×
הממברנה פועלת כמעבד, הממיר אנרגיה מכנית לאנרגיה אקוסטית. כאשר סליל קול מחובר לממברנה מתפקד עם מגנט קבוע באמצעות השראה אלקטרומגנטית, נוצר תנועה מהירה קדימה ואחורה. תנודות אלו דוחפות מולקולות אוויר, ויוצרות אזורי לחץ גבוה (דחיסה) ונמוך (פישוט) לסירוגין.
חומרים קלי משקל כמו נייר מצופה או תערובות פולימר מאפשרים העברה יעילה של אנרגיה, בעוד שמסביבים קשיחים, בדרך כלל גומי או קצף, מגבילים את התנועה לנתיבים ליניאריים. שטח הפנים של הממברנה קובע את נפח ההשתנות: ממברנות גדולות יותר מזיזות יותר אוויר, ולכן הן אידיאליות לשכפול תדרים נמוכים.
כל צליל מתחיל מרעידים בתחום השמיעה האנושי (20 הרץ–20 קילוהרץ). חומרי הממברנה משפיעים ישירות על איכות הצליל:
כוח השחזור של הדיאפראגמה – שמסופק על ידי רכיבי הספיידר והsuspending – מבטיח שהרטיטים יחזירו באופן מדויק את אותות הקלט ללא רنين לא מבוקר, ומשמר את נאמנות האות בטווחים הדינמיים.
בעוד הדיאפראגמות מתנודות, הן מייצרות גלים ארכיים שמתקדמים דרך האוויר באמצעות התנגשויות מולקולריות עוקבות. מדדי ביצועים מרכזיים כוללים:
| פרמטר | השפעה על איכות הקול | שקול עיצוב דיאפראגמה |
|---|---|---|
| העברה | קובע את רמת לחץ הצליל (SPL) | קוטר גדול יותר + הסעה גדולה יותר |
| תדר תהודה | משפיע על עיוות בטווחים מסוימים | אופטימיזציה של יחס קשיחות-למסה |
| הכבידות | שולט בזמן דעיכת רעידות | טיפולים ויסקו-אלסטיים בשוליים |
יצירת גלים זו עוקבת אחר חוק הוק, שבו הכוח המחזיר האלסטי של הדיאפרגמה מאפשר מחזורי תנועה חזרתיים, התואמים את הקלט, שחיוניים לשידור צליל מדויק.
גלי קול פועלים כהפרעות מכניות אורך שמתפשטות בחומרים שונים על ידי יצירת אזורים שבהם חלקיקים מתכווצים ואז מתרחבים שוב. דיאפרגמה רועדת דוחפת מולקולות אוויר סמוכות, ומייצרת שרשרת של גלי לחץ שמתקדמים ממולקולה למולקולה במהירות של כ-343 מטר לשנייה, כאשר מדובר באוויר בטמפרטורת החדר. גלי קול אלו שונים מהגלים traverse הנראים בחומרים קשיחים, משום שהם נעים באותו הכיוון שבו האנרגיה מתקדמת. עובדה זו הופכת אותם ליעילים בהעברת קול דרך חומרים כמו אוויר ומים, ולכן אנחנו יכולים לשמוע מישהו מדבר גם across חדר מלא במולקולות גז שפוגעות אחת בשניה.
תנודות הדיאפרגמה מייצרות תנודות לחץ ניתנות למדידה בשני שלבים:
ההפרש בלחץ מתקדם החוצה במהירויות התלויות בגמישות ו בצפיפות של התווך. דיאפרגמה שמתרעempt בתדירות של 1 קילוהרץ יוצרת 1,000 שיאי לחץ בשנייה, וקובעים ישירות את הגובה הנשמע.
כאשר דיאפרגמה בעלת קוטר של 50 מ"מ זזה רק 0.1 מ"מ במהלך כל תנודה, היא למעשה מעיפה כ 0.2 סנטימטרים מעוקבים של אוויר, המהירות בה נעה הדיאפרגמה משפיעה ישירות על רמת הרעש עד 110 דסיבל. לאחר שהגענו לרמה הזו, משהו מעניין קורה האוויר עצמו מתחיל לפעול באופן בלתי צפוי, גורם לצורות הגל הנעימות והנקיות האלה להיות מעוותות. כדי שהדוברים יעבדו כמיטב יכולתם, צריך להיות התאמה בין כמות ההתנגדות של הדיאפרגמה לבין מה שהאוויר הסובב מציע (כ-415 פאס/מ). נקודת התאמה זו חשובה מאוד למעצבים, כיוון שהשימוש בה נכון משמע יעילות טובה יותר מהדובר, ובמקביל, הפחתת השתקפות לא רצויות שמבזבזות אנרגיה.
דיאפרגמות פיזואלקטריות פועלות על ידי המרה של חשמל לצליל באמצעות מה שנקרא אפקט הפיזואלקטרי ההפוך. מכשירים אלו מורכבים משכבה של קרמיקה פיזואלקטרית הצמודה לגוף מתכתי, לרוב נחושת או לפעמים ניקל, בהתאם להעדפת היצרן. כאשר מחליפין מתח, מגיעה הקסם – הקרמיקה נמתחת או מתכווצת, מה גורם לחלק המתכתי לקופף קדימה ואחורה ויוצר את הצלילים שאנו יכולים לשמוע. מה שמבדיל אותם? הם אינם זקוקים לסלילים או למגנטים, מה שמאפשר תכנונים דקים במיוחד. לכן אנו רואים אותם בכל מקום, החל מערכות אזעקה בבתי חולים וכלה בשעוני חכם ואפילו בתכונות רטט בטלפונים, שם המקום הוא הגורם הכי חשוב.
הדיאפרגמות הפיזואלקטריות משתמשות במבנה סנדוויץ' בן שלוש שכבות:
| שכבה | אפשרויות חומר | תכונה رئيسית |
|---|---|---|
| רכיב פעיל | פלumb זירקונט טיטנית (PZT), בריום טיטנייט | מקדם פיזואלקטרי גבוה |
| תשתית | נחושת, יחסים של ניקל | גמישות מכנית |
| אלקטרודות | כסף, זהב | מוליכות אופטימלית |
סובסטרטים מנחושת שולטים באלקטרוניקה לצרכן (83% מההתקנים) בשל האיזון בין גמישות לבין עלות. סגסוגות ניקל מועדפות ביישומים תעשייתיים הדורשים עמידות בפני קורוזיה. מחקרים אחרונים מראים שקרמיקה מסוג PZT-5H מציעה תגובה בתדר רחב ב-15% יותר מאשר תערובות טיטנאת הבריום המסורתיות.
כאשר מחלים מתחים חלופיים, הם גורמים לשכבה keramית להתקפל בצורה מבוקרת באמצעות שינויים במבנה הגביש. התקנים אלו פועלים די טוב בטווח השמיעה שלנו כאשר אנו מחלים מתחים בגובה של כ-1 עד 20 וולט. התדירויות השמיעות משתנות מהצליל העמוק בתדר 20 הרץ ועד לצלילים גבוהים בתדר 20 קילו-הרץ. ישנן גם תוצאות מעניינות מבדיקות - לוחות נחושת דקים במיוחד, בעובי 0.1 מ"מ, מייצרים צליל שגבוה בכ-6 דציבלים בהשוואה לאלו שנעשים מניקל, כאשר נבדקים בתדר 10 קילו-הרץ. עם זאת, מה שמבליט במיוחד הוא היעילות של דיאפרגמות הפיזואלקטריות. הן ממירות קלט חשמלי לתנועה בצורה טובה בהרבה בהשוואה לרמקולים אלקטרומגנטיים מסורתיים, וחוסכות כ-40% בצריכת החשמל לאורך תקופות ארוכות של פעולה, לפי מדידות תעשייתיות.
הרכב ה-kerami critically משפיע על הביצועים:
מדדי תעשייה מצביעים על כך שדיאפרגמות עם גב מתכת יוצרות 92 דציבל SPL בכניסה של 1 וואט – 8 דציבלים חזק יותר מהגרסאות מאלומיניום. עם זאת, היברידים מניקל עמידים פי שלושה בסביבות של לחות גבוהה, מה שממחיש את המאזן בין תפוקת שמע לעמידות בבחירת החומר.
צליל בנושאי אלקטרומגנטיים מתחיל כאשר חשמל זורם דרך שלושה חלקים עיקריים: המבריז, катף הקול והמגנט הקבוע. כשאותות חשמליים עוברים דרך катף הקול, נוצר שדה מגנטי משתנה. זה מתנגש עם המגנט הקבוע בתוך הנושא, וגורם לкатף ולמבריז המחובר אליו לנוע קדימה ואחורה. בחינה של אופן פעולתם של נהגי דינמיקה מראה לנו למה חשוב כל כך קשיחות המבריז לשם ייצור גלי צליל ברורים. בתדרים מעל 5 קילוהרץ, כל כיפוף או התעortion בחומר גורם לעוותים לא רצויים. יצרני נושאים משקיעים הרבה זמן בבדיקת חומרים שונים כדי למצוא את האיזון המתאים בין גמישות ויציבות מבנית לביצועי שמע אופטימליים בכל טווחי התדר.
סלילי קול מוצבים בדרך כלל בנקודה העליונה ביותר או סביב שפת הדיאפרגמה, ויוצרים חיבור ישיר לתנועה. כאשר סלילים אלו זזים קדימה ואחורה בטווח הגדול הזה של 20 עד 20,000 הרץ, הם מפזרים את האנרגיה הקינטית באופן די אחיד על פני כל שטח הדיאפרגמה. גם החומרים החדשים והקלים חשובים מאוד כאן. אלומיניום או ציפויים מיוחדים של פולימר עם טיטניום מעורב יכולים להגיב במהירות של כ-40 אחוז יותר בהשוואה לעיצובים ישנים מבוססי נייר. זה מה שמייצר את ההבדל בעת השתקפות של צלילים פתאומיים, ומביא באמת את הפרטים החדים בתדרים הגבוהים שאוהבי אודיו כל כך אוהבים.
גלי קול מתרגמים לאותות חשמליים דרך שינויים בעוצמה ובתדירות. כשמדובר בציוד שמע, אות של 12 וולט מקצה לקצה מספיק כדי לגרום לספניות הסאב-וופר הגדולות לזוז יותר מ-2 מילימטרים קדימה ואחורה. התנועה הזו יוצרת את התדרים הנמוכים החזקים שאנו מרגישים בחזה שלנו באותה מידה בה אנו שומעים אותם. טכנולוגיית המגברים העדכנית גם הגיעה ממש רחוק. כיום הם יכולים לשמור על עיוות הרמוני כולל מתחת ל-0.05%, מה שאומר צליל נקי יותר בכללותו. מבט במספרים מחקר של החברה להנדסת שמע משנת 2023 מראה שזה מייצג שיפור של כ-15 פעמים בהשוואה למה שהיה זמין בשנות ה-90.
נושאי הרמקולים של היום מצליחים לשחזר צליל בדיוק יוצא דופן הודות לאופן שבו הם עובדים יחד עם חלקי הממברנה שלהם. מחקר חדש בתחום הנדסת האקוסטיקה משנת 2024 חשף דבר מעניין גם על נושאי קרן. העיצובים החדשים הללו יכולים להגביר את הבקרה הכיוונית בבערך 40 אחוז בהשוואה למה שראינו בעבר. כשיצרנים מתאימים את תנועת הממברנה לצורות המנחת העקומות, גלי הקול שנוצרים נשארים עקביים בהרבה. זה עוזר למנוע את ביטולי הקול המטרידים שבהם חלקים שונים של גל קול 'נלחמים' אחד בשני. עבור כל מי שמתעניין באיכות שמע טובה, בין בבית ובין בס튜דיות הקלטה, שיפור מהסוג הזה עושה את כל ההבדל.
הקשיות, המשקל ומאפייני הכיבוי של דיאפרגמה קובעים באמת עד כמה היא מתפקדת היטב. כאשר יצרנים משתמשים בחומרים קשיחים יותר כמו סגסוגות אלומיניום, הם יכולים למעשה לצמצם את אופני הפירוק המטרידים בתדרים גבוהים שמפריעים לאיכות השמע. זה גורם לתגובת הצליל הגבוה להיות ברורה יותר בכל הדרך עד כ-20kHz. בתחום התדרים התיכוניים, חומרי פולימר עשירים במיוחד מבצעים ניסים בהשגת תגובה ליניארית בגדלים שונים של עוצמת שמע. אך יש להישמר אם המסה אינה מפולגת כראוי בדיאפרגמות הדקיקות ביותר (פחות מ-0.1 מ"מ) מכיוון שזה עלול להגביר את רמות הרעשת ההרמונית בין 12% ל-18%, לפי מחקר חדש בתחומי מדע החומרים. כיום, רבים מהחברות פונות לטכניקות אינטרפרומטריה של לייזר כדי לאתר בדיוק את מקומות התנודות על פני השטח של הדיאפרגמה. זה מאפשר להם לחזק אזורי מיקוד ספציפיים מבלי להאט את יכולת הרמקול להגיב במהירות לשינויים פתאומיים בסיגנלי שמע.
שילובים מתקדמים של חומרים מגדירים מחדש את היכולות האקוסטיות:
החדשנות הזו, שנבדקה בבדיקות חומרים עצמאיות, מדגימה כיצד הנדסת רמה אטומית עוברת לשיפורים ממשיים – מהעמקות אורเคסטרליות עשירות יותר ועד בהירות דיבור ש verbesserung בסimarim חכמות.
הדיפרגמה פועלת כמשדר במכשירי שמע, הממירים רעדים מכניים לגלים קוליים.
דיפרגמה פיזואלקטרית מייצרת צליל באמצעות אפקט הפיזואלקטרי ההפוך, שבו שכבת חומר קרמי מתעקלת בתגובה למתח חשמלי.
חומרים כמו תערובות גמישות, שילובי טיטניום/סיבי זכוכית ופולימרים משפיעים ישירות על בהירות ואפקטיביות הקול בטכנולוגיית דיפרגמה.
EN
