اسپیکر چگونه کار می‌کند؟

چند روز پیش داشتم با یک قطار اسباب‌بازی چوبی بازی می‌کردم که خیلی من را به فکر انداخت. جلو و عقب هر کدام از واگن‌ها آهنربا کار گذاشته شده بود تا واگن‌ها به هم متصل شوند و همدیگر را بکشند. اگر یکی از واگن‌ها را سر و ته می‌کردم، در عملکرد سیستم اتصال آنها اختلال ایجاد می‌شد. واقعاً برایم جالب بود که چطور همین نیروی جاذبه و دافعه مغناطیسی باعث کار کردن اسپیکر می‌شود. وقتی این موضوع را با همکارهایم در میان گذاشتم، همگی جوری به من نگاه کردند که انگار می‌خواستند بگویند من کمی زیادی فکر می‌کنم؛ بنابراین تصمیم گرفتم این موضوع را در قالب یک مقاله با شما در میان بگذارم.

بیاید با مروری به دروس فیزیک شروع کنیم

در ساده‌ترین حالت، اسپیکر یک مبدل است. مبدل دستگاهیست که انرژی را از نوعی به نوع دیگر تبدیل می‌کند. در مبحث مورد نظر ما، پالس‌های الکتریکی که از پاور امپ خارج می‌شوند وارد اسپیکر می‌گردند و دیافراگم اسپیکر را به حرکت درمی‌آورند. این یعنی تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی حرکتی. پالس مثبت، دیافراگم را به سمت جلو و پالس منفی، آن را به سمت عقب حرکت می‌دهد. این لرزش باعث به حرکت درآمدن هوا می‌شود؛ درست همانطور که لرزش سیم ویولن، هوا را به حرکت درمی‌آورد.

از آن طرف، پرده گوش ما در واکنش به این حرکت هوا، درست مثل دیافراگم میکروفون به حرکت درمی‌آید و این حرکت توسط مغز به‌عنوان صدا تعبیر می‌شود. اسپیکر را می‌توان به یک موتور تشبیه کرد که هوا را به حرکت درمی‌آورد.

اجزای اسپیکر

با اینکه در ساختار اسپیکرهای مختلف روش‌های گوناگونی برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی حرکتی به کار گرفته می‌شود (مثل استفاده از تکنولوژی ribbon و الکترواستاتیک)، ولی اکثر اسپیکرها از روش سنتی پیستونی بهره‌ می‌برند.

شکل زیر اجزای اسپیکرهای پیستونی را نشان می‌دهد:

• Cone
• Dust Cap
• Surround
• Basket
• Magnet
• Voice Coil
• Spider

همه اسپیکرهای پیستونی کمابیش از همین قطعات تشکیل می‌شوند. قسمت قابل رؤیت اسپیکر که در جلوی آن قرار دارد، cone یا دیافراگم نام دارد. این بخش می‌تواند از مواد ساده‌ای مثل کاغذ یا مواد پیشرفته‌تری مثل کِولار ساخته شود. در هر صورت، کار آن به حرکت درآوردن هواست. cone با حرکت کردن به عقب و جلو، باعث ایجاد فشار بر هوا و تولید موج در آن می‌شود.

dust cap همان قسمت گنبدی‌شکل وسط cone است که روی voice coil را می‌پوشاند. کار اصلی داست کَپ، جلوگیری از ورود گردوخاک به قسمتی است که وُیس کویل در آن جای گرفته است. البته فرم و ساختار آن بر کیفیت بازتولید فرکانس‌ها (به‌خصوص فرکانس‌های تریبل) اثرگذار است، اما همانطور که گفته شد، کار اصلی آن محافظت از قسمت‌های داخلی اسپیکر است. به دلیل بزرگتر بودن وُیس کویل اسپیکرهای بزرگ، dust cap آنها هم بزرگتر است.

قسمتی که در اطراف دیافراگم تعبیه شده، surround نام دارد. این بخش که معمولاً از مواد انعطاف‌پذیری مثل لاستیک یا مواد ابری/اسفنجی ساخته می‌شود، اتصال‌دهنده دیافراگم به قاب فلزی اسپیکر است. surround باید به‌قدری منعطف باشد که دیافراگم بتواند آزادانه حرکت کند.

basket همان بدنه فلزی است که کل اجزاء اسپیکر روی آن سوار شده است. قسمت حجیم و سنگینی که در پشت آن دیده می‌شود هم magnet یا همان آهنربای خودمان است.

voice coil یا همان سیم‌پیچ، داخل بخشی که معلوم نیست برای چه spider یا عنکبوت نامیده شده، حرکت می‌کند. spider از مواد نرمی مثل پنبه یا مواد مشابه ساخته می‌شود تا مزاحم حرکت کردن وُیس کویل نشود؛ زیرا این وُیس کویل است که دیافراگم را به حرکت درمی‌آورد و اگر آنطور که باید حرکت نکند، باعث ایجاد دیستورشن در صدا می‌شود. حدس می‌زنم کسی که این اسم را انتخاب کرده، با خود فکر کرده این بخش شبیه به تار عنکبوت است.

دیافراگم توسط surround که حالتی الاستیکی دارد، در یک نقطه مرکزی معلق می‌ماند، ولی با حرکت وُیس کویل، در یک حدفاصل معین به عقب و جلو حرکت می‌کند. از این حدفاصل با عنوان excursion یاد می‌شود. هرچه این حدفاصل بیشتر باشد، هوای بیشتری توسط دیافراگم به حرکت درمی‌آید و اسپیکر قادر به تولید فرکانس‌های بم بیشتری خواهد بود.

بالاخره اسپیکر چطور کار می‌کند؟

همه این‌هایی که شرح دادم، قسمت‌های قابل رؤیت اسپیکر هستند و اگر اسپیکر را باز کنیم، می‌توانیم این بخش‌ها را ببینیم. ولی چه چیزی باعث ایجاد حرکت در این سیستم می‌شود؟ آنچه اکثر مردم می‌دانند این است که در اسپیکر یک آهنربا قرار دارد؛ ولی در واقع جاذبه و دافعه همیشه بین دو آهنربا اتفاق می‌افتد و در نتیجه، یک اسپیکر برای اینکه کار کند، به دو آهنربا نیاز دارد. یکی که خود آهنربای بزرگ و سنگین پشت اسپیکر است و آن یکی الکترومغناطیسی است که توسط وُیس کویل به وجود می‌آید.

voice coil یک سیم‌پیچ به شکل استوانه است. وقتی جریان الکتریکی از این سیم‌پیچ عبور می‌کند، آن را به الکترومغناطیس تبدیل می‌کند و بنا بر جهت جریان، قطب‌های مغناطیسی‌ آن عوض می‌شوند. ولی آهنربای اصلی اسپیکر در جای خودش ثابت است و قطب‌هایش هم تغییر نمی‌کند. بنابراین این دو آهنربای همجوار، شروع به جذب و دفع یکدیگر می‌کنند. از آنجا که سیم‌پیچ می‌تواند روی بخش نرم و تار عنکبوتی حرکت کند، شروع به دور و نزدیک شدن به آهنربای ثابت می‌کند. این حرکت به دیافراگم منتقل و باعث به حرکت درآمدن آن می‌شود.

منبع: Sweetwater
نوشته: Jeff Mac
ترجمه: بابک آخوندی