Luidspreker

'n Luidspreker is 'n toestel wat klank voortbring. Luidsprekers word algemeen in radio's, TV-toestelle, musiekinstrumente en soortgelyke stelsels aangewend. 'n Luidspreker wat vir laer-frekwensie klanke ontwerp is (soos die dreuning van 'n ontploffing), word 'n baseenheid (subwoofer) genoem. Luidsprekers wat hoë-frekwensie klanke voorbring (soos 'n voëltjie se getjirp) word klanktuite (tweeters) genoem.^[1]

Alexander Graham Bell, die vader van die telefoon, het die eerste luidspreker in 1876 uitgevind. Bell het 'n luidspreker benodig om sy telefoon se klank te versterk. In 1878 het Ernst Siemens van Duitsland 'n verbeterde tipe luidspreker uitgevind.^[2]

Luidsprekers gebruik beide elektriese en meganiese beginsels om 'n elektriese sein in klank te omskep. Voordat 'n luidspreker klank kan produseer, moet die sein gewoonlik eers met 'n elektroniese versterker versterk word. Meeste luidsprekers bestaan uit 'n rigiede papierkeël, 'n spoel dun koperdraad, en 'n sirkelvormige magneet.

Die keël, koperdraad en magneet word gewoonlik in 'n reghoekige houtkas gemonteer. Die koperdraad beweeg heen en weer as 'n elektriese stroom daardeur vloei (sien Faraday se wet). Die spoel koperdraad en die magneet veroorsaak dat die papierkeël vibreer en sodoende klank voortbring. Elektriese energie kan met behulp van 'n luidspreker in geluidsenergie omgesit word, en 'n ideale luidspreker sal oor die hele oudiogebied (waarin al die hoorbare trillings weergegee word) funksioneer sonder om die geluid of klank te vervorm.

Die magnetodinamiese luidspreker word die meeste van af die soorte gebruik. Hoewel dit ʼn luidspreker van hoë gehalte is, moet dit, soos die meeste luidsprekers, in 'n klankkas ingebou word om goeie klankreproduksie te lewer. Hoewel die vermoë en gehalte van luidsprekers meetbaar is, is die gegewens nie altyd voor hande nie, en is 'n mens by die keuse van ʼn luidspreker dikwels net op sy gehoor aangewese. 'n Luidspreker is 'n apparaat waarmee 'n ander vorm van energie in geluidsenergie omgesit word.

Die eerste luidsprekers het bestaan uit 'n metaalmembraan wat deur middel van meganiese trillings in beweging gebring is, en die oordrag van die trillings op die lug is met behulp van 'n beuel bevorder. Sedert elektroniese klankversterkers op die toneel verskyn het, word daar egter uitsluitend van elektriese spanningsvariasies gebruik gemaak om trillings voort te bring. Dit word dan ook deur 'n membraan op die lug oorgedra.

'n Luidspreker se doeltreffendheid word bepaal deur die hoeveelheid elektriese energie wat in geluidsenergie omgesit word, hoewel die membraangrootte ook 'n belangrike rof speel. Die membraan moet byvoorbeeld nie te klein wees nie, want dit sal die lae frekwensies (stadige trillings) nie goed kan oordra nie. Dit moet egter ook nie te groot wees nie, aangesien 'n groot membraan neig om die hoë frekwensies (vinnige trillings) uit te doof.

Die magnetodinamiese luidspreker (kortweg dinamiese luidspreker) is die algemeenste luidspreker en beval 'n spoel (spiraalgedraaide geleier) wat in 'n magneetveld geleë is. Sodra daar ʼn stroom deur die geleier vloei, word die spoel 'n elektromagneet wat. afhangende van die stroomrigting, deur die permanente magneet aangetrek of afgestoot sal word. Omdat die luidsprekermembraan aan die spoel vasgeheg is, sal dit saam met die spoel beweeg.

Die magnetodinamiese luidspreker se membraan is keëlvormig en word daarom ook 'n keelluidspreker genoem. Die spraakspoel waaraan die keel vasgeheg is, beweeg in 'n sirkelvormige lugspleet en is so geplaas dal dit nie uit die magneetveld sal beweeg nie. Die krag wat tussen die spraakspoel en die permanente magneet uitgeoefen word, is eweredig aan die sterkte van die magneetveld en daarom moet die van die permanente magneet kragtig wees, sodat die luidspreker op die geringste spanningsvariasies kan reageer.

By gebrek aan goeie magneetmateriaal is 'n elektromagneet vroeër in luidsprekers in die plek van die permanente magneet gebruik. Deesdae word ewe goeie resultate met permanente magnete behaal wat uit ferro-magnetiese materiaal bestaan. Die spraakspoel se trillings word met behulp van die keel op die lug oorgedra en bring daardeur hoorbare geluid voort. Die keel moet lig dog styf wees en oor 'n hoë interne dempingsvermoë beskik sodat dit nie sal neig om spontaan te tril nie, al reageer dit goed op trillings.

Luidsprekerkeels word uit sowel papiermaché as sekere kunsstowwe vervaardig. By die hoër frekwensies is veral papiermaché geneig om die keëlbeweging tot 'n gebied naby die spraakspoel te beperk, en om die rede word die buitenste keëlrand dikwels gegolf om dit meer elasties te maak. Om te verhoed dat die spraakspoel teen die wande van die lugspleet raak en die beweging belemmer word, word dit deur middel van 'n sentreerring in posisie gehou.

Die styfheid van die sentreerring bepaal saam met die massa van die keel die luidspreker se natuurlike resonansiefrekwensie. Geluide met frekwensies naby die resonansiefrekwensie sal altyd relatief harder klink, en daarom word daar getrag om die luidspreker se resonansiefrekwensie laer as die hoorbare frekwensievlak te hou. Die sentreerring is by hierdie soort luidspreker terselfdertyd ook vir die reaksiekrag (veerkrag) verantwoordelik, dit wil sê die krag waardeur die keël na elke trilling na sy oorspronklike posisie teruggebring word. Met die bogenoemde luidsprekersamestelling as basis word daar ook ander luidsprekers, waaronder die volgende, vervaardig:

- Die drukkamerluidspreker, waar die sentreerring die spoel bloot in posisie hou, en lug agter die keel ingesluit is om die reaksiekrag te verskaf.

- Die bandluidspreker, waar die spoel met 'n metaalbandjie vervang is. Die bandjie dien dikwels ook as membraan en gee gewoonlik ʼn goeie weergawe van die hoër frekwensies.

- Die metaalkeëlluidspreker, met ʼn keel wat uit metaal bestaan en nie uit papier of 'n kunsstof nie. Die luidsprekers is besonder kragtig en word gewoonlik in openbare luidsprekerstelsels gebruik.

- Die ortofase-Iuidspreker, met ʼn plat membraan waaraan 'n aantal metaalstrokies vas is. Die strokies pas in afsonderlike lugsplete en die krag word so eweredig oor die hele membraan versprei.

- Die ionofoon, waar die metaalgeleier met 'n gasmassa vervang is. Die geïoniseerde gas wat aan ʼn magneetveld onderhewig is, tril in ooreenstemming met die versterker se elektriese spanningsvariasies, en die geluid word weer eens deur middel van 'n membraan op die lug oorgedra.

Die enigste nie-magnetodinamiese luidspreker is die elektrostatiese luidspreker, waar die membraan 'n geleidende plaat is wat tussen ander plate (roosters) hang. Die roosters word van ladings (positief en negatief) voorsien, en sodra die membraan aan spanningsvariasies onderwerp word, oefen die roosters 'n elektrostatiese krag op die membraan uit en tril dit.

'n Enkele luidspreker kan gewoonlik nie die hele oudiogebied dek nie, en om te verseker dat al die klanke (van die laagste tot die hoogste tone) ewe hard is en ewe goed klink, word luidsprekers gekombineer om die gewenste resultate te lewer. 'n Aantal kleinerige wyebandluidsprekers kan byvoorbeeld saam gebruik word.

'n Wyebandluidspreker kan 'n hele aantal verskillende klanke (byvoorbeeld ʼn groep hoë tone) goed weergee. Deur die luidsprekers saam te gebruik, word die keëloppervlak effektief vergroot en kan die luidsprekers, terwyl dit die hoë tone afsonderlik hanteer, die lae tone saam weergee. So kan 'n aantal smalbandluid sprekers ook saam gebruik word. ʼn Smalbandluidspreker reageer net op sekere tone en op grond daarvan word die luidsprekers in 3 groepe ingedeel, naamlik die laetoon -, middeltoon- en hoëtoonluid- sprekers.

Hierdie 3 soorte luidsprekers word dikwels as afsonderlike luidsprekers in 'n kas ingebou, maar kan ook een, saamgestelde luidspreker wees. Om te verseker dat elke luidspreker net aan sy eie groep frekwensies onderwerp word, word die luidsprekers voorsien van filters wat 'n duidelike onderskeid tussen die verskillende groepe frekwensies kan tref.

'n Luidsprekerkas het 'n groot invloed op die koppeling (energieoordrag) tussen die membraan en die lug om die luidspreker, en kan, na gelang van die ontwerp, sekere geluide uitdoof of versterk. Luidsprekers het 'n redelik lae rendement (is nie baie doeltreffend nie) en die geluidsenergie word bowendien ongelyk oor die verskillende toonhoogtes (geluidsfrekwensies) verdeel. Dit kan steurings tot gevolg hê.

Die meeste steurings vind egter plaas deurdat die geluide aan sowel die voor- as agterkant van die luidsprekermembraan uitgestraal word, en nie in fase is nie omdat dit in teenoorgestelde rigtings beweeg. Geluidsfronte moet dus sover moontlik deur middel van klankskerms van mekaar geskei word om te voorkom dat dit mekaar uitdoof. 'n Eenvoudige metode om 'n kas se akoestiek te verbeter, is om die kas met skuimrubber of 'n kunsstof soos glasvesel uit te voer.

Dit demp die geluid wat na die agterkant van die luidspreker beweeg, sodat dit die geluid wat vorentoe beweeg, nie beïnvloed nie. Die binnekant van ʼn luidsprekerkas word dikwels ook voorsien van groewe wat met die golflengtes van die geluide ooreenstem. So word resonansie verkry en word die geluide versterk. Indien daar nie van 'n kas gebruik gemaak word nie, kan die doeltreffendheid van 'n luidspreker verhoog word deur dit van 'n beuel te voorsien, waarin die deursnee van die keel eksponensiaal (nie-linieer) met die lengte toeneem. AI die geluide word daardeur in een rigting gestuur en neig om mekaar te versterk in plaas van te verswak.

Die doel met 'n luidsprekerstelsel is om geluid met so min moontlik vervorming weer te gee. Aangesien elke mens se ore nie vir alle vervormings ewe gevoelig is nie, probeer ontwerpers eerder om ʼn goeie gemiddelde in plaas van die "ideale" luidspreker te ontwerp. Oor die algemeen is luidsprekers selde meer as 40 % doeltreffend (gemiddeld 20 %) en daar word getrag om regstellings met behulp van die klankversterker eerder as met die luidsprekerkonstruksie te doen.

• Wêreldspektrum, 1982, ISBN 0908409583, volume 17, bl. 176

• Wikimedia Commons het meer media in die kategorie Luidspreker.