Un difuzor , sau difuzor , este un traductor electroacustic destinat să producă sunet dintr-un semnal electric . În acest sens, este inversul microfonului . Prin extensie, acest termen este uneori folosit pentru a desemna un dispozitiv complet destinat reproducerii sunetului (vezi Difuzor ).
Patru tipuri de difuzoare, electrodinamice , electrostatice , piezoelectrice și izodinamice, reprezintă cele mai comune tehnologii actuale. Difuzorul electrodinamic, acoperind aproximativ 99% din piață, are încă o funcționare relativ simplă pentru tehnologia de masă.
10 decembrie 1877, primul brevet pentru un difuzor cu bobină în mișcare a fost acordat lui Werner von Siemens . Difuzorul îndeplinește o gamă foarte diversă de aplicații: difuzoarele se găsesc atât în felicitări, cât și conectate la amplificatoare de putere de concert.
La început difuzoarele erau folosite aproape exclusiv pentru transmiterea apelurilor în ateliere și fabrici. Ulterior, rolul lor s-a extins și a permis funcționarea telefoniei fără fir, deoarece difuzorul înlocuiește receptorul normal de telefon prin reproducerea cu voce tare a unui număr mare de ascultători.
Un difuzor trebuie să convertească un semnal electric de la un amplificator într-un semnal mecanic (modificări ale presiunii aerului). De la progresul electronicii și apariția surselor audio digitale, acesta este singurul element al lanțului de reproducere a sunetului care încorporează elemente mecanice și, prin urmare, este supus numeroaselor constrângeri materiale. Prin urmare, este veriga slabă în orice sistem electroacustic.
Sursă.
Un difuzor ideal ar trebui să reproducă în mod identic schimbările de presiune ale aerului care au fost preluate anterior de un microfon în timpul înregistrării.
Modelul teoretic ideal pentru reconstituirea unui front de presiune omogen este sfera pulsantă , o sursă punctuală capabilă să emită în toate direcțiile toate frecvențele spectrului sonor (20 până la 20.000 Hz ).
Diametrul membranei sale trebuie să fie mult mai mic decât lungimea de undă minimă emisă. De exemplu, pentru maxime sonore (20.000 Hz ), lungimea de undă este de 1,7 cm . În caz contrar, presiunea aerului emis de o margine a membranei, timpul în care se propagă către cealaltă margine, va anula depresiunea generată de această margine în acel moment (în cazul „unui semnal sinusoidal).
Mișcările membranei trebuie să urmeze fidel variațiile semnalului electric, pentru a nu introduce distorsiuni . Pentru aceasta, membrana trebuie să fie infinit de rigidă, astfel încât să nu se deformeze sub presiune și să nu intre ea însăși în rezonanță,
În absența sistemelor de înrobire :
Dacă ne abatem de la modelul teoretic și folosim mai multe surse pentru a reproduce întregul spectru, se creează interferențe între diferitele surse, iar câmpul sonor nu va fi omogen în spațiu. Prin urmare, ascultătorul va avea o percepție diferită în funcție de distanța relativă dintre urechea sa și sursele diferite.
Funcționează în conformitate cu următorul principiu:
Motorul este alcătuit după cum urmează:
Când un curent curge prin această bobină, datorită tensiunii care este fixată la bornele sale, o forță ( F ) tinde să facă bobina să iasă din câmpul B al golului de aer în direcția axială. această forță este definită de formula F = B · L · i · sin ( α ) ( forța Laplace ), B fiind câmpul din golul de aer, L lungimea firului bobinei introduse în golul de aer, i curentul care curge prin bobină și unghiul α (alfa) care este egal cu unghiul dintre vectorul B și vectorul I : prin urmare, în cazul difuzorului, sin ( α ) va fi întotdeauna egal cu 1. Forța F este proporțional cu i , dacă B este constant (care este cazul dacă ansamblul magnetic este bine proiectat) și dacă L este constant indiferent de deplasarea bobinei: este, prin urmare, necesar să se asigure că bobina este montată simetric în raport cu câmpul , astfel încât lungimea firului care părăsește golul de aer să fie compensată de cea care pătrunde în golul de aer.
Modelarea matematică a difuzorului se bazează în mare parte pe opera lui Thiele și Small. În acest model, difuzorul este caracterizat de parametrii Thiele / Small (en) . În ciuda anumitor neajunsuri legate de complexitatea traductorului pentru difuzoare, acest model rămâne cel mai utilizat până în prezent de către proiectanții de echipamente electroacustice.
Conversia dublă a energiei, electrică-mecanică apoi mecanică-acustică nu este perfectă. Conversia electromecanică are loc cu o pierdere de eficiență, în esență prin efectul Joule .
Lupta împotriva acestei călduri permite:
Acești trei parametri sunt importanți pentru a menține cea mai mică distorsiune posibilă la deplasarea bobinei. Distorsiunea apare atunci când mișcările bobinei nu mai sunt o funcție liniară a curentului. Soluțiile producătorilor se bazează pe una dintre următoarele două abordări:
Reducerea consumului de energie se face prin creșterea câmpului magnetic sau prin creșterea numărului de rotații care se află în acest câmp (a se vedea formula pentru inductanță ), ceea ce face posibilă reducerea intensității electrice având în același timp un sunet echivalent la nivel.
Prin reducerea masei membranei sau prin flexibilitatea suspensiei, sarcina este redusă și, prin urmare, consumul electric.
Disiparea termicăCăldura este generată de bobina vocală conform formulei cu:
Această căldură este blocată de membrană și de păianjen pentru partea din față. În spate, evacuarea acestuia este încetinită de plăcile de câmp și de miezul central sau de chiulasă. Pentru a o evacua, există mai multe soluții care sunt adesea utilizate împreună.
Diafragma radiatorului Bobina vocală atașată diafragmei poate transmite căldură diafragmei dacă rezistența termică dintre ele este scăzută. Acest sistem este utilizat pe AE1 de la Acoustic Energy. Membrana metalică acționează ca un radiator. Un AE1 admite 200 W eficient pentru un 90 mm .
Radiatoare suplimentare
Prin adăugarea de radiatoare în jurul circumferinței chiulasei difuzoarelor, se elimină căldura captată de plăcile de câmp și de miezul central. La Boston Acoustique, această soluție este utilizată în principal pe tweetere.
Prin introducerea unei tije metalice în miezul central conectat la un radiator, căldura este condusă de această poartă termică către exteriorul incintei. În plus, face posibilă rigidizarea cutiei, comportându-se ca o clemă.
Fântâni de aerare
Prin perforarea miezului central sau a chiulasei, se creează un pasaj de aer. Căldura transmisă miezului central de către bobină este evacuată prin acest puț. Acesta este Ventilat Gap Cooling de la JBL . Acest sistem asigură răcire limitată la partea bobinei din partea frontală. JBL a inventat o soluție care ventilează bobina prin trei puțuri mici în periferia miezului central. Aerul ajunge direct în inima bobinei, acesta este Super Vented Gap de la JBL. Compresia dinamică este menținută la câțiva decibeli. Un difuzor având o bobină cu diametru mic ca EV va suferi o compresie de ordinul a 7 dB .
O soluție mai simplă este să găuriți chiar prin placa din spate și miezul central sau chiulasa. Gaura duce la placa din spate. Sunt posibile mai multe soluții de evacuare.
Răcirea apei
Prin introducerea unui ferofluid în golul de aer, rezistența termică la aer este redusă și căldura este transmisă mai bine către plăcile de câmp din față și către miezul central care apoi îl evacuează. Este o soluție implementată la Dynaudio și pe multe tweetere, cum ar fi Audax . Particulele au aproximativ 10 nm și se bazează pe tetroxid de trifer (Fe 3 O 4 ). Acest material este, de asemenea, o frână pentru mișcările bobinei, reducând, de asemenea, eficiența generală a motorului. Puterea admisibilă, pe de altă parte, crește și curba de impedanță pentru tweetere este foarte amortizată, oferind astfel o filtrare la o pantă posibilă mai mică. Această soluție a devenit răspândită în rândul multor producători.
Ventilație laterală
Prin plasarea magneților circulari necontinuți în jurul bobinei, se facilitează trecerea aerului către exterior, reducând astfel temperatura. Focal adoptă multi-magneți pe sistemele sale high-end.
Prin instalarea unui spațiu între castron și păianjen, pentru a asigura circulația aerului, bobina este răcită pe partea sa frontală ca pe gama Stratos de la Triangle.
O membrană plană, responsabilă de reproducerea tuturor frecvențelor, este acoperită cu o peliculă conductivă încărcată cu o diferență de potențial de câteva mii de volți directă față de masă (aproximativ 5000 de volți). Membrana este pusă în mișcare de conductori care nu se mișcă, fixați de fiecare parte a membranei. Aceste fire sunt traversate de semnalul audio, a cărui tensiune este adaptată de un transformator electric , astfel atrag static sau resping membrana. Deoarece membrana reproduce întreaga gamă de frecvențe, nu există așa-numita distorsiune încrucișată .
A fost prezentat un prototip al unui difuzor „ ultra-subțire și ultra-subțire termo-acustic ”, bazat pe o structură de nanotuburi de carbon încorporată într-un film foarte subțire (200 µm ) de polietilen tereftalat (PET) acoperit cu un strat conductor. înfebruarie 2010. Este activat de o tensiune , aplicată între cele două părți ale filmului. Această tensiune se încălzește brusc și extinde nanotuburile de carbon, ceea ce produce un sunet. Când semnalul electric încetează, nanotuburile revin la forma și poziția lor anterioară. Timpul de răspuns foarte rapid al nanotuburilor de carbon este suficient de scurt pentru a transcrie frecvențe de la 20 la 20.000 Hz , echivalent cu percepția urechii umane. Întrucât fibrele nanocarbonate pot fi periculoase în cazul inhalării sau pătrunderii organismului, fabricarea și sfârșitul duratei de viață a acestui difuzor pot reprezenta o problemă, în timp ce sunt de interes pentru cei care doresc în continuare să miniaturizeze aparatele auditive. Intensitatea sunetului rămâne redusă, dar dacă ar putea fi îmbunătățită, ecranul computerului, tablă sau tapet ar putea deveni difuzoare.
În general, există patru tipuri de difuzoare:
La această clasificare pot fi adăugate două tipuri specifice:
Aceste diviziuni sunt totuși artificiale.
Un difuzor are mai multe caracteristici tehnice care trebuie luate în considerare în funcție de utilizarea intenționată:
O utilizare reală a caracteristicilor unui difuzor de calitate (pentru fidelitate înaltă, întărire a sunetului și alte aplicații profesionale) necesită parametrii Thiele și Small.