×
Umbilinn virkar sem umhvarf, sem umbreytir músíklegri orku í akustiska orku. Þegar raddspóla tengd umbilnum sameinast varanlegum segulnum gegnum rafræna innstreymi, myndast fljótt fram og til baka hreyfing. Þessi sveifla ýtir loftmótækjum, og myndar vaxandi háþrýstings (þéttun) og lágþrýstings (sjaldgæfni) svæði.
Léttvæg efni eins og pláðuð pappír eða samsetningarplasti leyfa árangursríka orkuflutning, en stífur jaðri – yfirleitt úr krókódúk eða skjúm – takmarkar hreyfingu við láréttar leiðir. Yfirborðsflatarmál umbilins ákveður forskiftivolume: stærri umbilnir færa meira loft, og eru því fullkomnir til að endurgera lægra tíðni.
Allt hljóð hefst í virkjunum innan manneskjaheyrnar (20 Hz–20 kHz). Efni umbilins ákveður beint tonágæði:
Endurheimtarafl vöðvans – sem veitt er af spíðra og ophengingarhlutum – tryggir að sveiflur endurspegli inntakssignal með nákvæmni án óstjórnlegrar eftirhringingar, og varðveitir trúnað til signalsins yfir allt breytilegt svið.
Þegar vöðvar svífast mynda þeir lengdarbylgjur sem berast í gegnum loft með raðnæðiskenndum sameiningum á auðkum. Lykilmarkmið fyrir afköst eru:
| Parameter | Áhrif á hljóðgæði | Athygli skal taka á hönnun vöðva |
|---|---|---|
| Flótt | Ákveður SPL (Sound Pressure Level) | Stærri diameter + meiri færsla |
| Náttúruleg tíðni | Áhrif á skafling í ákveðnum sviðum | Lagmarkssnidur stífleika-til-massar hlutfalls |
| Dempun | Stjórnar brotlagsfyrir tóna | Viskóelastíska jaðarbehandlingar |
Þessi bylgjuframleiðsla fylgir Hooke's lög, þar sem herðarinnar elstísku endurheimtarafl gerir endurtekningar á hreyfihringjum sem eru viðkvæmir fyrir inntaki mögulega, sem er nauðsynlegt fyrir nákvæma hljóðendurskipti.
Hljóðbylgjur virka sem lengdarhreyfingar á sjávargeðslum sem ferðast í gegnum mismunandi efni með því að búa til svæði þar sem agnir eru samþrungiðar og síðan aftur dregist út. Vibrerandi himnu ýtir á nándalægar loftmolekýlur, sem ræsir það sem reyndar er rað af skellum sem fer frá einni molekýlu til annarrar, um 343 metra á sekúndu, ef um er að ræða loftrás við stofuhita. Þessar hljóðbylgjur eru ólíkar þeim tvörföldu bylgjum sem sjást í föstu efnum, því að þær fara eftir sömu leið og orkunni flæðir áfram. Þetta gerir þær nokkuð góðar í að flytja hljóð í gegnum efni eins og loft og vatn, sem er ástæðan fyrir því að við getum heyrt einhvern tala, jafnvel í gegnum herbergi fullt af gasagnir sem hoppa um sig.
Sveifla himnu veldur mælanlegum þrýstingsbreytingum í tveimur stöðum:
Þessi þrýstismunur berst út á við með hraða sem háður er sveigjanleika og þéttleika umhverfisins. Skífa sem virfur við 1 kHz myndar 1.000 þrýstispjöld á sekúndu, sem ákveður beint hljóðhæðina sem heyrt er.
Þegar áfylling með 50 mm þvermál hreyfist aðeins 0,1 mm við hverja sveiflu, endanlega færir hún um 0,2 rúmsentimetrar af lofti, sem er nóg til að búa til hljóð sem við getum heyrt. Hraðinn sem áfyllingin hreyfist á hefur beina áhrif á hversu hátt hljóðið verður, allt að um 110 desíbel. Þegar þessum markverði er náð, gerist eitthvað áhugavert – loftið sjálft byrjar að hegða sér óreglulega, sem veldur því að falleg, hrein svæðismynd verður brotin. Til að tónvarpar virki best, verður að vera samsvörun milli þess hversu mikið andspennu áfyllingin finnur og þess sem umgjörðarloftið býður uppá (um 415 Pa·s/m). Þessi samsvörunarpunktur er mjög mikilvægur fyrir hönnuðlaforða vegna þess að rétt útfærsla á honum felur í sér betri virkni tónvarpsins, en einnig minni ónoðunlega endurspeglun sem eyðir orku.
Píezóelektríska diskar virka með því að breyta rafmagni í hljóð með því sem kallað er öfuga píezóefninu. Þessi tæki eru gerð með lag af píezóelektrískri keramik fest við metallhlið, yfirleitt messing eða stundum nikkel, eftir vali framleiðandans. Beitið spennu og sjáið töfrann – keramikin strekkur sig eða dragst saman, sem veldur því að metallhlutinn beygir sig fram og til baka og myndar hljóðið sem við getum raunverulega heyrt. Hvað gerir þá þau svo sérstök? Þau þurfa ekki neina rafspolar eða segulstöngvar, sem gerir kleift að hanna ótrúlega þunn mótun. Þess vegna sjáum við þau birtast allsstaðar, frá alarmaðkerfi á sjúkrahúsum til smartur úrvaltímabila og jafnvel í virkjunarbrotum síma, þar sem pláss er mest mikilvægt.
Píezódiskar nota þrílaga samsett uppbyggingu:
| Lags | Efnisvalkostir | Lykilatriði |
|---|---|---|
| Virkur hluti | Lóð zirkónatítanat (PZT), Baríumtítanat | Hár píezóefnisstuðull |
| Grunnsvið | Messing, Nikkelblöndur | Raflaga fleksibilitet |
| Rafelectróður | Silfur, Gull | Áætlaður leiðni |
Messinguðlög dæma yfir neytendavélar (83% tæka) vegna jafnvægisins milli sveigjanleika og kostnaðar. Nikkelblöndur eru yfirleitt notaðar í iðnaðarforritum sem krefjast ámotsheldni. Nýlegar rannsóknir sýna að PZT-5H keramik býði fram 15% breiðari tíðnissvari en hefðbundin baríumtítanatformúlur.
Þegar varastafsgildur eru sett á, valda þeir að keramíkúrslaginu bregðist á stjórnvan hátt í gegnum breytingar á krystallbyggingu. Þessi tæki virka nokkuð vel innan hljóðskeiðsins okkar þegar við setjum á spennu frá um 1 til 20 volt. Hljóðbylgjustykkið nær allt frá djúpum bassa við 20 Hz að miklu hárri hljóði við 20 kHz. Sumar prófanir sýna einnig áhugaverðar niðurstöður – tónnir af messing sem eru aðeins 0,1 mm þykkir framleiða raunverulega hljóð sem er um 6 desíbel meira en sambærilegar níkelplötur þegar prófað er við 10 kHz tíðni. Það sem mérkirlega mælir mest er samt hversu ávaxtasöm þessi píezó-þykja eru. Þær umbreyta rafmagni í hreyfingu mun betur en hefðbundin rafeindatæki og spara um 40% af orkubreiðslu yfir langt skeið samkvæmt iðnustriprófunum.
Keramíkuppbygging ákvarðandi ákveður afköst:
Viðmiðunarkerfi í iðjunni gefa til kynna að diskur með messingbaki ná 92 dB SPL við 1W inntak – 8 dB hraðari en útgáfur með álfólki. Hins vegar eru nikkelblöndur þríveldiga lengri lífseigri í umhverfum með háa raka, sem sýnir jafnvægið milli hljóðframleiðslu og varanleika við val á efnum.
Hljóð í raflausum tæki byrjar þegar rafmagn flæðir í gegnum þrjá aðalhluta: hljóðsveiflina, rafvinduna og varanlega segulinn. Þegar rafmagnssignal fer í gegnum rafvinduna myndast breytilegur segull, sem sameinast við fasta seglinn inni í hljóðkerfinu, og veldur því að bæði vindan og tengda hljóðsveiflin hreyfist fram og til baka. Þegar horft er á hvernig hreyfillar virka kemur í ljós hversu mikilvægt er að hljóðsveiflan sé stíf til að framleiða skýr hljóðbylgjur. Við tíðni yfir 5 kHz veldur einhver beyging eða sveif í efni hljóðsveiflarinnar óæskilegri skaðhljóðmyndun. Hljóðkerfaherðar eyða miklu tíma í að prófa mismunandi efni til að finna rétta jafnvægi milli sviðs og uppbyggingarstyrkleika fyrir bestu hljóðgæði yfir alla tíðnisvið.
Rásarvindur er venjulega staðsettur annað hvort efst eða í kanti berfallsins, sem myndar beina tengingu fyrir hreyfingu. Þegar þessar vendar fara fram og til baka innan þessa mikla sviðs frá 20 til 20.000 Hz drepa þær kinetíska orku nokkuð jafnt yfir allt flatarmál berfallsins. Nýrra léttvægi efni spila mikla hlutverk hér einnig. Aluminín eða sérstök jarðefna-plómer með smá títan blandað við geta verið um 40 prósent fljóttari í að svara samanburðarvið eldri pappírshönnun. Þetta gerir allan muninn við endurgerð á óbeðnum hljóðum og kemur mjög vel í ljós skarpar upplýsingar í hám sveiflusviðinu sem hljóðástundar elska svo mikið.
Hljóðbylgjur eru umbreyttar í rafmagnstæki með breytingum á bæði amplitúð og tíðni. Þegar talað er um hljóðkerfi er eitthvað eins og 12 volt topp til topp merki nógu mikið til að færa stóru undirhljómskálana meira en 2 millimetra fram og til baka. Þessi hreyfing býr til þá öflugu lággöng sem við finnum í brjóstunum okkar eins miklu og við heyrum þau. Nýjustu aflvöndunartækni hefur einnig komist langt. Í dag geta þau gert svo að heildar harmónísk skekkja sé undir 0,05%, sem þýðir hreinna hljóðgjöf alls samtals. Talningar úr rannsóknum Hljóðverkfræðifélagsins árið 2023 sýna að þetta táknar um fimmtán sinnum betri afköst miðað við þau sem voru tiltæk í 90-árabyrjun.
Tónvarnarhringjum dagsins í dag tekst að endurgera hljóð með ávallt ótrúlegri nákvæmni takmarkað við hvernig þeir virka saman við herðarbúnað sinn. Nýrri rannsókn á sviði hljóðverkfræðinnar úr árinu 2024 komst í ljós eitthvað áhugavert um hornhringi einnig. Þessi nýju hönnun getur bætt stefnustjórnun um allt að 40 prósent miðað við það sem hefðbundin hönnun hefir sýnt. Þegar framleiðendur sameiga hreyfingu herðarinnar við þessa bögnuð speglaform, verða hljóðbylgjurnar mun samræmdari. Þetta hjálpar til við að koma í veg fyrir þær erfiðar hryðjuhlutaþögn sem gerast þegar mismunandi hlutar hljóðbylgjunnar „berjast“ gegn hvort öðru. Fyrir alla sem bryja sig á að hljóðgæði séu góð, hvort sem er í heimilinu eða í upptökustúdíó, gerir slík bótgerð allan mun.
Stífleiki, vigt og dempistuðull plötu ákvarðar í raun hvernig hún prestarar í heildina. Þegar framleiðendur nota stífari efni eins og álgerði geta þeir minnkað óþægilegar hámáttar skerðingarblandur sem trufla hljóðgæði. Þetta gerir hátttóna svörum hreinari allt að um 20 kHz. Fyrir miðtona sýna mjög þunnar samsetningar af pólýmer frábærar árangur til að halda línulegri svari við mismunandi hljóðstyrk. En verið varúðar ef massi er ekki jafndreifður í þessum mjög þunnu plötum (minna en 0,1 mm þykk) vegna þess að þetta getur aukið hljóðsveifluskammta á bilinu 12% til 18%, samkvæmt nýrri rannsókn á sviði efnafræði. Nú síðustu dagana eru margar fyrirtæki að snúa sér að ljósstrålingsmælinga aðferðum til að nákvæmlega staðfesta hvar sveiflur koma fram á yfirborði plötu. Þetta gerir þeim kleift að styrkja ákveðin svæði án þess að hægja á hraða sprengisins til að svara fljótt breytingum á hljóðmerkjum.
Fyrstu tegundir af efnaverkefnum endurskildu hljóðgetu:
Þessar nýjungar, staðfestar í óháðum prófum á efnum, sýna hvernig verkfræði á atómstærð skilar verulegum bótum – frá ríkari dýpt orkustarfa til betri orðskýrðar í snjallsimrum.
Himninn virkar sem umvandlari í hljóðtækjum, þar sem hann umbreytir vélmennishristingum í hljóðbylgjur.
Píezóeldhimi framleiðir hljóð með öfugri píezóeldaraefnum, þar sem keramíkúr lag biegist í reykingum á rafspennu.
Efni eins og svalbar samsetningar, títaníð-/glasvefji blöndur og mörgljónar hafa bein áhrif á hljóðskynjun og virkni í himnategund.
EN
