ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET U BEOGRADU

Katedra za elektroniku

Predmet: Audio Sistemi

Diplomski rad

Zvučnici u savremenim audio sistemima

Student: Profesor :

Jovan Vlajić 321/2008 Dr. Miomir Mijić

Beograd, Mart 2016

2

Sadržaj

1. Uvod ....................................................................................................................... 5

2. Pojam zvuka .......................................................................................................... 6

2.1. Frekvencija zvuka ..................................................................................... 6

2.2. Emitovanje zvuka ...................................................................................... 7

2.3. Zvučni pritisak .......................................................................................... 8

2.4. Snaga i intenzitet zvuka ............................................................................ 9

2.5. Impedansa zračenja ................................................................................. 10

3. Istorijski razvoj zvučnika ..................................................................................... 11

4. Podela zvučnika .................................................................................................... 13

5. Konstrukcija elektrodinamičkih zvučnika .......................................................... 15

5.1. Sastavni delovi elektrodinamičkog zvučnika ........................................ 16

5.2. Princip rada elektrodinamičkog zvučnika ............................................. 24

5.3 Model zvučnika u električnim kolima ..................................................... 25

6. Osnovne karakteristike zvučnika ......................................................................... 26

7. Sistemi ozvučenja ................................................................................................. 31

7.1 Sistemi ozvučenja u kolima ..................................................................... 31

7.2 Sistemi ozvučenja u bioskopima .............................................................. 36

7.3 Sistemi ozvučenja u kući ......................................................................... 39

8. Budućnost zvučnika ............................................................................................. 40

Literatura .................................................................................................................. 44

3

Spisak slika Str.

Slika 1. PoreĎenje talasnih dužina više (f1) i niže frekvencije (f2) ................................................. 7

Slika 2. Promena pritiska sredine ..................................................................................................... 9

Slika 3. Šematski prikaz impedanse zračenja ................................................................................ 11

Slika 4. Elektrodinamički zvučnik ................................................................................................. 15

Slika 5. Poprečni presek elektrodinamičkog zvučnika ................................................................... 16

Slika 6. Izgled i poprečni presek centratora ................................................................................... 16

Slika 7. Zavojnica ........................................................................................................................... 17

Slika 8. Nomex ............................................................................................................................... 17

Slika 9. Kapton ............................................................................................................................... 17

Slika 10. Keramički magneti .......................................................................................................... 18

Slika 11. Polni nastavci .................................................................................................................. 18

Slika 12. Tipovi materijala za membrane ....................................................................................... 19

Slika 13. Zavisnost faktora gubitka od Young-ovog modela ..................................................... 20

Slika 14. X3P optički prozirna membrana sa poliruetanskom gumom .......................................... 21

Slika 15. Kupola zvučnika ............................................................................................................. 23

Slika 16. Spojni vod elektrodinamičkog zvučnika ......................................................................... 23

Slika 17. Uticaj elastične sile ......................................................................................................... 24

Slika 18. Kalem u homogenom magnetnom polju ......................................................................... 25

Slika 19. Proces pretvaranja električne snage u zvučnu snagu ...................................................... 26

Slika 20. Membrana kao posrednik izmeĎu pretvaranja električne snage u zvučnu ...................... 26

Slika 21. Snaga zračenja zvučnika ................................................................................................. 28

Slika 22. Zvučnik u kutiji i ekvivalentno električno kolo .............................................................. 29

Slika 23. Linearizacija snage zvučnika .......................................................................................... 30

Slika 24. Zavisnost izobličenja od električne snage ...................................................................... .31

Slika 25. Stari sistem ozvučenja u kolima ..................................................................................... .31

Slika 26. Sistem ozvučenja u modernim sistemima zabave u kolima ............................................ 32

Slika 27. Blok dijagram savremenog audio sistem,tzv Active 2-way sistem ................................ 32

Slika 28. Frekvencijski odziv za 2way zvučnik sa bas-reflex pojačalom ..................................... .33

Slika 29. Distribucija zvuka unutar automobila (direktni i reflektovani signal) .......................... .34

Slika 30. Bose 5.1 Surround sistem u automobilu Audi A6 ......................................................... .35

Slika 31. Bang & Olufsen Advanced 3D-Sound sistem u automobilima marke Audi ................. .35

Slika 32. Dvokanalni stereo sistem ............................................................................................... .36

Slika 33. Dolby stereo sistem zvučnika za bioskope .................................................................... .37

Slika 34. Postavljanje zadnjih zvučnika u bioskopima ................................................................. .37

4

Slika 35. Postavljanje bočnih surround zvučnika u bioskopima ................................................... .38

Slika 36. JBL zvučnici za bioskope .............................................................................................. .38

Slika 37. Dolby 5.1 surround sistem za kuću ................................................................................. 39

Slika 38. THX 5.1 surround sistem za kuću ................................................................................... 39

Slika 39. THX 7.1 surround sistem za kuću ................................................................................... 40

Slika 40. 5.1 Surround sistemi Harman Kardon (levo) i JBL (desno) ........................................... 40

Slika 41. Bežični zvučnici JBL Charge (levo) i Harman Kardon Esquire (desno) ....................... 41

Slika 42. A4 CNT zvučnik ............................................................................................................. 43

Slika 43. Konvencionalni zvučnik i CNT zvučnik-princip rada .................................................... 44

5

1. Uvod

Ovaj rad organizovan je u 8 poglavlja, počevši od definisanja pojma zvuka kao i njegovih

osobina (frekvencije zvuka, emitovanja zvuka, zvučnog pritiska, snage i intenziteta zvuka,

impedanse zračenja). Zatim ćemo se u poglavlju 3, na kratko osvrnuti na istorijski razvoj

zvučnika od njihovog nastanka do dana danas. U poglavlju 4, izvršićemo podelu i klasifikaciju

zvučnika po odreĎenim parametrima ( načinu pretvaranja energije, obzirom na pogonski element,

poziciji i ulozi membrane, načinu izrade, frekvencijskom opsegu..). U nastavku detaljnije ćemo

se baviti konstrukcijom, principima rada elektrodinamičkih zvučnika kao i njihovim najvažnijim

karakteristikama. U radu ćemo predstaviti različite sisteme ozvučenja i njihovu primenu u

automobilskoj industriji, bioskopima,koncertnim salama kao i kućne sisteme ozvučenja.

Na kraju ćemo se baviti temom budućeg razvoja zvučnika u savremenim audio sistemima.

6

2. Pojam zvuka

Kada bismo davali definiciju zvuka po subjektivnom doživljaju, rekli bismo da je zvuk

sve što ljudsko čulo sluha može da registruje.

Ovakva definicija ne obuhvata one zvukove koje čulo sluha ne može percipirati i ne

objašnjava njegovu fizičku prirodu, pa se smatra nepotpunom. Ipak, čulo sluha je glavno merilo

kod projektovanja audio sistema, gde je projektovani zvuk namenjen isključivo ljudskoj

percepciji zvuka. Zbog toga inženjeri kod projektovanja zvučnika moraju dobro poznavati

ponašanje zvuka u svim uslovima da bi svi parametri radili u službi što boljeg kvaliteta.

Definicija koja je opšte prihvaćena kaže da zvuk predstavlja :

Vremenski promenljivu mehaničku deformaciju fizičkog stanja neke elastične sredine

(najčešće vazduha) koje nastaju na mestu gde je izvor zvuka (uzrok ovih promena) i

prenose se dalje na okolnu sredinu.

Pošto zvuk predstavlja mehaničke oscilacije u sredini, preduslov za takvu pojavu je masa

molekula, tačnije čestice koje učestvuju u kretanju svojom inercijom. Za zvuk su značajne grupe

molekula koje se zajedno kreću kroz materiju, njihova masa i sile, koje teže da vrate delove

sredine u ravnotežno stanje.

Zbog toga će se pomeraj jedne čestice u sredini preneti na celu sredinu. Dakle,

mehaničke oscilacije koje čine zvuk se mogu javiti u gasovima, tečnostima i čvrstim telima, ali

ne i u vakumu, jer u njemu nema mase koja bi mehanički oscilovala.

2.1. Frekvencija zvuka

Frekvencija zvuka predstavlja važnu osobinu zvuka. Ona predstavlja broj oscilacija u

jedinici vremena i izražava se u hercima (Hz). Ljudsko uho registruje frekvencije u rasponu od

20 Hz do 20 kHz, iz tog razloga je potrebno projektovati emitere u tom rasponu jer bilo koji zvuk

van opsega čujnosti nije od interesa. Zvuk na frekvencijama nižim od 20 Hz naziva se infrazvuk

(infrasound),dok se iznad 20 kHz naziva ultrazvuk (ultrasound). Srazmerno opsegu frekvencija u

zvučnom polju, javlja se isti toliki opseg talasnih dužina, koja je po definiciji predstavljena

sledećom formulom :

c

f

gde c predstavlja brzinu svetlosti (83 10 m/s) a f predstavlja frekvenciju.

Iz formule se može zaključiti da što je veća frekvencija, talasna dužina je sve manja i

obrnuto. Kod niskih frekvencija talasne dužine su reda metar, dok su kod najviših frekvencija

reda centimetra što se može ilustrovati sledećom slikom.

7

Slika 1. Poređenje talasnih dužina više (f1) i niže frekvencije (f2)

Sa slike 1 se može videti da ukoliko je frekvencija viša, talasna dužina zvuka je manja i obrnuto.

Značaj frekvencije se najbolje ogleda kod usmerenosti emitovanja talasa. Tada vidimo

njegovu zavisnost od frekvencije, ali takoĎe i od površine emitovanja i emitovane talasne dužine.

Pošto smo već spomenuli da su razlike u dužini talasa kod niskih i visokih frekvencija velike, to

nam ukazuje i na nemogućnost da se toliki raspon obuhvati sa jednim emiterom,tj zvučnikom.

Zato se kvalitetni zvučni sistemi izvode s više emiterskih jedinica, odgovarajućih dimenzija, koje

jednoličnim emitovanjem i usmerenošću mogu pokriti celo potrebno frekvencijsko područje.

2.2. Emitovanje zvuka

Kod zvučnika, izvor zvuka predstavlja membrana. Njene vibracije prenose energiju, i ako

su u čujnom području, emituju zvuk. Energija koju izvor predaje molekulima sredine, pritom

takoĎe gubi istu, i ta pojava naziva se otpor isijavanja. Kako membrana oscilovanjem deluje na

vazduh, tako i vazduh stvarajuću reaktivnu energiju deluje na membranu masom isijavanja.

Emitovanje zvuka se može najbolje i opisati otporom isijavanja i masom isijavanja.

Glavna podela emitovanja zvuka u nekoj materiji deli se na:

- Kretanje čestica materije u čvrstim telima - Kretanje čestica materije u fluidima.

- Kretanje čestica materije u gasovima.

Poseban naglasak u ovom radu je stavljen na kretanje u gasovitoj sredini. Razlog tome je

što se sa inženjerske strane, prevashodno akustika bavi čovekovim čulom sluha kao prijemnikom

u vazduhu.

Osnovna osobina gasova je da se njihova zapremina može deformisati, ali se pri tome

javlja sila. Ova sila kao rezultat deformacije okoline, definisana je sledećom linearnom

jednačinom : p r T

8

gde je: p - ukupni pritisak u Pa

ρ - gustina gasa 3m

kg

T - apsolutna temperatura u K

r - konstanta koja zavisi od vrste gasa.

Iz jednačine se može videti da je ukupni pritisak ( p ), direktno srazmeran gustini gasa ( ρ ) i

temperaturi ( T ).

Akustički procesi u vazduhu se posmatraju kao adijabatski a uslov za to je da susedni

elementi gasa ne razmenjuju toplotu. Vazduh ima malu toplotnu provodnost, temperaturni

gradijent pri zvukovima normalnih intenziteta je relativno mali pri frekvencijama unutar zvučnog

opsega. Promene su dovoljno brze što znači da zadovoljava uslove da bi se procesi posmatrali

kao adijabatski. U uslovima adijabatskih promena stanja u vazduhu, njegova temperature nije

konstantna već entropija te se vazduh na osnovu svih prethodno navedenih odlika može smatrati

idealnim gasom za koji važi :

0 0

Y

p

p

gde je Y odnos specifičnih toplota, dok iz jednačine sledi da je pritisak zapravo funkcija gustine.

Adijabatska jednačina stanja je složenija za gas koji nije idealan.

2.3. Zvučni pritisak

Okruženje u kojem smo, nalazi se u ravnotežnom stanju, tačnije u stanju bez zvuka dok se

neka od njenih komponenti, pritisak (p) ili gustina gasa (ρ), ne promeni.

Zgušnjavanjem i razreĎivanjem sredine, pritisak i gustina se izbacuju iz ravnotežnog

položaja i time definišu prirodu zvučnog polja. Usled ovih deformacija, koje nastaju u vazduhu

usled pojave zvuka, pritisak i gustina dobijaju svoju statičku i svoju promenljivu komponentu, što

možemo videti iz sledećeg izraza:

0p p p t ; 0 t

U gornjem izrazu statička komponenta 0p predstavlja atmosferski pritisak i menja se u

odnosu na njegovu statičku vrednost. Što je jasnije prikazano na slici 2.

9

Slika 2. Promena pritiska sredine

Dok je drugi član izraza zvučni pritisak, koji je jedini kojeg registruju čulo sluha i mikrofoni.

Atmosferski (statički) pritisak je na neki način iskompenzovan i čulo sluha ga ne registruje.

Jedinica za pritisak je paskal aP , koji je dimenziono definisan sa 2

N

m. Ako posmatramo

uobičajne zvukove, onda se može reći da je zvučni pritisak dosta manjih amplituda od statičkog.

Za statički, komponenta pritiska u normalnim uslovima iznosi približno 5

0 100 10 a ap kP P

(ovu vrednost nazivamo i 1 atmosfera), dok se pri svakodnevnom govoru registruje zvučni

pritisak od 0,1 aP .

Ovde se uočava velika razlika u jačini atmosferskog i zvučnog pritiska, mada ova razlika

u akustici nije od velike važnosti jer je za inženjere jedini važan je dinamički, odnosno zvučni

pritisak. Opseg zvuka koji čovek može da registruje kreće se u opsegu od 510

aP , za najtiši zvuk

do veličine reda 1 aP , što se smatra za izuzetno jak zvuk.

Zvuk čiste frekvencije p t p sin t je izuzetak, može se reći idealizacija, koja u

realnim okolnostima čovekovog okruženja ne postoji. Zbog toga posmatranje i analiza talasnog

oblika pritiska u vremenskom domenu ne daje mnogo informacija o zvuku. Kao mera stanja u

zvučnom polju uobičajeno se posmatraju veličine dobijene različitim usrednjavanjima amplitude

pritiska, kao i njegov frekvencijski sadržaj.

Informacioni aspekt zvučnog pritiska je posebno važan u akustici. Kao takav je našao

široku primenu u najrazličitijim analizama i merenjima. Zbog toga se on posmatra kao signal i

pomaže nam kod kodiranja informacija zvukom, kao što su zvuk i muzika. Zatim, drugi razlog je

taj što nosi informacije o izvoru koji ga je generisao. Kada se ustanovi veza izmeĎu fizičkih i

drugih osobina izvora i informacija dobijenih kao signal, može se ustanoviti stanje izvora što je

od izuzetne važnosti kod ustanovljavanja ispravnosti mašina. Kao treći razlog zvučni pritisak se

koristi kao signal kod utvrĎivanja osobina procesnog puta zvučnog talasa. Poznavajući

zakonitosti po kojima nastaju promene u prostoru, dobijamo informacije o prostoriji u kojoj se

zvuk prostire, što je kod akustike od izuzetne važnosti.

2.4. Snaga i intenzitet zvuka

Utvrdili smo da se zvučnim talasom prenosi mehanička energija. Prenos energije dešava

se brzinom zvuka. Intezitetom nazivamo količinu energije koja proĎe kroz 1 2m , u pravcu

pružanja talasa, vertikalno na površinu koja se posmatra. Intenzitet označavamo sa I što je

predstavljeno sledećom jednačinom :

10

2-3 2

2

p WI = = 2,44 10 p

410 m

Energija koja u jednoj sekundi prostruji kroz površinu veličine S, u smeru širenja zvuka,

nazivamo zvučnom snagom P , čija je jednačina data kao :

-3 2P = 2,44 10 p S W

Gde je p pritisak u paskalima ( aP ). Za primer uzmimo snagu normalnog razgovora koji

iznosi 7 ·610 W . U akustici su odnosi zvučnog inteziteta i zvučne snage izuzetno veliki. Prag

čujnosti nalazimo na intezitetu od 13

210

W

m

i iz tog razloga se koristi Weber-Fehnerov zakon

za definisanje parametara. Ovo je logaritamska jedinica koja najbliže opisuje karakteristike

ljudskog uha. Dakle logaritamski odnos izmeĎu dve zvučne snage izražava se u belima ( B ), ali

je iz praktičnih razloga jednostavnije upotrebljavati deset puta manju jedinicu, decibel (dB).

Uopšteno za decibele važi:

1

2

In = 10 log dB

I

Gde su 1I i 2I zvučni intenziteti a n broj decibela koji nam govori njihov odnos.

2.5. Impedansa zračenja

Koncept impedanse zapravo predstavlja dinamičko ponašanje prenosnih sistema. Način

na koji će elementi sistema meĎusobno delovati odlučujući je za prenos energije meĎu njima.

Spojevi sistema su ti na kojima su kritične tačke i gde može doći do pojave transmisije i

refleksije usled prenosa energije. Za modelovanje pojava prenosa zvučne energije kroz sredinu i

kroz složenije akustičke sisteme u akustici se uvodi koncept impedansi.

U elektrotehnici pojam impedanse predstavlja odnos pobude (napon) i odziva

(struja). Odnos pobude i odziva posmatra se, na primer, i u složenijim dimaničkim sistemima kao

što su elektroakustički pretvarači (zvučnici, mikrofoni).

Sredina u kojoj se emituje energija iz zvučnika pruža mehanički otpor kretanju membrane

izvora zvuka. Taj otpor opterećuje emitujuću površinu ( S ), pa je koristan samo deo energije koja

se generiše, a ostatak se vraća u izvor kao reaktivna energija. Otpor oscilacije membrane naziva

se akustična impendansa zračenja. Ona predstavlja funkciju svojstva vazduha, dimenzije

membrane i frekvencije. Vrednost te impedanse je kvantitativni izraz načina na koji sredina pruža

otpor oscilovanju površine. Akustička impedansa zračenja ( AZ ) ima realni i imaginarni deo, a

čine ga akustički otpor zračenja ( AR ) i akustička masa zračenja ( AM ), iz toga sledi da je:

A A AZ R j M

11

Ta je impedansa u direktnoj analogiji prikazana kao serijski spoj aktivnog i reaktivnog otpora

prikazan na sledećoj slici.

Slika 3. Šematski prikaz impedanse zračenja

Kutija u koju je membrana ugraĎena takoĎe ima značajan uticaj o kom ćemo diskutovati u

narednim poglavljima .

3. Istorijski razvoj zvučnika

Prvi uvid u mogućnost beleženja ljudskog govora primetio je 1857. godine francuski

tipograf i fizičar Leon Skot de Martinvilje koji je izradio fonoautograf. On je na kraju okrenute

trube postavio membranu koja je pravila brazde na cilindru, usled vibracija koje su pravili zvučni

talasi. Viši glasovi proizvodili su veću frekvenciju, dok je glasniji govor pravio veću amplitudu.

Prošlo je dvadeset godina od ovog otkrića kada je Čarls Kros (Charles Cros) napravio predlog

studije koja je sadržala reprodukciju zvuka (phalephone), ali ona nikada nije ostvarena u praksi.

Philipp Reis, učitelj iz Friedrichsdorfa 1860. konstruisao je prvi ureĎaj za prenos zvuka

(ljudskoga glasa) pomoću elektriciteta. UreĎaj se sastojao od odašiljača (kontaktnog mikrofona) i

prijemnika (sa kalemom oko čelične šipke učvršćene na rezonantnu drvenu kutiju). Prijemnik je

delovao na principu magnetstrikcije, a s obzirom na to da je imao drvenu membranu da bi

povećao radijaciju zvuka i bio konstruisan za primanje i reprodukciju govornih signala, može se

smatrati prvim zvučnikom uopšte.

Nakon Reis-ovog pronalaska, Ernst Werner Siemens patentirao je 1874. godine osnove

dinamičkog principa rada, a već 1877. dinamički zvučnik s permanentnim magneto i opis

dinamičkog zvučnika sa elektromagnetom. U to vreme zvučnik još nije bio u široj primeni, jer

nije bilo pojačala, već samo kod slušalica sa trubom na izlazu. Ovi emiteri su imali malu

osetljivost i znatna nelinearna izobličenja, kao i mali frekvencijski opseg (od 400 do 2300 Hz).

Za istorijski razvoj zvučnika i audio tehnologije takoĎe je od izuzetne važnosti

pronalazak Tomasa Alve Edisona. To je bio prvi ureĎaj koji je uspeo zabeležiti i reprodukovati

ljudski govor. UreĎaj koji je bio namenjen za beleženje i reprodukovanje telefonskih i

telegrafskih poruka nazvao je fonograf. Zvuk se snimao tako što je oštra igla pričvršćena na

membranu oscilovala u ritmu zvučnih talasa, koji su izazivali vibriranje membrane, i urezivala

12

pliću ili dublju brazdu na valjku od tanke kalajne folije. Godine 1877 Edison je umesto valjka

upotrebio cilindar obložen voskom.

Na Edisonovom fonografu možemo zapaziti emiter snimljenog zvuka, takozvanu hornu,

koja je čitala zvučne zapise sa brazdi urezanih na valjku. Horna je imala i ulogu mikrofona kod

skupljanja zvučnih talasa. Ipak, ovo ne možemo nazvati zvučnikom jer nema nikakvu vrstu

električnog pojačala. Nedostatak pojačala je zapravo predstavljao i glavni problem horni, jer nisu

imale dovoljnu jačinu reprodukovanja i mogle su se samo upotrebljavati u sobnim uslovima.

Edisonove snimke je emitovala horna napravljena od kalaja. Horne od glatkog, brušenog

mesinga su upotrebljivane do 1913. u Edisonovoj kompaniji i bile su nešto boljeg kvaliteta od

onih napravljenih od kalaja.

Amerikanac nemačkog porekla Emil Berliner nastavio je Edisonovim putem i

krenuo u stvaranje ureĎaja za snimanje i reprodukovanje zvuka. Berliner je 26. Septembra 1887.

godine prijavio svoj patent gramofon. Posle četiri godine rada uspeva da napravi ureĎaj koji će

beležiti zvučne talase lateralno na začaĎenoj površini staklenog diska da bi kasnije disk bio

izraĎivan od cinka i presvlačen voskom. Posle urezivanja traga zvučnih talasa, disk je potapao u

kiselinu kako bi stabilizovao brazde. Prednost diska u odnosu na cilindar je u tome što je mogao

biti jeftino i lako umnožavan s master diska, pravljenjem negativa i otiskivanjem u gumi drugim

smešama..

Razvoj ploča imao je za posledicu dosta bolji kvalitet zvuka a jedan od glavnih razloga

takoĎe je bila i upotreba vinila. Horne su i dalje bile bez pojačavača, a zvuk koji je proizvodila

igla koja je vibrirala na ploči i prenosila vibracije na membranu nije bilo zadovoljavajućeg

kvaliteta,jačine.

O kvalitetu zvuka i smanjenja izobličenja se krenulo razmatrati nakon pronalaska

troelektrodne cevi (Lee de Forest, 1907. god.) i sa početkom radiodifuzije (oko 1918.). TakoĎe

prestaje upotreba malih membrana i horni, i zvučnici se smeštaju u zvučne kutije ili ploče. Sve je

ovo dovelo do patentiranja prvih dinamičkih zvučnika sa velikom membranom na zvučnoj kutiji

od strane C.W.Rice i E.W.Kellog-a 1924. godine. Membrana ovog zvučnika je bila povezana

savitljivim materijalom za ploču, koji joj je dozvoljavao da osciluje, a sa donje strane je bila

centrirana i povezana sa pogonskim kalemom. Tako izvedeni zvučnici bili su u stanju da emituju

dosta basova sa donjom graničnom frekvencijom od 100Hz.

Od 1924. dosta se pažnje posvećuje kvalitetu zvuka i smanjenju izobličenja, a ostvarena

je i jednostavnost i sigurnost konstrukcije od uvoĎenja permanentnih magneta. Popularan tip

zvučnika, koji se proizvodio do 1928.godine, raĎen na principu onih u telefonskim slušalicama,

bio je tip nazvan ˝Zvučnik sa slobodnim oscilovanjem˝. Kod ovih zvučnika kotva se nalazila

ispred polova magneta, pa su takvom konstrukcijom dobijena mala izobličenja, veća osetljivost

i relativno dobar kvalitet reprodukcije.

Da bi zvučnik reprodukovao šire audiofrekvencijsko područje, potrebno je da poseduje

više od jednog emitera. Tako je 1931. godine N.Fredrich demonstrirao audio sastav sa dva

zvučnika. Ovaj nagli razvoj zvučnika nakon ovog otkrića, prilično je stagnirao u narednim

godinama od početka Drugog svetskog rata. Do 70-ih godine 20. veka projektovanje je bilo

prilično konzervativno iako je teorijska podloga i tehnologija bila prisutna.

Muzička industrija od 1970 iskazuje povećanu potrebu za zvučnicima i audio sistemima.

Posebno se insistira na kvalitetu reprodukcije zvuka, a zahtevi su još veći uvoĎenjem digitalne

13

tehnologije. Najvažniji zahtevi su da se poveća frekvencijski opseg zvučnih talasa, što je

praktično od 20 Hz do 20 kHz, postizanje malih izobličenja i niska rezonantna frekvencija, kao i

upotreba aktivnih frekvencijskih prekidača. Sve ove zahteve treba da ispune vrhunski zvučni

sistemi.

4. Podela zvučnika

Služe za četiri primarne namene :

1. Komuniciranje ( npr interfon,mobilni telefoni,računar..)

2. Ozvučenje (dvorane,teatri,koncertne sale..)

3. Stvaranje zvuka ( muzički instrumenti,sintisajzeri itd..)

4. Reprodukcija zvuka ( Radio,bioskop,muzičke linije, mobilni ureĎaji,računari..)

Iako postoje opšti zahtevi za sve namene, svaka od njih postavlja vlastite prioritete za

karakteristike zvučnika. U zadanoj primeni, moguće je da isti zvučnik izvršava više različitih

zadataka. U takvim slučajevima, prikladnost zvučnika za jednu ili više namena može biti

namerno ograničena kako bi se olakšale druge primene. S obzirom na načine pretvaranja energije, zvučnike delimo na:

● Zvučnike s membranom ( koji proizvode zvuk pomoću elektromehaničko-akustičnog pretvaranja energije)

● Zvučnike bez membrane (tzv. ionske zvučnike, koji proizvode zvuk pomoću elektroakustičnog pretvaranja energije)

S obzirom na poziciju i ulogu membrane, razlikujemo dve vrste zvučnika i to :

● Zvučnike sa direktnim emiterom ( koji pomoću vibrirajuće membrane emituju zvuk direktno u okolni prostor)

● Zvučnike s trubom ( koji emituju zvuk preko trube postavljene izmeĎu membrane zvučnika direktnog emitera i

okolnog prostora, tzv indirektno zračenje)

S obzirom na pogonski element, zvučnike s membranom delimo na:

● Dinamičke zvučnike Deluju na dinamičkom principu, kada se vodič kroz koji teče naizmenična struja pokreće

u magnetnom polju stalnog magneta (zbog interakcije magnetskih polja). Ti zvučnici mogu dati

kvalitetnu reprodukciju na svim audiofrekvencijama i najčešće se primenjuju. Dinamički su

zvucnici ugraĎeni u gotovo sve sisteme za reprodukciju u svetu.

14

Glavni razlozi za to jesu:

- Jednostavnost konstrukcije i projektovanja

- Jednostavna izrada

- Čvrstoća i trajnost

- Laka prilagodljivost različitim primenama

- Pouzdanost u radu (za permanentni magnet nije potreban izvor snage a i dugo radi)

- Može se proizvesti zvučnik željenih karakteristika

- Može se upotrebiti kao direktni emiter ili sa trubom

- Relativno se lako mogu dobiti vrlo velike akustičke snage uz ne prevelike dimenzije

● Elektromagnetske zvučnike Deluju tako da naizmenična struja proizvodi promenljivu jačinu magnetnog polja stalnog

magneta, koja pokreće metalnu pločicu s membranom. Ti pretvarači imaju relativno velika

izobličenja i usko radno frekvencijsko područje, pa im je primena danas ograničena na samo neke

specijalne vrste slušalica.

● Elektrostatičke zvučnike Deluju prema zakonu o privlačenju i odbijanju elektrostatičkih naelektrisanja. Ti zvučnici

mogu dati kvalitetnu reprodukciju zvuka u celom audiofrekvencijskom opsegu.

● Piezoelektrične zvučnike Rad je zasnovan na svojstvima nekih materijala da se uvijaju pod uticajem primenjenog

napona. Zbog svojih specifičnosti ti se zvučnici upotrebljavaju za male oscilacije amplitude,

uglavnom na višim frekvencijama audiospektra.

● Magnetostriktivne zvučnike U radu iskorišćavaju svojstva magnetskih materijala, pa se zbog uticaja magnetnih polja

šire i skupljaju. S obzirom na karakteristike mehaničkih sistema tih zvučnika, upotreba im je

ograničena na područje ultrazvuka.

S obzirom na izradu, zvučnike delimo na:

● Komercijalne Konstruisane i izraĎene za ureĎaje ,,svakodnevne” upotrebe, na primer za tranzistorske

prijemnike, kasetofone, televizore i slično.

● Profesionalne Zvučnici vrhunskog kvaliteta, i po karakteristikama, i po konstrukciji, i po upotrebljenom

materijalu. Posebno je važno da u dugotrajnom radu zadrže svoje karakteristike, što znači da se

od njih zahteva velika pouzdanost. Upotrebljavaju se u svim slučajevima u kojima se zahteva

siguran rad i kvalitetna reprodukcija, npr. pri ozvučenju (posebno u pozorištima, za muzičke

priredbe itd.). Služe u kvalitetnim kućnim audiosistemima i kao monitorski zvučnici u

reprodukciji muzike u studijima.

15

S obzirom na prenosni frekvencijski opseg, zvučnike delimo na:

● Širokopojasne Jednim zvučnikom prenose široko audiofrekvencijsko područje (full range).

● Pojasne Konstruirani za prenos samo užeg pojasa u audiopodručju, a dele se na niskotonske,

srednjotonske i visokotonske zvučnike, iako se proizvode i kao niskotonski/srednjotonski i

srednjotonski/visokotonski.

5. Konstrukcija elektrodinamičkih zvučnika

Dinamički zvučnici se mogu sresti u gotovo svim sistemima za reprodukciju zvuka.

Poseduju visok kvalitet reprodukcije zvuka, oni su takoĎe jednostavne konstrukcije, relativno

jeftini za izradu, poseduju čvrstoću i trajnost, prilagodljivi, pouzdani, mogu se lako dobiti velike

snage reprodukcije iz ne tako velike konstrukcije. U ovom radu, elektrodinamički zvučnici će biti

detaljno obraĎeni. Jedan elektrodinamički zvučnik prikazan je na sledećoj slici.

Slika 4. Elektrodinamički zvučnik

Najčešći oblik konstrukcije dinamičkih zvučnika sastoji se iz konusne membrane i kalote

u njenoj sredini, koji su elastičnim elementima (centratorima) povezani na kućište.

Na kalotu je učvršćen šupalj valjak na koji je namotano više navoja izolovane žice (oscilatorni

kalem). Sledeći važan element predstavljaju stalni magneti na koji su učvršćeni polni nastavci.

IzmeĎu spoljašnjih polnih nastavaka magneta i centralnog magnetnog pola je ostavljen magnetski

procep. Permanentni magnet se u nekim varijantama izraĎuje kao valjak ali češće je u

prstenastom obliku. Membrana i kućište su centratorima povezani sa polnim nastavcima magneta

i zajedno čine celinu. Telo oscilatornog kalema u takvoj konstrukciji ulazi u magnetski procep i

ako je konstrukcija pravilno izraĎena, kalem bi trebao slobodno da osciluje bez ikakvih smetnji

ili oštećenja.

Da bi sistem mogao nesmetano da funkcioniše, sistemu su dodati centratori koji definišu

ravnotežni položaj membrane i svojom elastičnošću se suprotstavljaju dejstvu pobudne sile.

16

Za strukturu je veoma bitno da je dobro centrirana, jer usled velikih pomaka pokretnih delova

sistema lako može da doĎe do mehaničkih oštećenja. Kako cela ta konstrukcija izgleda na

poprečnom preseku, predstavljeno je na slici :

Slika 5. Poprečni presek elektrodinamičkog zvučnika

5.1. Sastavni delovi elektrodinamičkog zvučnika

Centrator

Centrator deluje elastično u smeru gibanja, a kruto u suprotnom smeru od smera gibanja.

Centrator drži zavojnicu tačno u centru procepa te onemogućava njen ekscentrični položaj ili

savijanje. Svaki pomak iz centra može dovesti do trenja namotaja žice pod naponom sa metalnim

polnim nastavcima i pregrevanja zvučnika i pojačala. Procep mora biti što uži kako bi magnetsko

polje u njemu bilo što jače a to istovremeno omogućava bolji prelaz toplote sa zavojnice na polne

nastavke. Izgled i poprečni presek centratora prikazan je na sledećoj slici.

Slika 6. Izgled i poprečni presek centratora

Zavojnica

Zavojnica zvučnika najčešće se izraĎuje od bakra koji je čvrst i ne puca prilikom

savijanja. Bakar se vrlo lako lemi. Da bi se u magnetsko polje smestilo više bakra, lakirana žica

se hladno valja na kvadratni, pravougli oblik za jednoslojne a za višeslojne zavojnice na šestougli

oblik.

Zavojnice se izraĎuju i od aluminijuma koji je lakši pa time povećava efikasnost

zvučnika, ali je prednost bakra u tome što ima bolju provodnost pa sa više namotaja povećava

snagu zvučnika.

17

Bakar se koristi za najveće električne snage a aluminijum za najviše efikasnosti.

Aluminijum je lomljiv (lako) ali je bolji za više frekvencije. Na vazduhu se čisti aluminijum

odmah presvuče slojem oksida pa ih ne treba dodatno izolovati lakom. Na sledećoj slici prikazan

je izgled zavojnice.

Slika 7. Zavojnica

Nosač zavojnice

Nosač zavojnice nosi zavojnicu u magnetskom polju procepa i spaja zavojnicu sa

membranom i centratorom. Na visokim temperaturama mora zadržati koncentričnost i čvrstoću te

se treba lako spajati lepljenjem. Nosači zavojnica od impregniranog kartona su najlakši, ali i

najmanje kruti te su temperaturno nestabilni. Retko se koriste kod ozbiljnijih zvučnika.

Aluminijum je krut i čvrst te idealno odvodi toplotu sa zavojnice. Dobar je za reprodukciju vrlo

visokih frekvencija jer se u njemu stvaraju vrtložne struje koje pridonose prigušenju niskih

frekvencija. Nomex je sintetička masa vrlo visoke temperaturne izdržljivosti i vrlo lako se lepi.

Nomex je predstavljen na sledećoj slici.

Slika 8. Nomex

Kapton je takoĎe sintetička masa najviše temperaturne izdržljivosti ali se teško lepi. Kapton je

prikazan na sledećoj slici.

Slika 9. Kapton

18

Magneti elektrodinamičkih zvučnika i polni nastavci

Za rad zvučnika je potrebno jako magnetsko polje. Prvi magneti bili su legure Alnico

(Alumunijum,Nikl i Kobalt). Postoji više tipova legura,označenih brojevima od 1 do 5 prema

postotku nečistoća koje slabe indukciju. Kasnije su se razvijali keramički magneti, nisu najbolje

ali su najrentabilnije rešenje. Keramički magneti prikazani su na sledećoj slici.

Keramički magneti

Slika 10. Keramički magneti

Magneti napravljeni od Lantanida,Samarijuma,Kobalta su mnogo bolji ali su 100 puta

skuplji od keramičkih. Upotrebljavaju se samo za slušalice,mikrofone i visokotonske zvučnike.

Zbog navedenih razloga većina proizvoĎača zvučnika ne želi priznati da proizvode zvučnike sa

keramičkim magnetima, pa ima daju zvučna imena.

ProizvoĎači zvučnika nikada ne proizvode niti projektuju magnete,već ih kupuju po

katalogu proizvoĎača kao i polne nastavke koji su važan deo magnetskog kruga zvučnika. Polni

nastavci prikazani su na sledećoj slici.

Polni nastavci

Slika 11. Polni nastavci

Tipovi materijala za membranu

Postoje 4 osnovna tipa materijala za membranu :

1. Polukružna guma ili poliuretanska pena

Ima vrlo vioku elastičnost za dugi hod membrane, ali zahteva vrlo preciznu izradu

centratora zbog realizovanja linearnosti. To je najrašireniji tip gume za zvučnike male i srednje

efikasnosti.

2. Dvostruki polukružni impregnirani tekstil

Naboranog oblika,premazom pruža mogućnost tačnog prilagoĎavanja potrebne

elastičnosti.

3. Višestruki nabori

19

Omogućavaju vrlo duge hodove membrane, ali uz nepoželjne rezonancije koje uzrokuju

gubitke u akustičkom odzivu. Rezonancije se obično potiskuju viskoznim premazima.

4. Membrana sa višestrukim naborom na gumi iz jednog komada

Realizuje vrlo kruto nelinearno vešanje koje rezultira visokofrekvencijskim rezonantnim

vrhom. Pravi se tipično za bas zvučnike najviše osetljivosti neprimerene za reprodukciju visoke

vernosti i monitorske sastave.

Na sledećoj slici prikazana su sva 4 tipa materijala za membrane.

1. Polukrug poliruetanske pene ili gume

3. Višestruki Harmonika nabori

2. Dvostruki tekstilni polukrug4. Membrana sa višestrukim naoborom iz jednog komada

Slika 12. Tipovi materijala za membrane

Membrana

Do 1950. godine najčešći material za izradu membrana zvučnika bio je papir. Kako ne

postoji tačna analitička metoda analize ponašanja papirnih membrana, izrada takvih membrana

postala je tajna struke. Zato su se tražile druge metode izrade membrane pri kojima će se

postupak i ponašanje moći analitički kontrolisati.

Oko 1950-e godine, razvojem termoplastičnih smola, to se i uspelo,te su se ti materijali do

1960-e godine isključivo koristili u proizvodnji membrana. Naknadno su proizvedene membrane

od kevlara a najnovije membrane su membrane sa matrix kompozitnim akrilnim polimernim

gelom, koji se sastoji od optimalnog odnosa karbona i kevlara.

Membrana je najvažnija komponenta strukture zvučnika. Ona povezuje strukturu koja

emituje zvuk i vazdušno opterećenje sa zavojnicom uz delovanje mehaničko akustičkog

pretvarača. Efektivna površina membrane odgovara površini baze. Efektivni procep membrane je

do 5cm manji od procepa zvučnika. Ravni disk se ne može koristiti za generisanje zvučnika osim

ako nije izveden od poliestera ili specijalne sendvič konstrukcije. Smanjujemo li ugao od 180

stepeni,čvrstoća membrane postaje sve veća.

Za emitovanje akustične snage od 35 mW, vršna amplituda zvučnika sa membranom od

250 mm biće oko 2 mm. Sa najboljim zvučnikom, specijalno konstruisanim za duge hodove

membrane, nije moguće ostvariti vršni pomak od 13 mm (26 mm) bez visokih izobličenja.

Za reprodukciju visoke vernosti ili primenu u monitorskim sastavima, donja granica

promena membrane iznosi 250 mm. Zvučnici procepa ispod 200 mm nisu upotrebljivi u

sastavima najviše vernosti repordukcije ili monitor sastavima.

ProizvoĎači često prikazuju frekvencijske odzive malih zvučnika koji su linearni na

20

niskim frekvencijama. Najčešće nije odreĎeno pri kojoj buci je taj odziv postignut. Različiti nivoi

zvučnosti pri kojima se takvi odzivi snimaju su toliko niski da se pri njima zvučnici uopšte ne

mogu korisiti za normalno slušanje.

Najnovije membrane su ekstremno čvrste,vrlo lagane i imaju veliko unutrašnje prigušenje

rezonansije. Postupak proizvodnje takvih membrana omogućava kontrolu debljine preseka

membrane u svakoj tački. Membrane ne proizvode proizvoĎači zvučnika već ih proizvode fabrike

plastičnih masa.

Većina svetskih proizvoĎača ima iste membrane a izuzeci prilično koštaju. Pri tome

mislimo na specijalne kompozitne sendvič konstrukcije membrana ili membrane od legura lakih

metala, ali iako takvi modeli danas imaju najbolje performanse, verovatno nikada neće biti u

masovnoj upotrebi zbog troškova izrade.

Na sledećoj slici prikazana je zavisnost faktora gubitka od Young-ovog modela.

Plastika

Young Model E [Mpa]

Loss

Fac

tor

Guma Tekstil

Papir

Metal

TPX

XPP

X3P

Slika 13. Zavisnost faktora gubitka od Young-ovog modela

Sa slike zavisnosti se uočavaju novi materijali ( TPX,XPP,X3P ) koji su pogodniji od

ostalih materijala za projektovanje membrane zvučnika. Rebra za pojačanja izraĎena od ovih

materijala daju veliku čvrstoću membranama zvučnika. Položaj pojačanja i preseci odreĎeni su

metodom analize konačnih elemenata,tzv “Finite Element Analysis”. Postupak izrade je injekcija

mešavine TPX i Polipropilena, koji ima veliko prigušenje. XPP i X3P su optički prozirne

membrane koje kombinuju tačnost i transparentnost zvuka tvrĎih materijala sa glatkošću i

muzikalnošću zvuka mekih membrana.

Na sledećoj slici prikazana je X3P optički prozirna membrana sa poliruetanskom gumom.

21

Slika 14. X3P optički prozirna membrana sa poliruetanskom gumom

Tipovi materijala od kojih se izraĎuju membrane kao i njihove karakteristike prikazane su

sledećom tabelom.

Tabela 1.

Materijal Mehanički Q Yungov model

x 810

Gustina Omekšavanje

Polistiren 31 19 0.95 100 C

Plastificirani

Polistiren

10 do 15 16 do 20 0.96 100 C

Polietilen 10.5 10.5 0.94 120 C

Polipropilen 11 15.5 0.89 120 C

Polimetil penten 8 27.7 0.84 180 C

Ekspandirani

polistiren

3 0.02 0.016 100 C

Filcani papir 5 3 0.1 -

Fenolni papir 15 10 0.25 -

Metalne membrane

Legure aluminijuma i ostalih laganih metala idealni su materijali za izradu vrlo laganih i

čvrstih membrana zbog stabilnosti, homogenosti i lakoće izrade. MeĎutim, zbog malih

unutrašnjih gubitaka trenja javljaju se višestruke rezonancije na višim frekvencijama te se ne

koriste u izradi membrana široke potrošnje. U vrhunskim zvučnicima sa membranama od

aluminijumskih legura ti se problemi rešavaju korišćenjem kompozitnih materijala i elastičnim

premazima i filterima.

Gledajući sa područja kvaliteta reprodukcije zvuka, možemo reći da zvučnik sa jednom

membranom ne može da reprodukuje celo audiofrekvencijsko područje. Membrane su najbolji

pokazatelji potrebe za konstruisanjem pojasnih zvučnika.

22

Problemi koji se javljaju kod širokopojasnih zvučnika je prestanak oscilovanja cele

površine membrane na višim frekvencijama. Tada membrana osciluje samo u području oko vrata

(u spoju membrane i kalema), i emitovanje postaje dosta usmerenije. Na niskim frekvencijama

prostiranje zvuka u materijalu membrane je dosta veliko, dok se sa povećanjem membrane znatno

smanjuje. Zbog toga pri emitovanju visokih frekvencija zvuk sa rubnih delova membrane se

emituje u prostor sa odreĎenim kašnjenjem.

Brzina prostiranja zvuka u membrani, ne zavisi samo od frekvencije i i oblika, nego i od

strukture membrane (gustine i elastičnosti materijala od koje je izraĎena). Zbog toga je poželjno

da je brzina prostiranja zvuka u materijalu membrane što veća, čime se dobija veće iskorišćenje i

bolji odziv.

Oscilovanje membrane po delovima je još jedan od problema sa kojima se susreću

širokopojasni zvučnici. To se dešava na višim frekvencijama kada krutost membrane ne može

izdžati jake sile inercije. Taj efekat nazivamo prelomom membrane, koji nastaje na nekoj

odreĎenoj prelomnoj frekvenciji. Prelomna frekvencija zavisi od konstante elastičnosti, debljine i

vrste materijala membrane, kao i od prečnika iste. Konusne zvučničke membrane iznad prelomne

frekvencije pokazuju dva osnovna načina savijanja - radijalna i transverzalna. Radijalna

(longitudinalna) savijanja dele membranu uzdužno, po simetrali, na delove. Ovo se dešava zbog

nehomogenog materijala membrane ili zbog neujednačene elastičnosti centratora. Transverzalna

(koncentrična) savijanja nastaju u talasima membrane od vrata ka rubovima. Ovi modovi

oscilovanja mogu se pojaviti uz sve frekvencije oscilatornog kalema kada je dužina stranice

membrane integralni deo talasne dužine.

Za širokopojasne zvučnike uglavnom se preporučuju hiperbolični profil konusa, sa

graničnim prečnikom membrane do 20 cm. Ako bi se koristio veći prečnik, onda bi srednja brzina

zvuka bila premala. TakoĎe je neophodan vrlo elastičan gornji centrator, da bi ublažio sve

dolazeće talase.

Svi prethodni negativni efekti ukazuju na potrebu podele zvučnih sistema na

odreĎena frekvencijska područja. Ta područja su s jedne strane odreĎena rezonantnom

frekvencijom zvučnika, a sa druge strane prelomnom frekvencijom, tj parcijalno oscilatornom

rezonansom membrane.

Kupola

Centralna kupola ili poklopac zvučnika postavljaju se u cilju sprečavanja ulaska stranih

tela i prašine u procep magneta zvučnika. Kupola takoĎe vrši ventilaciju zavojnice pa tako

poboljšava hlaĎenje zvučnika.

Na visokim frekvencijama pri kojima membrana prestaje emitovati zvuk, kupola

povezana sa zavojnicom direktno emituje visoke frekvencije. Kupola pojačava čvrstoću strukture

membrane. Ako je kupola veće širine nego zavojnica, uzrok je prigušenje kritičnih vibracija

membrane. Metalna kupola hladi zavojnicu. Kupola zvučnika je prikazana na sledećoj slici.

23

Slika 15. Kupola zvučnika

Spojni vodovi

Zavojnica zvučnika na svojim krajevima ima spojne vodove koji se završavaju na

terminalima zvučnika. Zavojnica se izraĎuje od bakrene i aluminijumske žice punog preseka.

Takve žice nisu elastične te je spoj zavojnice potrebno napraviti sa dva vrlo savitljiva spojna voda

koji neće ometati kretanje zavojnice i membrane.

Spojni vodovi se ne smeju prekidati ni savijanjem pa se najčešće izvode od savitljive

bakrene pletenice vrlo malog preseka. Spoj ovih vodova izvodi se lemljenjem na telu nosača

zavojnice ili telu membrane. Ako je zavojnica izraĎena od aluminijumske žice, spajanje sa

fleksibilnom bakrenom pletenicom izvodi se tačkastim varenjem. Na mestima prelaza obično se

primenjuje viskozno prigušenje ili se spoj dodatno učvršćuje lepkom. Spojni vodovi su jedan od

najkritičnijih delova zvučnika te su konstrukcijski element elektrodinamičkog zvučnika koji često

zakaže te smo ga iz tog razloga spomenuli. Spojni vod jednog elektrodinamičkog zvučnika

prikazan je na sledećoj slici.

Slika 16. Spojni vod elektrodinamičkog zvučnika

24

5.2. Princip rada elektrodinamičkog zvučnika

Pošto smo ustanovili da se kružni kalem nalazi u magnetskom procepu, samim tim

konstantno je pod uticajem magnetskog polja permanentnog magneta. Ako kroz kalem pustimo

struju, on će stvoriti sopstveno magnetsko polje, koje će u meĎusobnom delovanju sa stalnim

magnetom proizvesti elektromagnetsku silu. Ta sila će delovati u osi oscilatornog kalema, i tako

izazvati kretanje u njoj, a samim tim i kretanje membrane, koja će u vazduhu proizvoditi

vibracije, tj zvuk. Intenzitet sile koja deluje na kretni kalem je :

F I l B gde je :

I – Jačina struje kroz provodnik. Jedinica je Amper A

l – Dužina provodnika u procepu. Jedinica je metar m

B - Intenzitet magnetske indukcije u procepu. Jedinica je Tesla T

Sila F koja deluje na membranu zvučnika treba savladati tri različita tipa sila koje joj se

suprotstavljaju, a to su : sila inercije, sila trenja i elastična sila. Ukupna masa membrane i

vazduha koji vibrira zajedno sa membranom,odreĎuju silu inercije koja je proporcionalna

ubrzanju ( Sila deluje na masu koja dobija ubrzanje. Nakon prestanka delovanja sile,masa

usporava).

Unutrašnje trenje mehaničkog sastava membrane i trenje čestica vazduha odreĎuju silu trenja

koja je proporcionalna brzini ( Sila deluje na masu, savladava trenje i masa dobije brzinu. Nakon

prestanka delovanja sile,brzina mase jednaka je 0, tj masa se prestaje gibati. Sva energija predana

masi gubi se u obliku toplote usled trenja).

Samo sile trenja daju zvuk! Krutost celog sastava utiče na elastične sile, koje su

proporcionalne pomaku. Od svih ovih sila, sila trenja čestica vazduha ostvaruje zvučni talas.

Znamo da je sila koja pokreće membranu zvučnika proporcionalno proizvodu magnetske

indukcije B, dužine zavojnice l u magnetskom polju i struji koja teče kroz zavojnicu, I. Sila se

najlakše može povećati motanjem žice u zavojnicu u nekoliko slojeva, relacija važi bez obzira na

geometriju.

Primer delovanje elastične sile prikazan je na sledećoj slici.

Vazduh deluje

elastično

Membrana

F

Slika 17. Uticaj elastične sile

Kao što se vidi sa slike, sila deluje na membranu koja sabija oprugu odreĎene krutosti.

Nakon prestanka delovanja sile elastična opruga vraća membranu u početni položaj. Vazdušno

opterećenje membrane je reaktivno.

25

5.3 Model zvučnika u električnim kolima

Ako je struja koja se propušta kroz kalem naizmenična, proizvode se zvučni talasi čije su

promene pritiska proporcionalne promenama napona na izlazu iz audio pojačala koje pobuĎuje

zvučnik. Električni krug zvučnika čini oscilatorni kalem u magnetskom polju stalnog magneta,

priključen na pojačalo kao izvor (obično je to izvor konstantnog napona U, električnog

unutrašnjeg otpora Ru= 0). Kalem u homogenom magnetskom polju (u mirovanju), može se

predstaviti impedansom otpora žice i induktivnosti kalema, odnosno :

EZ EZ EZZ R j L

gde je :

EZZ - Električna impedansa oscilatornog kalema

EZR - Električni radni otpor oscilatornog kalema

EZL - Električna induktivnost oscilatornog kalema

Slika 18. Kalem u homogenom magnetnom polju

Kada se kroz žicu kalema propusti naizmenična struja, kalem počinje oscilovati pa se u

njemu stvara kontraelektromotorna sila. Ta elektromotorna sila se suprotstavlja struji koja teče

kroz kalem i stvara efekat povećanja impedance, koja se naziva dinamička impedansa.

Ona se može predstaviti izrazom:

2 2

ED ED ED

M

e B LZ R j X

i Z

gde je:

EDZ - Električna dinamička impedansa

e - kontraelektromotorna sila oscilatornog kalema

i - Električna struja

EDR - Električni otpor realnog dela dinamičke impedanse

EDX - Električna rekatansa imaginarnog dela dinamičke impedance

Pa je ukupna električna impedansa zvučnika u radu jednaka zbiru električne impedanse

oscilatornog kalema i električne dinamičke impedanse :

26

E EZ EDZ Z Z

Iz prethodnog možemo videti da struja u električnom krugu zvučnika nije samo funkcija

primenjenog napona i impedanse oscilatornog kalema, vec je ˝modulisana˝ dinamičkom

kontraelektromotornom silom i kao rezultat toga jeste dinamička impedansa. Uticaj te sile je

značajan samo u malom frekvencijskom opsegu oko frekvencije mehaničke rezonanse zvučnika,

obično na niskim frekvencijama audiospektra. Dinamička impedansa u tom području ima

odlučujući uticaj na karakteristike zvučnika.

6. Osnovne karakteristike zvučnika

Zvučnik je izlazni elektroakustički pretvarač. Na slici je prikazan process pretvaranja

električne snage (struje) u zvučnu snagu odnosno akustički protok.

Ulazni pretvarač

Elektroakustički sistem

Izlazni pretvarač

Slika 19. Proces pretvaranja električne snage u zvučnu snagu

Zvučnik koristi membranu kao posrednika izmeĎu motora i medija što je prikazano na

sledećoj slici.

Električno-mehaničkopretvaranje

Mehaničko-akustičko

pretvaranje

Brzina

membrane

Akustička

snaga

Električna

snaga

Slika 20. Membrana kao posrednik između pretvaranja električne snage u zvučnu

Danas se praktično isključivo koristi elektrodinamička vrsta zvučnika. Poprečni presek

elektrodinamičkog zvučnika prikazan je na slici 5.

Karakteristike zvučnika su :

- Faktor pretvaranja (efikasnost)

- Snaga

- Izobličenje

- Impedansa

27

Faktor pretvaranja (efikasnost)

Prema svojoj osnovnoj definiciji, faktor pretvaranja je odnos pritiska koji stvara (na

jediničnom rastojanju) i električne pobude, prikazana sledećom jednačinom :

,

2, a

p P

PpT

WU

Z

Praktična definicija efikasnosti koja se standardno koristi danas je :

Nivo zvuka (dB) koji ostvaruje na rastojanju 1m pri pobudi snage 1W.

Maksimalni nivo zvuka koga zvučnik postiže na rastojanju 1 m može se odrediti tako što

se efikasnost uveća za 10 maxlogP . Na bilo kom rastojanju ovaj nivo zvuka će biti umanjen za

10log r (dB). Neki zadati nivo zvuka na zadatom rastojanju može se postići sa raznim

kombinacijama efikasnosti i snage zvučnika.

Primer :

Ako je zadato da se ostvari nivo zvuka 120 dB na rastojanju 1m, to se može ostvariti sa

1. Zvučnikom čija je efikasnost 99 dB @ 1 W @ 1 m, sa snagom 150 W

2. Zvučnikom čija je efikasnost 90 dB @ 1 W @ 1 m, sa snagom 1000 W

Važno je napomenuti da u dizajnu pokretnog sistema zvučnika ne mogu se pomiriti

zahtevi za što većom efikasnošću i što većom linearnošću. Veća efikasnost zahteva veći hod

membrane, a tada je teže ostvariti linearnost takvog njenog kretanja. Kvalitetni zvučnici (studijski

monitori i slično) imaju manje vrednosti efikasnosti a maksimalno ostvarljivu linearnost.

Zvučnici za ozvučavanje imaju maksimalne efikasnosti (preko 100 dB@1 W@1 m ), ali sa

linearnostima koje su lošije.

28

Snaga zračenja zvučnika

Membrana se ponaša kao kruti klip što je prikazano sledećom slikom.

S

S

N 2a

Po definiciji,snaga

zvučnika iznosi

Slika 21. Snaga zračenja zvučnika

Za zvučnik ugraĎen u beskonačnu ploču zračenje je u poluprostoru ( 2 ), te iznosi :

2 22 2 2 2 2 2

2a az

z

c k c kP v S R v S v S

ovde je 2S a , pa je :

2 4 2

aP v a c k

Snaga zračenja srazmerna je :

2 4 4

aP f a

29

Posledica zavisnosti snage zračenja je sledeća :

- Zvučnici koji emituju samo više frekvencije imaju male membrane i veoma male pomeraje.

- Zvučnici koji emituju najniže frekvencije moraju imati velike membrane i mogućnost da ostvare

velike pomeraje.

-Emitovanje niskih frekvencija sa manjim membranama moguće je samo ako se napravi

konstrukcija koja omogućava veći pomeraj membrane.

Membrana zvučnika je akustički dipol. Za rad zvučnika potrebno je eliminisati zračenje sa

zadnje strane. Kutija se u kolu zvučnika pojavljuje kao akustički kapacitet aC , u koga ide

akustički protok q sa zadnje strane, dok je impedansa koju vidi zvučnik u zatvorenoj kutiji

predstavljena sa azZ . Slika zvučnika u kutiji kao i ekvivalentnog električnog kola prikazan je na

sledećoj slici.

Slika 22. Zvučnik u kutiji i ekvivalentno električno kolo

30

Linearizacija snage zvučnika

Linearizacija je prikazana sledećom slikom.

dB

f (log)

6 6

6

12

12

Slika 23. Linearizacija snage zvučnika

Rezultanta je linearna snaga od rezonantne frekvencije membrane do frekvencije kada membrana

postaje dovoljno velika u odnosu na i generiše ravan talas.

Maksimalna snaga zvučnika

Zbog male efikasnosti pretvaranja najveći deo snage koja se šalje u zvučnik ostaje u

njemu i pretvara se u toplotu. Maksimalna snaga koju zvučnik može da prima odreĎena je

maksimalnim mogućnostima zagrevanja namotaja kalema.

Maksimalna snaga zvučnika je definisana na dva načina :

1. Kao dugovremena snaga (nominalna, sinusna snaga) koju zvučnik može da izdrži u

neograničenom vremenu a da ne doĎe do pregrevanja.

2. Kao kratkovremena snaga (muzička snaga) koju zvučnik može da izdrži samo u ograničenom

vremenskom intervalu, nakon koga mora nastupiti interval hlaĎenja.

31

Izobličenje

Na sledećoj slici prikazana je zavisnost izobličenja od električne snage. Sa slike se jasno

vidi da izobličenje zvučnog signala eksponencijalno zavisi od primenjene električne snage.

Izob

ličen

je

Električna snaga

Slika 24. Zavisnost izobličenja od električne snage

7. Sistemi ozvučenja

7.1. Sistem ozvučenja u kolima

Mnogo godina, radio jedinica je bila master ureĎaj zabave u kolima,te su zvučnici bili

direktno povezani na njega. Šema starog sistema ozvučenja u kolima prikazana je na sledećoj

slici.

Pojačavač

Zv

učn

iciAudio izlaz

Centralna jedinica

off Prekidač

TV Tjuner

AM/FM Tjuner

Antene

Slika 25. Stari sistem ozvučenja u kolima

Implementacijom dodatnih pojačavača zvuka i višekanalnih sistema zvučnika,sam sistem

ozvučenja je postao mnogo kompleksniji. Sa dolaskom CD/DVD plejera ili CD šaržera kao

dodatnog master ureĎaja, sistema zabave u kolima je bio sve složeniji a sistem ozvučenja

označen je crvenim pravougaonikom na sledećoj slici.

32

Slika 26. Sistem ozvučenja u modernim sistemima zabave u kolima

Jedan od najbitnijih delova u celom lancu sistema zabave u kolima jeste audio izlaz. Blok

dijagram savremenog audio sistema prikazan je na sledećoj slici.

BP

HP

NF

BP

HP

NF

BP

HP

NF

BP

HP

NF

Ulazni audio

signal

DSP

Ekvilajzer

LP Zadnji desni zvučnik

Prednji desni zvučnikPrednji levi zvučnik

Zadnji levi zvučnik

Subwoofer

BP (Band pass)- filtar propusnik opsega

učestanosti

HP (High pass)- filtar propusnik visokih

učestanosti

LP (Low pass)- filtar propusnik niskih

učestanosti Slika 27. Blok dijagram savremenog audio sistem,tzv Active 2-way sistem

Sa slike se vidi da se audio signal dovodi na procesor digitalnog signala ( DSP- Digital

Signal Processor) koji se ponaša kao ekvilajzer i kao linija za kašnjenje. Virtuelni 3D zvuk može

33

biti programiran u DSP-u. Zatim se audio signal iz DSP-a deli u četiri grane za stereo zvuk, u

levu i desnu granu (mogućnost korišćenja samo jedne od grana), tako obezbeĎujući pokrivenost

zvukom kako putnika na prednjim tako i na zadnjim sedištima. TakoĎe je moguće povezati sva

četiri zvučnika odjednom kako bi obezbedili surround zvuk. Ovakav sistem naziva se popularno

Active 2-way sistem i veoma je čest.

Principi dobrog audio izlaza zavise od 3 ključna faktora :

1. Frekvencijski odziv zvučnika mora da se poklapa sa percepcijskim odzivom čoveka

2. Fazni odziv mora biti maksimalno ravan, što dovodi do niskog grupnog kašnjenja.

3. Sredina mora biti sa malim ehom.

Zvučnik sam po sebi ima frekvencijski odziv, što znači da je zvučnik rezonantan za neke

audio frekvencije, u zavisnosti od konstrukcije i tipa zvučnika. Zvučnici mogu biti klasificirani

na osnovu frekventnog opsega koji obuhvataju na:

- zvučnike niskih frekvencija ( 20-500Hz ) obično prečnika od 15 do 40 cm koji se još

nazivaju bas zvučnici ili woofer.

- zvučnike srednjih frekvencija ( 300Hz – 5kHz ) obično prečnika 5 do 15 cm koji se

nazivaju srednjetonci ili mid range.

- zvučnike visokih frekvencija ( 2 – 20kHz ) su najčešće prečnika 1 ili 2,5 cm i nazivaju se

još tweeteri ili visokotonci.

Osim ovih opsegom ograničenih zvučnika većina proizvoĎača nudi širokopojasne

zvučnike koji pokušavaju da prenesu veliki opseg čujnog spektra. Zbog mehaničkih ograničenja u

konstrukciji broadband zvučnika, frekvencijski odziv je riplovan i nije ravan, što znači da su neke

frekvencije prikazane a neke su redukovane. Slika 28 prikazuje tipične 2way zvučnike koji

pokrivaju srednji opseg i visoke tonove, dok je bas zvuk pokriven jednim bas zvučnikom,

poznatim kao Subwoofer. Izvor veoma niskih frekvencija ne može detektovati ljudsko uho, tako

da je jedan bas zvučnik dovoljan a njegova pozicija nije kritična. Tipični frekvencijski odziv za

2way zvučnik sa bas-reflex pojačalom i 3way zvučnim sistemom prikazan je na sledećoj slici.

Bas zvučnik

Srednjetonski zvučnik

Visokotonski zvučnik

Kombinovani

frekvencijski odziv

Slika 28. Frekvencijski odziv za 2 way zvučnik sa bas-reflex pojačalom

Sredina u kojoj zvučnici rade utiče na frekvencijski odziv pojedinačnog zvučnika. Kada je

sredina uporedivo kruta, frekvencijski odziv se šiftuje na niže frekvencijske opsege. Zvuk okoline

pruža rezonanciju koja smeta frekvencijskom odzivu zvučnika. Dobar audio sistem pruža

frekvencijski odziv sličan čovekovoj percepciji. Ekvilajzer ispravlja sve nedostatke koje zvučnici

34

i zvuk okoline imaju. Jedan od ključnih faktora je taj da frekvencije dolaze do uha u isto vreme.

Za doživljaj prirodnog zvuka, očigledno je da da se neće poklopiti samo zvučne reprezentacije

(odziv kašnjenja grupe) nego i fazne reprezentacije takoĎe.

Kada se zvuk transmituje sa različite udaljenosti ka slušaocu, kašnjenje prenosa je

evidentno. Ova kašnjenja se mogu kompenzovati preko linije za kašnjenje u ekvilajzeru. Zvučnici

bliži slušaocu će biti zakašnjeni, tako da zvuk sa svih zvučnika doĎe do uha aproksimativno u

isto vreme. Kada su zvukovi reflektovani unutar kola, kašnjenje se više primećuje. Ljudski čujni

sistem može kompenzovati odreĎeno kašnjenje zvuka ali preko te granice prepoznaje se kao

eho,koji ume biti veoma iritantan.

Uzimajući u obzir unutrašnjost kola, zvučnici mogu biti pametno postavljeni. U jednu

ruku, neophodno je da zvuk doĎe do glave slušaoca direktno. U drugu ruku,eho mora biti

redukovan! Ako je jedna osoba u kolima to je lako ostvarljivo, teži zadatak je obezbediti iste

uslove za sve putnike u vozilu. Kako je u većini slučajeva dobar audio sistem zapravo

kompromis izmeĎu frekvencijskog odziva, odziva kašnjenja grupe i eha, neki proizvoĎači

automobila podešavaju zvučnike u kolima na tačno odreĎene pozicije. Za automobile niže klase,

fokus je na vozaču i suvozaču dok je kod limuzina visoke klase, fokus zvučnika na zadnja

sedišta.

Dok uobičajeni zvučni sistemi pružaju jedne širokopojasne zvučnike, sistemi ozvučenja

više klase pružaju u najmanju ruku dual-way ili triple-way zvučnike. Ovde, filtar propusnik

niskih učestanosti, filtar propusnik opsega učestanosti i filtar propusnik visokih učestanosti

odvajaju audio spektar prema frekvencijskim odzivima zvučnika. Dodajući sve frekvencijske

odzive,obezbediće se maksimalno ravan odziv. Na slici je prikazana šema postavljanja zvučnika

u kolima kako bi se dobio maksimalno ravan odziv i najboje karakteristike sistema ozvučenja.

Zona

vozača

Reflektovani signal

Direktni signal

Slika 29. Distribucija zvuka unutar automobila (direktni i reflektovani signal)

Najpoznatiji proizoĎači zvučnika za automobilsku industriju su BOSE, Bang&Olufsen,JBL.

35

Slika 30. Bose 5.1 Surround sistem u automobilu Audi A6

Slika 31. Bang & Olufsen Advanced 3D-Sound sistem u automobilima marke Audi

36

7.2. Sistemi ozvučenja u bioskopima

1934 godine, istraživanje Bell telephone Laboratories pokazalo je da postoje samo dva

načina za pravilno reprodukovanje realističnog osećaja za pravac i prostor a to su :

1. Binauralno ( snimci reprodukovani kroz slušalice, nije za komercijalnu upotrebu )

2. Višekanalno ( što više kanala to bolja reprodukcija zvuka )

U početku postojao je monofonski ( jedan kanal) zvuk, koji je zadovoljavao potrebe ali se

ubrzo nastavilo sa razvojem. Bell Laboratories, jedna od najvećih svetskih istraživačkih

institucija, vršila je razne eksperimente u pogledu šta je to potrebno za tačnu direktnu

reprodukciju i došla do zaključka da je za reprodukciju zvuka preko zvučnika, potrebno više od

jednog kanala. Iako je postojanje više kanala bilo jako poželjno, tada i u to vreme nije bilo

tehnički izvodljivo, tako da se tražio praktični minimalni broj kanala. Došlo se do rezultata da su

tri prednja kanala dovoljni da proizvode binski zvuk, ali bez osećaja ambijenta i prostora. Za

pojedinačnog slušaoca, mislilo se da je zvučni sistem od dva kanala sasvim dovoljan tako da je

50-ih godina počela masovna proizvodnja. Sistem od dva kanala prikazan je na sledećoj slici.

Slika 32. Dvokanalni stereo sistem

Razlog za proizvodnju sistema od 2 kanala jeste taj da nije postojalo praktičnih metoda u

to vreme da bi se ostvario sistem koji bi imao više od 2 kanala. Ideja da pošto imamo dva

uha,levo i desno,te nam zbog toga treba sistem od 2 kanala je prihvaćen ali samo za slušanje

preko slušalica. Naša dva uha i mozak daju nam trodimenzionalni osećaj pravca i prostora, kako

bismo to ostvarili bio je potreban sistem sa više od 2 kanala. 70-ih godina bilo je pokušaja da se

naprave višekanalni sistemi ali je taj pokušaj propao iz razloga što je bilo više proivoĎača sistema

koji nisu mogli da se dogovore oko toga koji sistem treba da postane standard. Sa ove tačke

gledišta,dobro je što nije bilo dogovora jer je raspored kanala bio jako loš, nije postojao centralni

kanal te je stereo zvuk bio jako lošeg kvaliteta. Većina sistema toga vremena imalo je problema

oko mešanja zvuka raznih kanala. Bez kanala koji su postavljeni bočno, osećaj ambijenta i

prostora je bio manji nego što je mogao biti.

Višekanalna matrix tehnologija zasnovana na kvadrofonskom sistemu bila je napravljena

od strane firme Dolby,bila je primenjena u bioskopima i prikazana je sledećom slikom.

37

Slika 33. Dolby stereo sistem zvučnika za bioskope

Aktivni matrix sistem bio je podeljen na četiri kanala : levi,centralni i desni niz i na jedan

surround kanal koji je slao signal do nekoliko zvučnika distribuiranih niz stranu bioskopa kao i

na zadnjoj strani bioskopa. Jedan od kompromisa bio je ozbiljno limitiranje u odzivu visokih

frekvencija surround kanala.

JBL kao jedan od lidera u proizvodnji zvučnika i sistema ozvučenja, kada su bioskopi u

pitanju dao je predlog o tome kako postaviti zvučnike u bioskopu, što je prikazano na sledećoj

slici.

Slika 34. Postavljanje zadnjih zvučnika u bioskopima

38

Sa slike se može videti da su zvučnici postavljeni tako da se ose pojedinačnog zvučnika

seku u tački koja je aproksimativno 2

3 dužine udaljena od zadnjeg zida. Bočni zvučnici koji daju

surround zvuk trebaju biti postavljeni na visinu izmeĎu 3,6 m - 4,5 m, a ose visoke frekvencije

trebaju biti uperene na poslednju kolonu sedišta koje se nalaze na drugom kraju sale, što je

prikazano sledećom slikom.

Tipično 3.6-4.5m

Slika 35. Postavljanje bočnih surround zvučnika u bioskopima

Izgled zvučnika koji se koriste u bioskopima prikazan je na sledećoj slici.

Slika 36. JBL zvučnici za bioskope

39

6.3. Sistemi ozvučenja u kući

Prirodno, sistem ozvučenja iz bioskopa preselio se u domove, sa pojednostavljenjem u

vidu toga da je surround kanal bio slat paru zvučnika, koji su bili locirani sa strane slušaočke

regije. Jedna od najčešćih grešaka jeste pozicioniranje surround zvučnika iza slušaoca u pozadini

sobe. Percepcija surround ambijenta je najbolja kada su zvukovi na oba uva nekorealisani,

odnosno različiti jedan u odnosu na drugi. Ovo je najefektivnije postignuto kada zvuk dolazi sa

strane. Prepoznajući da će kupci nepovoljno reagovati ukoliko bi morali kupovati 5 velikih

zvučnika punog opsega reprodukcije, subwoofer-ski kanal je dodat. Primer pravilnog rasporeda

jednog 5.1 surround sistema za kućnu upotrebu prikazan je na sledećoj slici.

L C

LS

R

RS

Slika 37. Dolby 5.1 surround sistem za kuću

Prepoznajući da bioskopi ne mogu da isprate u dobroj meri ambiciozne sound track-ove

za filmove, tj da u različitim bioskopima je zvuk drugačijeg kvaliteta, Lucas film je zbog serijala

Star Wars, odlučio da standardizuje kvalitet zvuka u bioskopima sa njihovim THX programom

koji je doneo revoluciju u sferi kvaliteta zvuka. THX 5.1 surround sistem za kuću prikazan je na

sledećoj slici.

L C

LS

R

RS

W

Slika 38. THX 5.1 surround sistem za kuću

Daljim poboljšanjem sistema THX došlo se do 7.1 surround sistema koji je prikazan na sledećoj

slici.

40

L C

LS

R

RS

W

RRRL

Slika 39. THX 7.1 surround sistem za kuću

Kod 7.1 surround sistema dodaju se zadnji levi (RL) i zadnji desni (RR) zvučnik kako bi se

poboljšala percepcija ambijenta i prostora.

Poznati proizvoĎači zvučnika za kućne sisteme ozvučenja prikazani su na sledećoj slici.

Slika 40. 5.1 Surround sistemi Harman Kardon (levo) i JBL (desno)

8. Budućnost zvučnika

Kao što je poznato, razvoj i transformacija mobilnih telefona iz ureĎaja za komunikaciju u

prave džepne računare i multimedijalne centre, izazvali su munjevitu ekspanziju tržišta zvučnika.

Sve veću popularnost stiču i aktivni bežični zvučnici, predviĎeni za striming muzike sa pametnih

telefona ili tablet računara.Ukoliko uživate u muzici u pokretu, ali ponekad poželite i da je

podelite sa drugima, slušalice više nisu dovoljne i tada na scenu stupaju prenosivi zvučnici. Ove

aktivne sprave prisutne su na tržištu već decenijama, a njihove mogućnosti napredovale su u

skladu s tehnologijom. Počelo je sa džepnim radio-aparatima, nakon čega su stigli kompaktni

kasetofoni i CD plejeri sa ugraĎenim pojačalom i zvučnikom. Pre nekoliko godina, iPod stanice

su bile u tržišnom usponu, ali ih je ograničenost na samo jedan tip ureĎaja, kao i razvoj

tehnologije bežičnog prenosa, sprečili da ostvare veću i trajniju popularnost. Kao poslednja

reinkarnacija kompaktnih aktivnih zvučnika, namenjenih za nošenje ili ulogu stonih radio-

aparata, danas su pred nama bežični zvučnici.

41

Bežični zvučnici mogu biti u formi zaista kompaktnih, džepnih sprava, koje su predviĎene

za nošenje na putovanja i izlete, ili u nešto većem formatu, kada preuzimaju ulogu stonih audio-

ureĎaja. Naravno,svim izvedbama zajednička je mogućnost bežičnog povezivanja, ali i svedenost

na samo jednu zvučničku jedinicu. Kao primere prenosivih ureĎaja, ali i mogućih razlika meĎu

proizvodima iste osnovne namene, možemo navesti JBL Charge i Harman Kardon Esquire, koji

su prikazani na sledećoj slici.

Slika 41. Bežični zvučnici JBL Charge (levo) i Harman Kardon Esquire (desno)

JBL Charge se odlikuje robustnim kućištem sa gumenim ojačanjima, dobro zaštićenim

zvučnikom i internom baterijom od čak 6.000 mAh, koja može poslužiti za punjenje mobilnog

telefona ili drugog prenosivog ureĎaja. Harman Kardon Esquire se pak odlikuje elegantnim

linijama i luksuznom završnom obradom, savršeno uklapa u poslovno okruženje, a funkcija

spikerfona daje mu dodatnu upotrebnu vrednost.

Razvoj elektronike doveo je do toga da danas postoji nekoliko tehnologija bežičnog

prenosa koje se nadmeću za primat, a svaka ima svoje prednosti i nedostatke. Van svake sumnje,

najupotrebljiviji vid povezivanja još uvek je standard IEEE 802.11, poznatiji kao Wi-Fi. Bežično

pripajanje lokalnoj mreži, uz mogućnost izlaska na spoljni net i upotrebu online sevisa (internet

radio i sl.), dopušta striming sa svih mrežnih lokacija, kao i kontrolu putem specijalizovanih

aplikacija za Android i Apple ureĎaje. Pored toga, ozbiljniji bežični zvučnici podržavaju

reprodukciju 192 kHz/24-bitskih zapisa preko mreže. Ograničenja ovog tipa veze većinom se

svode na cenu, jer je neophodno prisustvo dodatne mrežne opreme (bežični ruter), a reprodukcija

fajlova visoke rezolucije još uvek je rezervisana za višu klasu bežičnih zvučnika.

Najveći rival Wi-Fi povezivanju, koji je možda i preuzeo primat u popularnosti, jeste

upravo bluetooth. Ovaj vid bežične veze popularnost duguje pre svega jednostavnoj upotrebi, jer

od korisnika zahteva minimalni angažman i praktično nikakvo tehničko predznanje. Ipak, za

primenu u audio-industriji najveći značaj ima prisustvo famoznog aptX kodeka. Nedostaci? Iako

ima relativno mali domet (desetak metara u praksi), za većinu situacija ovo je sasvim dovoljno,

pa ovo treba uzeti kao uslovnu manu. Osim toga, mogućnosti jesu manje nego kod Wi-Fi veze u

apsolutnom smislu, ali je to velikom delu korisnika sasvim beznačajno. Ukratko, bluetooth je

42

jednostavan i dovoljno svestran vid bežičnog povezivanja, a mogućnost prenosa 96/24 fajlova

učinila ga je veoma dobrim i u pogledu kvaliteta reprodukcije.

NFC povezivanje, Near Field Communication, kako glasi pun naziv, omogućava

povezivanje dva ureĎaja tako što se oni dodirnu ili postave u neposrednu blizinu (do nekoliko

centimetara).Drugim rečima, nema pritiskanja dugmića, dovoljno je da stavite mobilni telefon ili

tablet na zvučnik. Ipak, NFC ne predstavlja zasebni tip povezivanja u punom smislu, jer ga

pomenuto ograničenje udaljenosti čini neupotrebljivim za dužu upotrebu. Kad su pametni

telefoni, tablet računari i bežični zvučnici u pitanju, NFC se koristi kao pokretač za bluetooth

povezivanje. Dakle, kada se telefon i zvučnik dodirnu, NFC sistem pokrene blutut uparivanje i u

roku od nekoliko trenutaka blutut veza je ostvarena.

Nove tehnologije i istraživanja se trenutno baziraju na tankom filmu na karbonskim

nanocevima (CNT- Carbon Nanotubes) koje će zameniti elektrodinamičke zvučnike.

Primenjujući audio frekvencije kroz CNT, zvučnik može generisati zvuk širokog frekvencijskog

opsega malog nivoa izobličenja. Jedinstvenost i prednost leži u tome što se koriste filmovi koji su

fleksibilni,transparentni i rastegljivi tako da se mogu vrlo lako oblikovati po potrebi. Jedan CNT

zvučnik prikazan je na sledećoj slici.

Slika 42. CNT zvučnik

CNT zvučnik,faktički predstavlja pizoelektrični film, nema nijednog pokretnog dela niti

magneta. Napravljeni su pomoću dve elektrode i nekoliko slojeva filma (što je više slojeva to je

veća površina zvučnika). Prednost CNT zvučnika je ta da se može saviti tako da emituje zvuk u

svim pravcima. Sinusoidalni napon je primenjen preko dve elektrode tako praveći čiste i visoke

tonove. Naizmenična struja od dve elektrode, periodično zagreva tanke CNT filmove što

rezultuje u temperaturnim oscilacijama. Ova fluktuacija utiče na pritisak koji osciluje u okolnom

vazduhu, što dovodi do generisanja zvuka. Mehanizam generisanja zvuka nije mehanički pomeraj

filma već je rezultat toplotnog širenja i skupljanja vazduha u blizini tankog filma. Razlika izmeĎu

principa rada konvencionalnih zvučnika i CNT zvučnika prikazana je na sledećoj slici.

43

Slika 43. Konvencionalni zvučnik i CNT zvučnik-princip rada

Kada kroz CNT film prolazi naizmenična struja, tanak film se zagreva u periodima

pozitivnog i negativnog polu-ciklusa što rezultira dvostrukom toplotnom frekvencijskom

oscilacijom, kao i dvostrukim frekvencijskim zvučnim pritiskom. Najveća prednos CNT

zvučnika jeste rastegljivost filma,koji može da se rastegne do 200 % u odnosu na svoju

originalnu veličinu, što dovodi do povećane transparentnosti samog filma. Zbog transparentnosti

CNT film zvučnici mogu imati primenu u raznim tehnologijama, kao npr u LCD modulima a

mogu biti postavljeni čak i preko slika tako dobijajući potpun vizuelni i audio ugoĎaj. Druga

prednost ovakvih zvučnika leži u fleksibilnosti filma koji se može savijati u bilo koji oblik i biti

postavljen na podlogu od krute do fleksibilne površine. TakoĎe,oni mogu biti pravljeni tako da

mogu stati u ureĎaje male površine, poput slušalica ili sirena.

Filmovi mogu biti postavljeni i na odeću tako praveći garderobu koja može da pušta zvuk.

Sa svim ovim neverovatnim mogućnostima primene CNT zvučnika, još detaljnih testiranja se

mora uraditi kako bi se dobili konkretni rezultati primene. Ono što bi moglo da limitira buduću

masovnu proizvodnju CNT zvučnika jeste fleksibilnost u praktičnoj primeni.

Nema sumnje da će kako vreme bude proticalo biti sve više i više aplikacija koje će

koristiti tanke CNT filmove. Ukoliko doĎe do masovne proizvodnje, CNT zvučnici bi doneli

revoluciju u industriji zvuka, jer bi mogućnosti primene bile beskonačne.

44

Literatura

[1] Predavanja iz predmeta elektroakustika- zvučnici, Dr Miomir Mijić

[2] Predavanja iz predmeta audio sistemi, Dr Miomir Mijić

[3] „ Elektrodinamički dinamički zvučnici - graĎa,princip rada,karakteristike“, Ozren Bilan,2011

[4] „The Car Entertainment System”, Niels Koch, Altran GmbH & Co. KG, Munich Germany

[5] „The basics of home theater design”, Floyd E. Toole, JBL, 2003

[6] „Theater systems- A quick guide to specifying cinema loudspeakers”, John Eargle, JBL

[7] „Loudspeakers and rooms for multichannel audio reproduction”, Floyd E. Toole, Harman

International

[8] „5.1- Channel music production guidelines“, Dolby Laboratories, Inc.

[9] www.bose.com

[10] www.bang-olufsen.com

[11] www.jbl.com

[12] www.hi-files.com

[13] www.thefutureofthings.com/3823-flexible-transparent-nanotube-based-loudspeakers