一般的な
ラウドスピーカーは、電気信号から音を生成することを目的とした電気機械変換器です。この用語は、主要な構成要素の 1 つである音の放出を目的とした装置を指定するために使用されることもあります (この場合、記事「音響エンクロージャ」を参照)。
理念と歴史
音を出すためには空気を振動させなければなりません。スピーカーは通常、ボール紙または合成材料で作られた可動膜、この膜に取り付けられた可動コイル、振動する極の間に配置された磁石、そして最後に全体を支えるフレームで構成されます。磁場内に置かれたワイヤに電流が流れると、このワイヤはいわゆるラプラス力を受け、ワイヤを動かすことができます。スピーカーはまず、割り当てられた電流をワイヤーのコイルの動きに変換します。ただし、これによりスピーカーの膜が動き、それ自体が空気を動かします。人間や動物が知覚する音は本質的に空気の振動であり、スピーカーは「電流を音に変換」します。
スピーカーにはいくつかの種類があります。一方では、動電型、等動型、静電型、圧電型、およびプラズマ型スピーカーです。市場の約 99% を占める動電型スピーカーは、今日でも大衆技術としては比較的簡単に操作できます。
スピーカーは1世紀前の発明です。 1877 年 12 月 10 日、ムービングコイルスピーカーに関する最初の特許が CH シーメンスに付与されました。今日、ラウドスピーカーは非常に多様な技術に対応しています。グリーティング カードやコンサート用のパワーアンプの両方にラウドスピーカーが使われています。
動電型スピーカー
動作原理
これは次の原則に従って機能します。
エンジンは次のように構成されています。
- エアギャップと呼ばれる所定の空間に永久磁場B (時間の経過とともに変化しない) を生成するアセンブリ。このスペースは、エンジンの機械的形状によって決まります (以下を参照)。磁気エネルギー源は一般に、表面に比べて相対的な厚さが小さく、軸方向に分極されたトーリック型の永久磁石です。磁場はヨーク (磁石の背面に接着されたプレート) に集中し、円筒形の中心コアによって磁石の反対側の面に向けて再配向されます。前面のフィールドはフィールド プレートの方向に向いています。フィールドプレートとコアの間の空間はエアギャップと呼ばれます。
- 円筒形支持体（紙、アルミニウム、カプトン、ガラス繊維、またはこれらの材料の複合体でできている）上のワイヤ（銅またはアルミニウム、場合によっては銀）のコイルが、この空隙に軸方向に浸漬されます。
- このコイルに電流が流れると、その端子に固定された電圧により、力(F) によってコイルが軸方向の空隙から磁場 B から出ようとします。この力は式 F=B*L*i*Sin alpha (ラプラスの法則) で定義されます。B はエアギャップ内の磁場、L はエアギャップに導入されるコイルのワイヤの長さ、i はコイルに流れる電流です。コイルと、ベクトルB とベクトル I の間の角度に等しい角度alpha です。したがって、スピーカーの場合、Sin alpha は常に 1 に等しくなります。B が一定の場合、力 F は i に比例します。 (これは、磁気アセンブリが適切に設計されている場合に当てはまります) そして、コイルの動きが何であっても L が一定である場合、したがって、コイルが磁場に対して対称的に取り付けられていることを確認する必要があります。エアギャップから出るものは、エアギャップに入るものによって補償されます。
スピーカーの冷却
電気-機械、次に機械-音響という二重のエネルギー変換は完全ではありません。電磁トランスデューサは 99% を超える損失を生じる可能性があります。熱はこのパフォーマンスの低下の結果の 1 つです。この悪いエネルギー効率。機械的電気変換は、ジュール効果による効率の損失を伴って行われます。
この暑さと戦うことで、次のことが可能になります。
これら 3 つのパラメータは、コイルを移動するときに可能な限り低い歪みを維持するために最も重要な要素です。歪みは、コイルの動きが電流の線形関数でなくなると発生します。メーカーのソリューションはすべて、次の 2 つのアプローチのいずれかに基づいています。
- 消費量を減らす。
- 熱放散。
消費量の削減 —電力消費量の削減は、磁場を増加するか、この磁場にある電線の長さを長くすることによって行われます。これにより、同等の騒音レベルを保ちながら電力強度を下げることが可能になります。
膜の質量を減らすか懸濁液を柔らかくすることで、負荷が減り、消費量も減ります。
熱放散 —熱は、R*I*I の式に従ってボイス コイルによって生成されます。と ：
A: コイルの直流抵抗
I: コイルを通過する電流の強さ(アンペア) 。
この熱はフロント部分のメンブレンとスパイダーによってブロックされます。後部では、フィールドプレートと中央コアまたはシリンダーヘッドによって排気が遅くなります。これを回避するには、いくつかの解決策があり、よく一緒に使用されます。
ラジエーター膜。メンブレン間の熱抵抗が低い場合、メンブレンに取り付けられたボイスコイルは熱をメンブレンに伝えることができます。このシステムは、Acoustic Energy の AE1 で使用されています。金属膜はラジエーターとして機能します。 AE1 は、90 mm に対して有効 200 ワットを許容します。追加のラジエーター。スピーカーヨークの周囲にラジエーターを追加することで、フィールドプレートと中心コアによって捕らえられた熱を排出します。ボストン アコースティックでは、このソリューションは主にツイーターに使用されています。
ラジエーターに接続された中心コアに金属ロッドを導入することにより、熱はこの熱ゲートウェイを通ってエンクロージャーの外側に伝導されます。さらに、クリートのように動作してボックスを強化することができます。
換気シャフト。センターコアやシリンダーヘッドに穴を開けて空気の通り道を作ります。コイルによって中心コアに伝えられた熱は、このウェルを通じて排出されます。これはJBLのベンテッドギャップ冷却の断面図です。このシステムは、コイルの前部に近い部分に限定的な冷却を提供します。 JBL は、中心コアの周囲にある 3 つの小さなウェルを通してコイルを換気するソリューションを発明しました。空気はコイルの中心部に直接到達します。これが JBL スーパー ベンテッド ギャップ断面です。動的圧縮は数 dB に維持されます。 EV のような小さな直径のコイルを備えたスピーカーは、約 7 dB の圧縮を受けます。 特定の出力に対する時間の関数としての動的圧縮の進化 JBL TAD EV 。
より簡単な解決策は、バックプレートとセンターコアまたはシリンダーヘッドにドリルで穴を開けることです。穴はバックフィールドプレートに向かって開きます。いくつかの避難ソリューションが可能です。 audioroundable フォーラムを参照
水冷。空隙に磁性流体を挿入することにより、空気と比較して熱抵抗が減少し、熱がフロントフィールドプレートと中央コアに伝わりやすくなり、熱が排出されます。これは、Dynaudio および Audax などの多くのツイーターで実装されたソリューションです。粒子は約 10 nm で、Fe3O4 をベースとしています。この材料はコイルの動きにブレーキの役割も果たし、モーターの全体的な効率も低下させます。一方、許容電力は急上昇し、ツイーターのインピーダンス曲線は非常に減衰するため、可能な限り最も低い傾きのフィルターが提供されます。このソリューションは多くのメーカーに普及しています。 フェロ流体の例
サイドベンチレーション。コイルの周囲に非接合の円形磁石を配置することで、外部への空気の通過を促進し、温度を下げます。フォーカルはこれらのハイエンドシステムにマルチマグネットを採用しています。
サラダボウルとスパイダーの間に空間を設けることで空気循環を確保し、トライアングル・ストラトスと同様にコイル前部を冷却します。
静電型スピーカー
すべての周波数を再生する平らな膜は導電性コーティングで覆われており、地面（約 5000 ボルト）に対して数千ボルトの DC で充電されます。この膜の両側には導体 (ワイヤ) が張り巡らされており、変圧器によって電圧が高められたオーディオ信号の影響を受けて、静電気で膜を引き付けたり反発したりして、音が発生します。メンブレンは周波数範囲全体を再生するため、いわゆるクロスオーバー歪みはありません。