Reproduktor

náhled|Reproduktor z roku 1929

Reproduktor, zastarale amplion, tlampač či hlasadlo je elektro-akustický měnič, tj. zařízení (elektrický stroj), které přeměňuje elektrickou energii na mechanickou energii ve formě zvuku. Obvykle se skládá z membrány, z pohonné části, do které je přiváděn vstupní signál, a dalších dílů. Zvláštním případem malých reproduktorů jsou sluchátka.

Dělení reproduktorů dle způsobu vyzařování Přímovyzařující – kmitající membrána je bezprostředně navázána na prostředí, do kterého se akustická energie vyzařuje. Obvyklá účinnost nepřevyšuje několik málo procent. Nepřímovyzařující (tlakové) – mezi prostředím, do kterého se akustická energie vyzařuje, a mezi membránou, je vložen zvukovod a popřípadě další pomocné akustické obvody. Toto uspořádání obvykle zvyšuje účinnost, umožňuje dosahovat vysokých vyzářených výkonů, tvarovat směrový diagram apod.

Dělení reproduktorů dle pohonu elektrodynamické elektromagnetické elektrostatické piezoelektrické plazmové pneumatické Další

Elektrodynamické náhled|vpravo|Dvojice plošných reproduktorů Magnepan, vpravo bez přední masky Tento princip pohonu je nejběžnější. Základem těchto reproduktorů je cívka a permanentní magnet. Cívka se pohybuje ve válcové štěrbině mezi pólovými nástavci magnetického obvodu. Princip činnosti spočívá v působení síly na vodič, kterým protéká elektrický proud v magnetickém poli. Síla se přenáší na membránu a způsobuje její pohyb.

Kromě konvenčních typů existují zvláštní provedení:

Páskový reproduktor je zvláštní typ elektrodynamického reproduktoru. Bývá používán pro vysoké, někdy pro střední frekvence. Principem je pásek z elektricky vodivého materiálu, nebo membrána páskového tvaru, umístěná v poli silného magnetu. Uspořádání je obdobné jako u páskového mikrofonu. Plošné elektrodynamické reproduktory jsou tvořeny membránou velké plochy, ukotvenou v napínacím rámu. Na membránu bývá po celé ploše upevněn vodič cívky, často tenký hliníkový drát nebo fólie, uspořádaný do meandru. Membrána o velké ploše je umístěna v těsné blízkosti plošného magnetu. Bývají někdy označovány jako „magnetostatické“ pro svoji vzdálenou podobu s elektrostatickými měniči. Reproduktor s ohybovou vlnou používá trochu odlišný princip působení. Na rozdíl od běžných elektrodynamických reproduktorů, kde se předpokládá u ideálního provedení pístový pohyb tuhé membrány, zde naopak se používá membrána pružná. V důsledku toho dochází k tomu, že pro danou frekvenci kmitá pouze určitá část membrány, čím je frekvence vyšší, tím je plocha menší. Nízké frekvence vyzařuje membrána celou plochou, vysoké jenom malé části plochy v blízkosti kmitací cívky.

Elektromagnetické Tento princip není dnes příliš používán. Základem je membrána, např. z tenkého železného plechu, kterou přitahuje pevně umístěná cívka s jádrem (elektromagnet), nebo malý magnet, umístěný v poli budící cívky, který pohybuje s membránou. V historii se na tomto principu vyráběly např. sluchátka pro spojaře nebo telefonii a také reproduktory k radiopřijímačům. Výhodou je poměrně jednoduchá konstrukce, nevýhodou většinou značné zkreslení a omezený frekvenční rozsah.

Elektrostatické Membrána z tenké fólie s vodivou vrstvou bývá umístěna mezi dvě pevné elektrody, obvykle ve tvaru sítěk. Reproduktor pracuje na principu vzájemného přitahování a odpuzování elektricky nabitých desek. Podle uspořádání a vzdálenosti elektrod vyžaduje značně velké provozní a polarizační napětí (stovky až tisíce voltů). Mohou být vyráběny jako vysokotónové, nebo i širokopásmové, ovšem vyžadují značné rozměry. Na stejném principu se konstruují i vysoce kvalitní sluchátka.

Piezoelektrické Využívá se piezoelektrického jevu. Destička z piezoelektrického materiálu je mechanicky spojena s vhodnou membránou, nebo přímo tvoří membránu. Použití je spíše pro levné vysokotónové jednotky (malá výchylka membrány), nebo pro tlakové měniče i poměrně velkých výkonů (malé sirény apod.). Jejich zásadní nevýhodou je poměrně nerovnoměrná frekvenční charakteristika a větší zkreslení. Výhodou bývá poměrně vysoká účinnost, jednoduchá konstrukce a nízká cena.

Plazmové reproduktory Tyto reproduktory nemají membránu. Využívá se změn tlaku vzduchu, vyvolaných korónou nebo obloukovým výbojem. Na tomto principu se dají realizovat převážně vysokotónové měniče, výhodou je kmitočtový rozsah, neomezovaný hmotností membrány. Přestože je princip znám dlouho a experimenty se prováděly již kolem roku 1900, je použití reproduktorů na tomto principu velmi okrajové. Ve starší literatuře se pro tyto měniče používá označení ionofon.

Pneumatické V praxi se tohoto principu běžně nepoužívá. Tradují se informace o sporadickém použití pro vytváření extrémně vysokých zvukových hladin, např. pro simulaci hluku při testech dílů pro letectví a kosmonautiku. Principem je modulace unikajícího stlačeného vzduchu z kompresoru pomocí ventilu, ovládaného budícím signálem. Na stejném principu, s ventilem ovládaným nikoliv elektricky, ale mechanicky – přenoskou – byly počátkem 20. století vyráběny i gramofony.

Další principy Zajímavý princip reproduktoru představuje tzv. rotary woofer (nezaměňovat s rotujícími reproduktory – Leslie efekt). V otvoru ozvučnice se otáčí lopatky ventilátoru, u kterého se náklon lopatek mění budícím signálem. Princip připomíná fenestron. Použití je zvláště pro velmi nízké frekvence a generování infrazvuku.

Jeden z méně obvyklých principů se v praxi častěji používá, a to pohon membrány pomocí servomotoru. Membrány – obvykle více membrán, např. 2 nebo 4 – jsou táhly napojeny na obvod kotouče, který je pootáčen pomocí servomotoru. Membrány tak konají pístový pohyb, vynucovaný natáčením serva. Použití je pouze pro nízké kmitočty a poměrně velké výkony.

Existují další fyzikálně možné principy, ale jejich použití je spíše v rovině pokusů. Mezi ně patří např. využití magnetostrikčního jevu, který se používá u měničů pro ultrazvuk, nebo využití Johnsen-Rahbeckova jevukonec třetího odstavce http://www.ntm.cz/cs/muzejni-sbirky/akustika (změna součinitele tření mezi vodičem a polovodičem vlivem změny elektrického potenciálu).

Dělení reproduktorů dle účelu Podle účelu použití většina výrobců odlišuje několik různých skupin. Nejčastěji to bývá: pro domácí použití (spotřební elektronika, HiFi soustavy) vysoce kvalitní měniče pro studiové monitory, HiEnd audio apod. pro profesionální použití (výkonné PA systémy apod.) ozvučení automobilů pro elektrické hudební nástroje (speciálně vyráběné reproduktory pro aparatury zvláště elektrické kytary, baskytary, klávesových nástrojů apod.) reproduktory a reprosoustavy pro přenos mluveného slova (místní rozhlas, sirény apod.), zde se často používají tlakové reproduktory se skládaným (reentrantním) zvukovodem speciální (např. ozvučení pod vodní hladinou, pro vědecké pokusy, jednotky s velkým výkonem, vojenské použití aj.)

Dělení není jednotné ani závazné, některé výrobky mají vlastnosti, které jim dovolují použití pro různý účel. Také je do jisté míry na tom kterém výrobci, jak ve svém výrobním programu reproduktory rozdělí.

Dělení reproduktorů podle frekvenčního rozsahu náhled|Reproduktor náhled|Proudění vzduchu Z hlediska frekvenčního rozsahu se vyrábějí reproduktory s různými vlastnostmi. Je to dáno jednak jejich účelem jednak fyzikálními vlastnostmi jednotlivých konstrukcí. Některé reproduktory se provozují jen v úzkém frekvenční pásmu, např. o šířce jen jedné oktávy (např. v sirénách), nebo např. pouze v pro přenos řeči v telekomunikační technice (obvykle požadovaný rozsah od několika set Hz po 3–5 kHz), některé jsou určeny pro přenos zvuku v levné spotřební elektronice, domácích Hi-Fi soupravách nebo profesionálních ozvučovacích systémech. Různé nároky na požadované vlastnosti (výkon, rozměry, účinnost, frekvenční charakteristika, zkreslení, cena aj.) daly vzniknout široké škále vyráběných typů.

Pro vysoce kvalitní přenos zvuku se obvykle požaduje co nejširší přenášený frekvenční rozsah, nejlépe v celém slyšitelném pásmu (20 Hz až 20 kHz). Z mnoha důvodů je výroba reproduktoru, který by celé takto široké pásmo přenesl, velmi obtížná. Na takový reproduktor jsou kladeny zcela protichůdné požadavky. Např. pro přenos nízkých frekvencí je vhodné, aby reproduktor měl tuhou membránu velkých rozměrů, což znamená i dosti značnou hmotnost kmitajících částí, naopak pro přenos vysokých frekvencí je nutné mít membránu velmi lehkou. Proto je výhodné přenášet celý požadovaný frekvenční rozsah pomocí více různých měničů, které jsou optimálně přizpůsobeny pro dílčí, poměrně úzká frekvenční pásma. Z těchto reproduktorů se sestavují reprosoustavy, které kromě reproduktorů obsahují často pomocné akustické obvody, a většinou další elektronické části (přívodní konektory, výhybky, popřípadě zesilovače aj.).

Širokopásmové Patří mezi ně např. univerzální reproduktory určené obvykle pro nenáročné použití např. v dopravních prostředcích, televizorech a levné spotřební elektronice Jejich maximální frekvenční rozsah je od 45 do 15 000 Hz, běžně se ale setkáme s širokopásmovými reproduktory s frekvenčním rozsahem 55–13 500 Hz, je ale možné vyrobit speciální reproduktory, které dokážou pokrýt celé akustické pásmo 20 Hz až 20 tisíc Hz. Poměrně výjimečně se vyskytují širokopásmové reproduktory pro vysoké nároky na přenos zvuku, jejich nevýhodou bývá omezená zatížitelnost

Koaxiální reproduktory Za širokopásmové se často v praxi označují i reproduktory, složené ze dvou či více měničů. Častá je montáž malého vysokotónového reproduktoru na zvláštní držák, který je součástí koše, před membránu hlubokotónového reproduktoru, obvykle v ose. Toto bývá časté u reproduktorů pro ozvučení automobilů. Pro profesionální a studiové použití se vyrábějí reproduktory, kde je tlaková vysokotónová jednotka umístěna za magnetickým obvodem hlubokotónového reproduktoru a otvor v pólovém nástavci je součást zvukovodu, nebo může být umístěna v prostoru mezi středovým pólovým nástavcem a kupolkou membrány. Výhybka může být umístěna samostatně (reproduktor tak má vyvedeny samostatně svorky obou měničů), nebo může být výhybka součástí koaxiálního reproduktoru.

Hlubokotónové (basové) reproduktory náhled|Basové reproduktory (P-Audio) s litým košem Rozsah: 20–1500 Hz (nízkorezonanční o velkém průměru) 35–5000 Hz (běžný basový nebo tzv. středobasový) Konstrukce: Základní předpoklad je velký zdvih membrány a malá tuhost zavěšení a nízká vlastní rezonance reproduktoru. Výchylky membrány dosahují až 5 mm. Horní zavěs membrány bývá zhotoven z gumy, pěnové gumy, polyuretanu, někdy z impregnovaného textilu. Membrány jsou většinou papírové, méně často z plastu, někdy kovové nebo sendvičové. Koše reproduktorů se vyrábějí z plechu, nebo z hliníkových slitin, výjimečně z plastu (pouze u malých rozměrů). Průměry reproduktorů bývají 150–600 mm kruhového tvaru, udávají se obvykle v palcích Výkon na nižších frekvencích je úměrný druhé mocnině součinu efektivní plochy membrány a výchylky. U některých reproduktorů mívá střední pólový nástavec otvor, aby vzduch mohl proudit kolem kmitací cívky.

Středopásmové (středotónové) reproduktory Rozsah 80–12 000 Hz Konstrukce: Materiál membrán bývá papírovina, kevlar, polypropylen, sendvič, výjimečně i jiné materiály. Kromě klasických kónusových membrán se vyrábějí kalotové (membrána ve tvaru vrchlíku). Průměry membrán reproduktorů bývají v zhruba v rozmezí 50–180 mm pro použití v HiFi soustavách, pro profesionální účely i větší. Pokud jsou montovány ve společné ozvučnici s hlubokotónovým reproduktorem, mívají uzavřený koš nebo se montují do uzavřeného krytu, aby je hlubokotónový reproduktor neovlivňoval.

Reproduktor

Źródło i licencja