4. Luidsprekers  Over het weergeven van geluid

Submitted by Lead   on 11-02-2009 00:08

Luidsprekers en geluid reproduceren

Menselijke stem

Bij mensen produceren de stembanden de geluiden die wij maken. Als de stembanden aanspannen bouwt de druk erachter op, wanneer ze ontspannen kan een deel van deze luchtdruk ontsnappen tot de stembanden weer aansluiten.

Het aantal sluitingen van de stembanden bepaald de toonhoogte (frequentie) van het geluid wat ingezongen of ingesproken wordt.

Je strottenhoofd en mond fungeren als klankkast en bepalen mede de klank van je stem.

Een luidspreker is gemaakt om precies hetzelfde te doen, alleen dan op elektrische kracht. Er worden trillingen opgewekt met stroom die door de luidspreker worden omgezet in geluidsgolven.

Thermologie Speaker en Luidspreker

De termen speaker en luidspreker zijn in dit topic bedoeld om verschillende dingen te beschrijven. Tussen deze twee dingen is een duidelijk verschil, er is echter geen algemene gangbare standaard om het verschil duidelijk te maken.

In dit topic worden de volgende termen gebruikt :

Een speaker is het component wat het geluid produceert
(magneet, basket en conus).

Een luidspreker is de kast waar een speaker in zit (met speaker).

Overeenkomsten met Microfoon

Een microfoon en een luidspreker lijken erg verschillend maar de basis van beide is eigenlijk hetzelfde maar dan tegenovergesteld. Een microfoon zet akoestische energie om in elektronische energie terwijl een luidspreker juist elektronische energie omzet in akoestische energie (geluid). Deze schematische afbeelding zou dan ook een speaker voor kunnen stellen die geluid geeft. Alleen in plaats van een diafragma gebruikt een die een conus.

Het grote verschil is dat een microfoon heel gevoelig is en niet geschikt is om lucht te verplaatsen, probeer deze dus NIET als speaker te gebruiken. Een luidspreker is daarintegen wel redelijk te gebruiken als microfoon.

In geval van nood kan je hoofdtelefoon gebruikt worden als microfoon als je echt iets om moet roepen. Dit zal nooit echt fantastisch klinken, maar kan handig zijn om te weten in geval van nood.

Luidspreker Behuizing

Als een speaker zich in de vrije lucht bevind kan de lucht die aan de voorkant verplaatst wordt door de Conus heel makkelijk om het frame heen naar de achterkant stromen. Op deze manier gaat veel van de opgewekte geluidsdruk verloren en is het rendement van de speaker erg laag. Om te voorkomen dat lucht zich gemakkelijk van de voorkant van de conus naar de achterkant kan stromen wordt een speaker gemonteerd in een behuizing waarmee de luchtstroming kan worden gestuurd.

De inhoud van de behuizing die nodig is, is afhankelijk van de gebruikte speaker. Deze specificatie is een vast gegeven en is terug te vinden in de uitgebreide specificaties van de speaker. Hoe stijver de behuizing is, des te minder resonanties krijgt je en dus een strakkere en directere klank. Een speaker behuizing wordt van zo stijf mogelijke materialen gemaakt, het perfecte materiaal zou beton zijn, maar dit is niet praktisch vanwege het gewicht. In de praktijk worden vooral harde houtsoorten met een hoge dichtheid (MDF) en kunststoffen gebruikt welke een goede gewicht/kwaliteit verhouding hebben.

Hoe werkt een speaker

Een speaker doet precies het tegenovergestelde van een microfoon en zet elektrische energie om in akoestische energie.

De luidspreker is uitgevonden en gepatenteerd door Alexander Graham Bell als onderdeel van zijn telefoon in 1878 en is nadien door velen verbetert. In 1924 is het eerste patent verleent op het systeem met bewegende spoel zoals het vandaag nog wordt toegepast.

Chassis

Een speaker bestaat eigenlijk uit een zo stevig en stijf mogelijk chassis waar een paar basis onderdelen op worden bevestigd. Als een chassis stevig is dan trilt en/of veert het niet mee tijdens gebruik. Het chassis is de basis waarom de magneet en conus met spoel op gemonteerd worden. In theorie hoeft de vorm niet rond te zijn, maar deze vorm wordt in de praktijk wel het meest gebruikt.

Cone of Conus

De conus is het element wat voor de daadwerkelijke lucht verplaatsing zorgt en kan gemaakt worden van eigenlijk alles zolang het maar stijf en licht is. Het oppervlakte van de conus bepaald mede de maximale geluidsdruk die een speaker kan opwekken. Als er meer oppervlakte in beweging gezet kan worden kunnen er grotere geluidsgolven worden opgewekt.

Vaak zit er aan de conus van een subwoofer een tweede ring van veerkrachtig materiaal vast (zoals ik de afbeelding hierboven) die de conus extra veerkracht geeft.

Veerkrachtige Ophanging

De Conus wordt op zijn plaats gehouden in het chassis met een flexibele veerkrachtige verbinding. Deze ring zorg ervoor dat de conus gecentreerd blijft tijdens de bewegingen.

Coil of Spoel

De spoel zit vast aan de conus en beweegt dus mee met de bewegingen die hij opwekt. De uiteinden van de spoel zitten met flexibele draadjes vast aan terminals. Op die terminals worden de draden aangesloten die naar de aansluitplaat gaan die achter op een box zit.

Magnet of Magneet

De spoel zit zo bevestigd dat hij in een magneet hangt in rust. De stroom in de spoel wekt een magnetisch veld op en de bewegingen van de conus wekken geluidsgolven op en er is geluid.

Speakers voor iedere Frequentie

Speakers zijn gemaakt om een bepaald deel van het frequentie spectrum weer te geven. Grofweg is dit in te delen in de volgende 3 hoofdgroepen. Natuurlijk zijn er genoeg luidspreker systemen die een andere indeling geven, maar het principe van frequenties verdelen voor specifieke speakers blijft hetzelfde.

Het materiaal waar woofers en mid-range speakers traditioneel van gemaakt werden is gelaagd papier. Tegenwoordig worden de meest moderne materialen gebruikt die voldoen aan de specificaties zoals koolstofvezel, Kevlar en Titanium.

Het doel is steeds hetzelfde gebleven : lucht verplaatsen op de aangeboden frequentie.

Tweeter

Mid-Range Speaker

Voor de midden frequenties van ongeveer 100-10kHz worden vaak speakers gebruikt tot 12''. Een kleinere conus kan sneller reageren doordat hij minder weerstand heeft van de lucht dan een grote speaker en daardoor de frequenties beter weergeven.

(Sub) Woofers

Grote speakersconussen zijn geschikt om lage tonen weer te geven, je kunt er dan veel vermogen op zetten om zo de langzame bewegingen te krijgen van lage tonen. Woofers zijn vaak 10'' of groter en kunnen frequenties weergeven tot zo'n 150Hz. Een woofer heeft een stevig frame nodig om de langen en krachtige slagen op te vangen en is van een erg solide materiaal gemaakt.

Actieve en Passieve Luidspreker

Als er gesproken wordt over een Actieve Luidspreker wordt daarmee bedoeld dat deze een ingebouwde (actieve) versterker heeft. Aangezien de meeste actieve luidsprekers full-range zijn, zijn deze meestal opgebouwd uit een woofer en een tweeter. Er zijn in zo'n geval dus twee versterkers per speaker nodig, een voor de hoge tonen (naar tweeter) en een voor de lage tonen (naar woofer). Als een fabrikant een versterker ontwerpt specifiek voor een bepaalde speaker systeem kun je ervan uitgaan dat je daarmee het maximale rendement uit de luidspreker haalt.

Een Passieve Luidspreker heeft geen ingebouwde versterker en bestaat alleen uit een kast en speakers.

Frequenties filteren

In een normale luidspreker zit meestal een speaker voor de lage frequenties (woofer) en een tweeter voor de hoge frequenties. Beide zijn ontworpen voor een specifiek deel van frequentiespectrum, omdat het erg is moeilijk om een speaker te maken die zowel de kracht van de lage frequenties aan kan, als de precisie van de hoogste frequenties.

Het versterkte signaal moet dan zo bewerkt worden dat de juiste speaker alleen de frequenties krijgt waar hij voor ontworpen is. Door een hoogdoorlaat (Hi-pass) filter te gebruiken voor de tweeter en een laagdoorlaat (Low-pass) filter voor de woofer wordt het vermogen volledig verdeelt.

Passief Filter

Dit is een scheidingsfilter voor frequenties welke geen voedingsspanning nodig heeft, dit filter zit meestal ingebouwd in een luidspreker behuizing. Een hoog- en laagdoorlaat (high-pass of low-pass filter) filter of low-pass filter hoeft niet meer te zijn dan een weerstand en een dikke condensator. Een bandpass filter voor het midden gebied bestaat minimaal uit 2 weerstanden en 2 condensatoren (basis principes filters).

De tweeter en woofer kunnen niet zomaar parallel 'aan elkaar gehangen' worden omdat dan de versterker te zwaar zou worden belast. De spoel van een speaker heeft in een elektrische keten een impedantie (aangegeven in Ohms). Een versterker wordt gemaakt voor een belasting van een vastgesteld minimaal aantal Ohms, dit is afhankelijk van het ontwerp van van een versterker. De meeste consumenten versterkers werken op een minimale belasting van 8 Ohm, voor professionele versterkers is dit 4 Ohm.

De Wet van Ohm leert ons dat als twee gelijke weerstanden parallel geschakeld worden, dit de totale weerstand van de keten halveert. Als je een versterker die minimaal 8 Ohm belast moet worden gaat belasten met 4 Ohm kan deze doorbranden.

Je kunt een versterker altijd belasten met een hogere impedantie dan de specificaties, maar nooit met een lagere !

Vermogen is frequentie afhankelijk en wordt met een scheidingsfilter (combinatie van een low-pass en hi-pass filter) verdeeld. Zo ziet de versterker nog steeds een belasting van de juiste impedantie en krijgt iedere speaker precies het vermogen wat hij nodig heeft.

Actief Filter

Een actief filter scheidt de signalen voor versterking en wordt meestal gebruikt voor grote en hele grote geluidsystemen. Na een crossover is het mogelijk om zowel een actieve luidspreker als een traditionele setup met losse versterker en passieve luidsprekers te maken.

Meestal zitten crossovers boven de versterkers in een 19'' rack gemonteerd zodat deze makkelijk af te stellen zijn.

Volgende : Geluiden Mixen   


 Vorige : Microfoons

Meer over het luidsprekers in het forum

There are 6 Comments

  DjAirroy wrote on 18-08-2009 @ 21:37

het is best ingewikkeld allemaal? maar als ik erover nadenkt snap ik het wel

  dJORD wrote on 01-09-2009 @ 16:32

leuk om te weten

  dj-t wrote on 05-10-2009 @ 23:33

MM ik zou een EAW 650 niet als sub gebruiken ( onderste afbeelding )

  Bouncy wrote on 09-09-2010 @ 17:12

ik mis de elektrostaat speakers enzo?

1 member likes this  

  Lead wrote on 04-02-2012 @ 17:06

Dat is zo'n kleine niche in de markt dat ik die gemakshalve (en ter behoud van de duidelijkhei) achterwege heb gelaten.
Bij profi en DJ gebruik komen electrostaten vrijwel niet voor.

  richardje36 wrote on 18-11-2012 @ 00:33

Ik mis een beetje het geelte, waarom lage frequentie meer vermogen nodig hebben dan de hoge ivm de golflengte en de energie welke nodige is om de grotere conus te verplaatsen, dan de kleinere tweeter en er wordt gepraat of de weerstand van 8ohm een constante is
maar we hebben hier natuurlijk met de impedantie z te maken en die is natuurlijk dynamisch, dus de totale weerstand komt heus wel onder de 4 ohm en erboven, wat trouwens erg afhankelijk is van de versterker die je gebruikt. Sommige boeit het weinig wat je eraan hangt.
Dat is leuk om te zien bij koptelefoon aansluitingen, waarbij minimaal 200ohm moet hangen...ballen versterker.....een goede pakt ze allemaal . gr.rich