimera u vidu listia, ija je gustina materijala
1.4 x 10-3 ng/m, a Young-ov modul 3000 MPa. Vee i elastinije
membrane e u budunosti svakako poveati osetljivost mikrozvunika. Na
osnovu eksperimentalnih rezultata i odreenih prorauna, predviaju se
vii nivoi zvuka (30 - 40 dB za membranu povrine 3 mm) i poboljan
odziv na niskim frekvencijama .
22
ES zvunici su uvek bili vrlo skupi, kao i pojaala koja su
zahtevali, a zahtevali su i velike prostorije da bi razvili puni
potencijal.Tokom osamdesetih godina vodei model Martin Logana bio
je CLS (Curvilinear Line Source), full-range elektrostatik za koji
se mnogi zaklinju da je najistiji i najtransparentniji zvunik ikada
napravljen; njegov zvuk poreen je sa "otvaranjem prozora ispred
koga je orkestar". Meutim, CLS je imao i svoje mane, a to je
srazmerno mala dinamika dubokog opsega koja nije pruala dovoljno
prisustvo, niti udarac basa, da bi itava slika bila upotpunjena.
Uvidevi ovaj nedostatak, Martin Logan je krenuo putem hibridnih
zvunika, uvodei dinamiki bas u pasivnom ili aktivnom obliku koji je
trebalo da rei nedostatke panela u basu, ali, paradoksalno,i
sopstveni nedostatak u odnosu na elektrostatike u vidu vee inercije
i znaajno drugaijeg tonskog karaktera, kako bi se osigurali
koherentnost dva opsega i neprimetni prelazi. Naime, na ovoj
frekvenciji nalazi se veina prelaza izmeu tembra velikih i malih
izvora zvuka.Impedansa celog sistema u sebi sadri razne vrednosti:
u zoni od 100 do 1.000 Hz je stabilna oko nominalne vrednosti, sa
skokom na oko 60 Hz, to odgovara rezonansi jedinice u portovanoj
komori, i jo jednom na oko 10 kHz, da bi zatim poela da opada, sve
do 1,6 oma na oko 20 kHz. Samo pozicioniranje zahteva malo vie
vremena. Source je jedan od vodeih zvunika u svojoj klasi.Source
odlikuju neprevaziena brzina I transparencija, posebno u srednjem i
visokom spektru.Koherentnost dva opsega je primetna, sa vrlo retkim
kanjenjem basa,uglavnom odbijenog. I pored zakrivljenosti panela,
usmerenost je i dalje prisutna, tako da se iz optimalne ose izlazi
srazmerno bre nego kod dinamikih zvunika. U spoju sa refleksijama
portovanog basa, njegova sluna pozicija ostaje relativno uska.
23
Sl.8. Elektrostatiki zvunici (Quad). Kompanija QUAD je tritu
predstavila savrenstvo reprodukcije zvuka elektrostatike ESL, koji
se bitno razlikuju od konvencionalnih Hi-Fi zvunika. Razlika je u
injenici da QUAD ne koristi klasian tip drajvera, ve potpuno
elektrostatiki princip, tako da zvuk proizvodi veoma tanka membrana
ispunjena provodnikim materijalom, koja je poloena izmeu dve
fiksirane elektrode. QUAD je prvi patentirao i dizajnirao vei broj
elektroda postavljenih u seriji koncentrinih krugova. Svaka
elektroda dobija zvuk u odreenim vremenskim intervalima, tako da se
zvuk kree od centra zvunika, gde se uz mali zastoj dalje prenosi
prema prvom prstenu i tako prema svakom sledeem. Ova karakteristika
je omoguila proizvodnju sferinih zvunih talasa i trodimenzionalnost
zvune slike. Quad II monoblokovi, promovisani 1953. god.
predstavljaju jedan od najrespektabilnijih proizvoda u kategoriji
audio pojaala koja su se do danas pojavila na tritu Hi-fi-ja. Novi
Quad II-forty monoblokovi predstavljaju naslee klasinog dizajna u
koji su ugraene najbolje karakteristike ranijeg pojaala, kao i
kvalitet i perfomanse koje se oekuju od modernih Hi-Fi
ureaja.Jedinstvena topologija strujnih kola, originalno dizajnirana
od strane Pitera Vokera, dovedena je do savrenstva uz savremene
komponente i materijale koji pruaju vrhunske performanse i snagu.
Najvaniji element na kojem se zasniva inovacija i lansiranje novog
modela jeste ispunjavanje zahteva za veom izlaznom snagom.Novo
QC-twentyfour pretpojaalo nije zadralo nita od tonskih kontrola,
mehanikih prekidaa i kola za ekvivalizaciju kakva su postojala u
modelu Quad 22. Umesto toga, ono ima samo logiku prekidaku jedinicu
(switching logical board) i minijaturne pripadajue releje kojima se
vri selekcija izvora, ime je izbegnuto nepotrebno dodatno oienje i
otvoreni kontakti. Dvostruka trioda Philips 6111WA ('military
grade') iji su krajevi zalemljeni na tampanu ploicu obezbedjuje
pojaanje na strandardnim ulazima (CD, tjuner, itd.). Pretpojaalo
poseduje sopstveno napajanje.
6. Piezoelektrini zvuniciDelovanjem elektrikog polja
piezoelektrini kristal se iri ili skuplja.Piezoelektrini pretvarai
rade s malim pomacima uz veliku silu. Zato su povoljni za rad na
visokim frekvencijama.Impedansa je kapacitivna, spajanjem vie24
ploica u paralelu se smanjuje. Povoljno je i paralelno spajanje
vie zvunika. Izoblienja s poveanjem amplitude rastu, pa je potrebno
ogranienje. Zato se esto upotrebljavaju kao visokotonci. Tada su
esto opremljeni odgovarajuim trubama zbog prilagoenja.Prenosno
podruje je od 4 kHz do iznad 30 kHz.. Kristalni zvunik radi na
principu piezo-elektrinog efekta. Kristalni element je torzioni
pretvara, pa se pri torziji pojavljuje napon na izvodima.Korekcija
karakteristike urezivanja je izvedena na zvuniku.Izlazni napon je
izmeu 1 do 3 V pri v=14 cm/s i f=1 kHz, a impedansa je velika i
zavisi od kapaciteta zvunika, koji iznosi 1 do 3 nF.Prenosno
podruje je manje nego kod elektromagnetnog i elektrodinamikog
zvunika.
7. Zvunici bez membraneZa generisanje zvune energije u vazduhu
standardno se koriste pretvarai sa membranom. Meutim, to je samo
jedan od moguih naina. Silaskom na kvantni nivo, saznaje se da se
na estice prenosnog medijuma moe uticati i direktno. Na direktnom
principu pretvaranja zasnovani su sledei principi elektroakustikih
pretvaraa: 1. Termoakustiki zvuni izvor (termofon), 2. Plazma
zvunik (jonofon) i 3. Zvunik s plamenom, dok se za generisanje
ujnog zvuka kao posebna tema izdvaja princip koji koristi predhodno
generisani ultrazvuk i osobine vazduha kao nelinearnog medijuma: 4.
Heterodinski i parametarski pretvarai.
7.1. Jonski zvunikJonofon je elektroakustiki pretvara kod koga
zvuk nastaje direktnom interakcijom jonizovane plazme i okolnog
vazduha kao prenosnog medijuma.Jonizacija vazduha se postie
primenom visokog jednosmernog (ili daleko ultrazvunog naizmeninog)
napona izmeu elektroda koje imaju razliite poluprenike
zakrivljenosti .U ovom sluaju se radi o izvoru koji nema mehaniku
membranu, sa parametrima membrane kao to su masa ili mehanika
elastinost. Dakle, nema problema sa rezonantnim pojavama i
tranzijentima.Jonizovane estice zraka slue kao membrana . estice se
jonizuju ili zbog sudara molekula pobuenih termikim kretanjem u
ultrazvunom polju (frekvencije oko 27 MHz) ili malenim vodonikovim
plamenom u transparentnoj komori s dodatkom helijuma. Jonizovane
estice poinju da osciluju pomou elektrostatikog polja koje se menja
u ritmu tonske frekvencije. Oscilacije se prenose levkom na estice
vanjskog zraka. Teorijski ne postoji ogranienje u frekvencijskom
opsegu i frekvencijskakarakteristika je izuzetno glatka. Rad
jonskih zvunika je po prirodi monopolan, tj. jonski zvunik se u
radu ponaa kao izvor nultog reda (pulsirajua sfera).
Jonski zvunici su, poredei ih sa drugim, neefikasni pretvarai,
Uz to, pri radu oslobaaju ozon koji je tetan po zdravlje i
agresivan je prema pojedinim materijalima, kao to je guma. Poveanje
njihove efikasnosti moe se postii uvoenjem odgovarajueg digitalnog
signala za modulaciju plazme, uz primenu impulsne irinske
modulacije, a za generisanje plazme se koristi
visokofrekventni25
napon reda veliine nekoliko kV.Prenosno podruje je od oko 5 kHz
do iznad 60 kHz, uz izvrstan tranzijentni odziv I pritiskom do oko
100 dB (Magnat MP-X 066).
Sl.9. Izvoenje jonskog zvunika
7.2. Termofon
Nain generisanja zvuka kod termofona zasniva se na naizmeninom
zagrevanju i hlaenju sloja vazduha koji se nalazi u neposrednom
dodiru sa telom pretvaraa male termike kapacitivnosti. Sloj vazduha
ija se temperatura menja sa promenom temperature pretvaraa, u
skladu sa zakonima termodinamike, menja svoju zapreminu, dok telo
pretvaraa trpi zanemarljivu promenu zapremine u odnosu na vazduh.
Generisana promena zapremine se prenosi na okolne slojeve vazduha
stvarajui zvuni talas. Temperatura tela pretvaraa moe da se
kontrolie na dva naina. Termofoni mogu da rade na principu
fotoakustike emisije, gde se energija generatora predaje pretvarau
optikim putem, ili se to ini elektrinim putem. Termofoni bazirani
na fotoakustikoj emisiji imaju svoju primenu u fotoakustikoj
spektroskopiji, dok je drugi nain pogodan za proizvodnju
minijaturnih zvunika. Prvi podaci o termofonima datiraju jo od
1878. godine, a malo je poznato da je termofon korien kao
elektroakustiki pretvara u telefoniji u periodu 1900-1925. godine .
Termofon se u radu ponaa kao monopol (akustiki izvor nultog
reda),26
veoma je pogodan za minijaturizaciju i jednostavne konstrukcije,
a takoe se veoma lako integrie sa drugim planarnim LSI kolima. Zbog
veoma male termike kapacitivnosti termofon ima irok frekvencijski
radni opseg; nema rezonancije, a generator zvunog signala je isti
kao i prenosni medijum vazduh.
7.3 Zvunik s plamenomPostoje dva osnovna principa rada plamenih
zvunika: 1) Prvi princip je poznat pod nazivom elektrotermiki
zvunik. Zvuk se proizvodi gorenjem gasnog plamena, ija se
provodnost poboljava dodavanjem nekih soli. Zvuk se generie kada se
na elektrode koje su u blizini plamena, i imaju funkciju
modulatora, dovede elektrini audio signal. 2) U drugom principu gas
prelazi preko elektrino kontrolisanog modulatora, gde se pali. Na
ovaj nain akustiki izlaz iz modulatora se pojaava za 10 do 20
dB.Velike zvunike jedinice koje rade na ovom principu prave se sa
akustikim levkom i mogu da proizvedu akustiku snagu do 10 W. Zbog
velikih problema koji se javljaju pri realizaciji ovakvih
pretvaraa, ali i zbog problema koje izazivaju u primeni, zvuni
izvori sa plamenom su ostali na nivou laboratorijskih uzoraka i ne
smatraju se perspektivnim zvunim izvorima.
7.4.Parametarski i heterodinski zvuniciJedan od moguih prilaza
proizvodnji ujnog zvuka zasniva se na principu konverzije
ultrazvune energije u audio frekvencijski opseg.Ovakav princip
generisanja ujnog zvuka se u potpunosti razlikuje od ostalih
principa izloenih u ovom radu, zbog toga to konverzija energije
ultrazvuka u ujno podruje ne predstavlja generisanje nove energije.
Dogaa se transfer dela energije postojeeg ranije stvorenog
ultrazvunog talasa u ujni frekvencijski opseg. Princip se zasniva
na injenici da se vazduh ponaa kao nelinearna sredina pri
prostiranju zvuka. Ova nelinearnost moe se predstaviti etvoropolom
sa odgovarajuom nelinearnom prenosnom karakteristikom. Na izlazu
etvoropola pojavljuju se, osim ulaznih, i novonastale komponente
signala kao posledica nelinearnosti. Ako su spektralne komponente
ulaznog ultrazvunog signala adekvatno postavljene, neke komponente
izlaznog signala se mogu pojaviti u ujnom frekvencijskom opsegu.
Ukoliko se relacije izmeu pojedinih komponenti spektra ultrazvunog
signala definiu kao funkcije korisnog audio signala, mogue je da se
eljeni audio signal koji nastaje u vazduhu, kao komponenta ukupnog
signala na izlazu, pojavi kao posledica prolaska kroz nelinearni
prenosni sistem. Dobijeni audio signal je proizvod poznatih
nelinearnosti prenosnog medijuma, u ovom sluaju vazduha.Postoje dve
metode kojima se moe generisati ujan zvuk konverzijom iz
ultrazvuka. To su: 1. Metoda intermodulacije i 2. Metoda
demodulacije ultrazvunog nosioca, ija je amplituda modulisana
korisnim audio signalom.
27
8.ZakljuakU ovom radu pokuala sam da dam kratak pregled
razliitih zvunika,da opiem njihove osnovne osobine kao i njihovu
primenu.Polazei od saznanja da postoje dve metode za generisanje
zvuka u vazduhu, koje koriste elektroakustiki pretvarai, koji se
mogu podeliti na indirektne i direktne, shodno tipu interakcije
generatora i prenosnog medijuma pisala sam ukratko o obe vrste. Vea
panja je posveena elektrodinamikim zvunicima koji se vie koriste.
Zbog potreba specifinih primena danas, klasian elektrodinamiki
zvunik je na nekim funkcijama zamenjen alternativnim generatorima
zvuka ,jer su panja i napori timova istraivaa sve vie okrenuti
nekim od alternativnih izvora zvuka. Klasini principi, koji su
zasnovani na indirektnom dejstvu na okolni medijum mehanikim
vibracijama membrane, zahvaljujui napretku u tehnologiji
materijala, gde pre svega valja istai .smart.materijale, koji
svojim performansama puno obeavaju ,takoe napreduju. Direktnim
dejstvom na estice vazduha, prema opisanim principima, na kvantnim
osnovama se otvaraju novi vidici u svet generisanja zvuka.
Matematiki aparat, zahvaljujui njegovoj upotrebi kao pisma moderne
fizike i tehnike, danas postaje izvor novih ideja u principima
generisanja zvuka.Neke od pojava, kao to su to nelinearnosti
prenosnog medijuma, ne samo da nisu tetne, ve postaju preduslov za
uspeno i efikasno generisanje zvuka. Na kraju mogu rei da je ovom
radu prikazan samo jedan dio ukupne problematike reprodukovanja
zvuka da bude to verniji orginalu to samo istie kompleksnost i
potrebu za strunou,i stalnom potrebom usavravanja i usvajanja novih
znanja na ovom podruju elektrotehnike.
28
LiteraturaHusnija Kurtovi:Osnovi tehnike akustike Jeleni, I.:
Zvunici Milan Rupi: Magnepan magnetostatski zvunici T. Jelakovi:
Frekvencijska karakteristika zvunika T. Jelakovi: Zvuk,sluh i
arhitektonska akustika I. Jelini: Zvunici Ivanevi, B.: Uvod u Hi-Fi
tehniku Franz, D.: Elektroakustik uki Iva, Todorovi Dejan, Miji
Miomir : Pretvarai sa indirektnim dejstvom preko vibracija vrstih
tela Dejan Todorovi, Iva uki, Miomir Miji: Elektroakustiki
pretvarai sa direktnim dejstvom Opa teorija elektroakustiih
pretvaraa ,internetsko izdanje,pdf Junker :Raumakustik und
Beschallungstechnik, Universitt Wien, 2000., internetsko izdanje,
pdf www. zvunici. com www.quad.com www.magnat.com www. ts
parametri.com
29
SadrajUvod 1 Zvunici....2 Razvoj zvunika..... .2 Istorijsk
pregled...3 Podela zvunika.......3 Idealan zvunik ...4 Relativni
nivoi i snage..... Blfaktor Uticaj prostorije ...... Osnovne
karakteristike zvunika Impedansa zraenja ... Snaga zraenja ..
Elektrodinamiki zvunik .. - Elekrini sistem ED zvunka ..... -
Mahaniko-akustiki sistem ED zvunka ...... Elektrodinamiki zvunici
raznih namena a) b) c) iroko pojasni zvunici . Poliplanarni zvunici
Niskotonski zvunici . Srednjetonski zvunici .. Visokotonski zvunici
..
Elektrostatiki zvunici . - Quad .. Piezoelektrini zvunici .
Jonski zvunik .. Termofon .. Zvunik sa plamenom .... Parametarski i
heterodinski zvunici . Zakljuak ...
30
Literatura
31
