بلندگوها چگونه کار می‌کنند؟

در هر سیستم صوتی، کیفیت نهایی سیستم به بلندگوهای به‌کار رفته در آن سیستم بستگی دارد، اگر یک سیستم بسیار حرفه‌ای صوتی با آمپلیفایر بسیار پر قدرت، صدایی را که با کیفیت بسیار خوب ضبط شده است، از بلندگویی ضعیف پخش کند، صدا بسیار نا مطلوب خواهد بود.
بلندگوها سیگنالهای الکترونیکی را از دستگاههایی همانند سی دی های صوتی و DVD ها دریافت کرده و تبدیل به صداهای قابل شنیدن برای ما می‌کنند.
در مقاله حاضر، به تشریح مبانی کارکرد بلندگوها و نحوه تبدیل سیگنالهای الکترونیکی به صوت را تشریح خواهیم کرد.
● مقدمه‌ای بر صوت:
در درون گوش آدمی پرده بسیار نازکی به نام پرده صماخ وجود دارد، هنگامی که این پرده مرتعش می‌شود، مغز انسان این لرزشها را بصورت صوت تفسیر خواهد کرد. یکی از عمده‌ترین عواملی که باعث تحریک و مرتعش شدن این پرده می‌شود، تغیرات فشار هوایی است که با آن برخورد می‌کند.
در عمل هنگامی که جسمی در فضا حرکت می‌کند، هوای اطراف خود را منبسط کرده و این انبساط باعث فشرده‌شدن هوا گردیده و این تغیر فشار در هوا منتشر شده و به گوش رسیده و باعث مرتعش شدن پرده صماخ می‌گردد.
به عنوان یک مثال ساده به شکل زیر دقت کنید:
در این شکل، یک زنگ ساده حرکت داده شده است. در این حالت در اثر برخورد چکش فلزی داخل زنگ با بدنه آن، فلز بدنه زنگ مرتعش شده و خود باعث مرتعش شدن مولکولهای اطراف زنگ می‌گردد. این مولکولهای مرتعش پس از برخورد به یکدیگر به گوش انسان رسیده و باعث به حرکت درآوردن پرده گوش می‌گردد.
● تفاوت اصوات:
صداهای اطراف ما را می‌توان بر اساس دو فاکتور زیر تقسیم‌بندی کرد:
▪ فرکانس صوت: هرچه فرکانس جسمی که مرتعش می‌شود بیشتر باشد، (سریعتر حرکت کند و مرتعش شود)، مولکولهای هوا با سرعت بیشتری تغیر مکان می‌دهند، لذا صدایی که به گوش می‌رسد صدای زیر تری خواهد بود. اگر تعداد نوسانات در واحد ثانیه کم باشد، صدا بصورت بم به گوش خواهد رسید.
▪ دامنه صوت: صدایی که از دامنه بیشتری برخوردار باشد، هوا را بیشتر فشرده خواهد کرد و به علت اینکه قادر است پرده گوش را بیشتر به حرکت در آورد، بلندتر شنیده خواهد شد.
میکروفون‌ها عملی مشابه گوش ما انجام می‌دهند. آنها نیز دارای صفحه نازکی همانند گوش می‌باشند که در اثر برخورد مولکولهای متحرک هوا به آنها، تغیراتی در میزان ولتاژ عبوری از میکروفون را باعث می‌شوند و بدین ترتیب سیگنالهای الکتریکی تولید شده را می‌توان ثبت کرد.
در هنگام پخش نیز، بلندگو، عکس این عمل را انجام داده و سیگنالهای الکتریکی را به لرزه‌های فیزیکی و در نتیجه، امواج صوتی تبدیل می‌کند.
▪ دسیبل:
دسیبل که بطور مخفف آن را با dB نشان می‌دهند، واحد اندازه‌گیری شدت صوت است. اصواتی که ما قادر به شنیدن آن هستیم، بسیار متفاوتند.
ما می‌توانیم صدای کشیدن انگشتان بر پوست دست و صدای یک جت جنگنده را بشنویم. صدای یک جت جنگنده ۱۰۰۰.۰۰۰.۰۰۰.۰۰۰ بار بیشتر از صدای انگشتان است، با این حال گوش انسان قادر است خود را با این شرایط وفق دهد.
واحد دسیبل بصورت لگاریتمی افزایش می‌یابد. بدین صورت که کمترین صوت قابل شنیدن، صفر دسیبل (۰ dB) بوده و صدایی ده برابر قویتر از آن ۱۰ dB بوده و صدایی ۱۰۰ برابر آن ۲۰ dB خواهد بود.
در جدول اسلاید بعدی می‌توان اصوات معمول و شدت آن را مشاهده کرد.
اصوات بیشتر از ۸۵ دسیبل باعث کاهش شنوایی می‌شوند. البته میزان نزدیکی و دوری از منبع صوت و مدت زمان قرار گرفتن در معرض آن، خود عامل مهمی در میزان صدمه خواهد بود.
قرار گرفتن مداوم به مدت ۸ ساعت در معرض اصوات با قدرت ۹۰ دسیبل باعث آسیب دیدن گوش شده و اصوات بالای ۱۴۰ دسیبل، حتی اگر بطور لحظه‌ای با گوش برخورد کنند باعث پارگی پرده گوش و در شدید خواهند شد.
ساختار درونی بلندگوها:
همانطور که گفته شد، بلندگو عمل عکس یک میکروفون را انجام می‌دهد و سیگنالهای الکتریکی را به صوت تبدیل می‌کند. در شکل فوق ساختار یک بلندگو نشان داده شده است:
دیافراگم بلندگو غالباً از کاغذ ساخته می‌شود تا بتواند به راحتی تحرک کند.
مرکز دیافراگم به مرکز بلندگو که سیم پیچ قرار دارد متصل شده است و از اطراف نیز از طریق ثابت کننده به بدنه بلندگو متصل شده است.
هنگامی که جریان الکتریکی از طریق سیمهای سیم‌پیچ بلندگو عبور می‌کند، باعث بوجود آمدن میدان مغناطیسی می‌گردد که در اثر مجاورت با آهنربای بلندگو، باعث بالارفتن یا پایین آمدن هسته مرکزی و درپوش محافظ شده و در نتیجه کاغذ دیافراگم را به داخل کشیده یا به خارج فشار خواهد داد. در اثر حرکت سریع این هسته و تغیرات پیوسته جریان الکتریسیته در داخل سیم‌پیچ، کاغذ دیافراگم بصورت پیوسته نوسان خواهد کرد که خود باعث تولید صوت خواهد شد.
از الکترومغناطیس می‌دانیم که اگر از سیمهای پیچیده شده به دور یک هسته آهنی، جریان عبور کند، باعث بوجود آمدن میدان مغناطیسی می‌شود.
اگر این میدان هم قطب با قطب آهنربای ثابتی باشد که در بلندگو وجود دارد، باعث دفع شدن هسته آهنی از آهنربا می‌گردد و در صورت غیر هم قطب بودن آن، باعث جذب آهنربا می‌گردد.
● انواع بلندگوها:
بلندگوها را بر اساس کاربردهای آنها می‌توان به سه دسته تقسیم کرد:
«Woofer»ها که در فرکانسهای پایین کاربرد دارد.
«Tweeters»ها که در فرکانسهای بالا کاربرد دارند.
«Midrange»ها که فرکانسهای میانی ناحیه شنوایی صوت را پخش می‌کنند.
یک «Woofer» بلندگوی بزرگی است که برای تولید اصوات با فرکانس پایین تولید شده است. همانطور که توضیح داده شد، برای تولید اصوات با فرکانس پایین، کاغذ دیافراگم، تحرک کمی خواهد داشت. به همین دلیل اندازه این بلنگوها بزرگ انتخاب شده است.
«Tweeter» در ابعاد کوچک طراحی شده است تا کاغذ دیافراگم آن بتواند به سرعت مرتعش شود.
بنابراین از این بلنگوها برای پخش اصوات با فرکانس بالا (اصوات زیر) استفاده می‌شود.
یک «Midrange» با ابعادی متوسط، توانایی تولید فرکانسهای میانی حوزه اصوات قابل شنیدن برای انسان را دارد. اندازه متوسط آن و طراحی آن بگونه‌ای است که به جز اصوات بسیار زیر و اصوات بسیار بم توانایی پخش بقیه اصوات را دارا می‌باشد. بنابر این در کاربردهای خانگی و آماتوری بطور گسترده‌ای از آنها استفاه می‌شود.
▪ Crossover
گاهی برای تولید صدا با کیفیت بهتر، از ترکیب یک «Woofer» و یک «Tweeter» به طور همزمان استفاده می‌شود.
در این حالت لازم است که فرکانسهای صوت به دو قسمت تقسیم شوند و فرکانسهای بالا از «Woofer» و فرکانسهای پایین از «Tweeter» عبور کند. بلندگوهای با کیفیت هر دو قسمت را در درون یک مجموعه قرار داده‌اند. به عمل تقسیم فرکانسهای صوتی جهت پخش از بلندگوی مناسب آن فرکانس را «Crossover» گویند.
«»ها به دو دسته تقسیم می‌شوند:
ـ غیر فعال: این دسته از مقسمهای فرکانس از خازن و سلف تشکیل شده است و به علت فعال شدن بوسیله سیگنالی که از آن عبور می‌کند، برای تغذیه به منبع خارجی نیاز ندارند. ساده ترین نوع این دسته را می‌توان با کمک سلف و خازن تولید کرد.
در شکل یک Crossover غیر فعال نشان داده شده است که از یک خازن و دو سلف تشکیل شده است.
هر خازن بر اساس مشخصات درونی خود، فرکانسهای پایین تر از حد مشخصی را عبور نخواهد داد و بصورت یک مدار باز عمل خواهد کرد. ولی هرگاه در مسیر فرکانسی بیشتر از آن قرار گیرد بصورت یک اتصال کوتاه عمل کرده و سیگنال را عبور خواهد داد. بدین وسیله می‌توان فرکانسهای بالا را از فرکانسهای پایین جدا کرد.
سلفها عملی معکوس خازنها انجام می‌دهند و در فرکانسهای پایین عمل رسانایی و انتقال فرکانس را انجام داده و در فرکانسهای بالا سیگنال را به سختی عبور می‌دهند، پس می‌توان برای فیلتر کردن فرکانسهای بالا از آنها استفاده کرد.
ـ فعال: این دسته از Crossoverها، از مدارهای الکترونیکی تشکیل شده است و سیگنال صوتی را قبل از ورود به آمپلیفایر به آن فرستاده و از هرکدام از خروجی‌های آن به طور مجزا به آمپلیفایر مخصوص خود فرستاده می‌شوند. از مزایای این دسته نسبت به دسته غیر فعال، می‌توان به توانایی تنظیم فرکانسهای خروجی و کیفیت بسیار بالا اشاره کرد، ولی قیمت بسیار بالای آن، یکی از معایب آن به شمار می‌رود.
● جعبه‌های عایق صوتی
در سیستمهای حرفه‌ای صوتی، برای تولید صدا با کیفیت بهتر، از یک جعبه که دارای عایق بندی خاص صوتی بوده و در خود هر سه بلنگوی «Tweeter» و «Woofer» و «Midrange» را دارد استفاده می‌شود. بدین طریق، هم یک سیستم صوتی یکپارچه خواهیم داشت و هم از مزایای کیفیت بهتر آن استفاده خواهیم کرد.
ساده‌ترین عملی که یک جعبه بلندگو انجام می‌دهد، ثابت نگهداشتن بلنگوها و سهولت حمل و نقل است.
جعبه‌های بلندگو را معمولا از چوب سخت یا اجسام بسیار سخت که توانایی جذب لرزشهای بلندگو را داشته باشد، می‌سازند. علاوه بر مزایای ذکر شده، جعبه‌های بلندگو، بر نحوه تولید صدا، تاثیر زیادی دارند. همانطور که قبلا گفته شد، در هنگام تولید صدا، صفحه دیافراگم بلندگو شروع به بالا و پایین رفتن کرده و با تغیرات فشار هوایی که ایجاد می‌کند، صدا تولید می‌شود، در هنگام بالا و پایین رفتن صفحه دیافراگم، نه تنها تغییرات فشار در جلوی دیافراگم ایجاد می‌شود، بلکه در پشت آن نیز هوا فشرده شده و در پشت آن نیز صدا تولید می‌شود.
هر جعبه بلندگو برای مهار این بازتاب صوتی، روش مخصوص به خود دارد.
● جعبه عایق بندی شده
این نوع جعبه که متداول ترین نوع جعبه‌های بلندگو می‌باشد، از جعبه‌ای تشکیل شده که کاملا عایق بندی شده و هوا به داخل آن راه ندارد. بدین طریق هنگام تولید امواج صوتی، در حالت فشار به بیرون بلنگو، هوا به سمت اطاق فشار داده می‌شود و هنگامی که صفحه بلندگو به داخل کشیده می‌شود، فشار هوا به داخل جعبه وارد می‌شود.
پس در هر دو حالت، بلندگو نسبت به حالت سکون، فشار ایجاد کرده است که تمایل به رفع آن دارد.
این نوع جعبه‌ها از بازده خوب برخوردار نیستند، زیرا آمپلیفایر می‌بایست سیگنال صوتی را آنقدر تقویت کند تا بتواند بر فشار هوای داخل و خارج جعبه غلبه کند.
با این حال این فشار همانند یک فنر به صفحه عمل کرده و باعث تولید اصوات با دقت خوب می‌گردد.
● جعبه بازتاب اصوات بم (Bass Reflect)
در این جعبه‌ها حفره‌کوچکی در جلو جعبه قرارداده می‌شود که در هنگام حرکت رو به عقب دیافراگم، هوای داخل جعبه را به خارج هدایت کرده و در هنگام حرکت رو به جلوی دیافراگم، هوا را به داخل جعبه هدایت می‌کند. بدین طریق اصوات بلندتری تولید می‌گردد.
از مزایای این جعبه، می‌توان به بهره مناسب و از معایب آن به عدم وجود حالت فنری (که در جعبه قبل وجود داشت) جهت باز گرداندن صفحه دیافراگم به حالت اولیه خود، و در نتیجه دقت کم صوتی اشاره کرد.
● جعبه با بلندگوی غیر فعال
جهت به حداقل رساندن معایب دو دسته فوق الذکر و به حداکثر رساندن مزایای آن دو دسته می‌توان از جعبه زیر کمک گرفت. این جعبه که دارای یک بلندگو در جلو و یک بلندگوی غیر فعال در عقب می‌باشد، ساخته شده است. بلندگوی غیر فعال همانند یک بلنگوی معمولی بوده با این تفاوت که سیم‌پیچ و آهنربای آن حذف شده است.
بدین طریق هنگامی که بلندگوی اصلی شروع به نوسان می‌کند، فشار هوایی که در داخل جعبه ایجاد می‌کند، باعث تحریک صفحه بلنگوی غیر فعال شده و در نتیجه باعث تولید صوت می‌گردد.
این نوع جعبه‌ها از نوع عایق بهره بهتری داشته و از نوع بازتابی دقت بیشتری دارد.
● انواع دیگر بلندگو:
به جز بلندگوهای ذکر شده در فوق، بلندگوهای دیگری نیز وجود دارد که از روشهای دیگری جهت تولید اصوات استفاده می‌کنند.
یکی از این انواع، بلندگوی الکترواستاتیک است. این بلندگو از خاصیت الکترومغناطیسی برای تولید صوت استفاده نمی‌کند. بلندگوهای الکترو استاتیک، با مرتعش شدن یک صفحه نازک رسانا، باعث تولید صوت می‌گردند. این صفحه در بین دو صفحه رسانای ثابت که به ترتیب دارای جریان مثبت و منفی هستند و در اطراف آن قرار دارد احاطه شده است. این دو صفحه مثبت و منفی، در بین خود تولید میدان الکترومغناطیسی می‌کنند. صفحه رسانای میانی نیز به سیگنال الکتریکی متصل می‌گردد. هنگامی که این سیگنال مثبت باشد، به صفحه دیافراگم به سمت صفحه ثابت با بار منفی کشیده شده و در صورتی که سیگنال منفی باشد، به سمت صفحه با بار مثبت جذب خواهد شد. بدین طریق، با حرکت سریع صفحه متحرک رسانای میانی، صوت تولید می‌شود.
به علت نازکی صفحه‌های این نوع بلندگو، به سرعت به تغیرات صوت پاسخ داده و اصوات فوق‌العاده دقیق و با کیفیتی تولید می‌کند. با این حال به علت تحرک کم صفحات، این نوع بلندگو جهت تولید اصوات بم و فرکانسهای پایین مناسب نمی‌باشد.

کاظم رضوانی