×
Diafragma bertindak sebagai transduser, menukarkan tenaga mekanikal kepada tenaga akustik. Apabila gegelung suara yang dilekatkan pada diafragma berinteraksi dengan magnet kekal melalui aruhan elektromagnetik, ia menghasilkan pergerakan ulang-alik yang pantas. Osilasi ini menolak molekul udara, mencipta zon tekanan tinggi (mampatan) dan tekanan rendah (pengenceran) secara berselang-seli.
Bahan ringan seperti kertas bersalut atau komposit polimer membolehkan pemindahan tenaga yang cekap, manakala bahagian luar yang tegar, biasanya keliling getah atau busa, mengawal pergerakan kepada laluan linear. Keluasan permukaan diafragma menentukan isipadu anjakan: diafragma yang lebih besar menggerakkan lebih banyak udara, menjadikannya sesuai untuk menghasilkan frekuensi yang lebih rendah.
Setiap bunyi berasal daripada getaran dalam julat pendengaran manusia (20 Hz-20 kHz). Bahan diafragma secara langsung mempengaruhi kualiti ton:
Daya pemulihan diafragma—yang disediakan oleh komponen spider dan suspensi—memastikan getaran mencerminkan isyarat input dengan tepat tanpa gegaran tidak terkawal, mengekalkan kesetiaan isyarat merentasi julat dinamik.
Apabila diafragma berayun, ia menghasilkan gelombang longitudinal yang merambat melalui udara melalui perlanggaran molekul secara berperingkat. Metrik prestasi utama termasuk:
| Parameter | Kesan Terhadap Kualiti Bunyi | Pertimbangan Reka Bentuk Diafragma |
|---|---|---|
| Pemindahan | Menentukan SPL (Aras Tekanan Bunyi) | Diameter lebih besar + pergerakan lebih jauh |
| Kekerapan Resonans | Mempengaruhi sambungan pada julat tertentu | Pengoptimuman nisbah kekakuan terhadap jisim |
| Penyahgerakan | Mengawal masa lenyap getaran | Rawatan tepi viscoelastik |
Penjanaan gelombang ini mengikut Hukum Hooke, di mana daya pemulihan elastik diafragma membolehkan kitaran pergerakan yang boleh diulang dan responsif kepada input, yang penting untuk penghasilan bunyi yang tepat.
Gelombang bunyi berfungsi sebagai gangguan mekanikal membujur yang merambat melalui pelbagai bahan dengan mencipta kawasan di mana zarah-zarah dipadatkan dan kemudian disebar semula. Diafragma yang bergetar menolak molekul udara berhampiran, memulakan apa yang pada dasarnya merupakan siri hentaman yang bergerak dari satu molekul ke molekul lain pada kelajuan kira-kira 343 meter per saat apabila kita bercakap mengenai udara pada suhu bilik. Gelombang bunyi ini berbeza daripada gelombang melintang yang dilihat dalam objek pepejal kerana ia bergerak sepanjang laluan yang sama seperti arah pergerakan tenaganya. Ini menjadikannya agak efisien dalam membawa bunyi melalui benda seperti udara dan air, yang mana kita boleh mendengar seseorang bercakap walaupun merentasi sebuah bilik yang penuh dengan molekul gas yang sedang melantun.
Osilasi diafragma menghasilkan fluktuasi tekanan yang boleh diukur dalam dua fasa:
Perbezaan tekanan ini merebak keluar pada kelajuan yang bergantung kepada keanjalan dan ketumpatan medium. Diafragma yang bergetar pada 1 kHz menghasilkan 1,000 puncak tekanan setiap saat, menentukan secara langsung kelangsingan yang dikesan.
Apabila diafragma berdiameter 50 mm bergerak hanya 0.1 mm semasa setiap ayunan, ia sebenarnya menyesarkan kira-kira 0.2 sentimeter padu udara, yang mencukupi untuk menghasilkan bunyi yang boleh kita dengar. Kelajuan pergerakan diafragma secara langsung mempengaruhi seberapa kuat bunyi tersebut sehingga kira-kira 110 desibel. Selepas mencapai tahap ini, sesuatu yang menarik berlaku—udara itu sendiri mula bertindak secara tidak menentu, menyebabkan gelombang bersih yang baik menjadi terganggu. Bagi pembesar suara berfungsi pada prestasi terbaiknya, perlu ada kesepadanan antara rintangan yang dialami oleh diafragma dan rintangan yang ditawarkan oleh udara di sekelilingnya (kira-kira 415 Pa·s/m). Titik persesuaian ini sangat penting bagi pereka kerana mencapainya bermakna kecekapan yang lebih tinggi dari pembesar suara serta mengurangkan pantulan yang tidak diingini yang membazirkan tenaga.
Diafragma piezoelektrik berfungsi dengan menukarkan elektrik kepada bunyi menggunakan apa yang dikenali sebagai kesan piezoelektrik songsang. Peranti ini dibuat dengan lapisan seramik piezoelektrik yang dilekatkan pada alas logam, biasanya tembaga atau kadangkala nikel, bergantung pada keutamaan pengilang. Apabila voltan dikenakan, ajaibnya berlaku: seramik tersebut meregang atau mengecut, menyebabkan bahagian logam melentur ke depan dan ke belakang, menghasilkan bunyi yang boleh kita dengar. Apa yang menjadikannya istimewa? Ia tidak memerlukan gegelung atau magnet, membolehkan reka bentuk yang sangat nipis. Itulah sebabnya kita melihatnya digunakan di pelbagai tempat seperti sistem alaram hospital, jam tangan pintar, dan malah dalam ciri getaran telefon di mana ruang adalah paling penting.
Diafragma piezoelektrik menggunakan struktur tiga lapisan seperti sandwich:
| Lapisan | Pilihan Bahan | Ciri Utama |
|---|---|---|
| Unsur Aktif | Plumbum zirkonat titanat (PZT), Barium titanat | Pepejal pekali piezoelektrik yang tinggi |
| Substrat | Tembaga, aloi nikel | Kelenturan mekanikal |
| Elektrod | Perak, emas | Kekonduksian Optimum |
Substrat loyang mendominasi elektronik pengguna (83% peranti) disebabkan keseimbangan antara kelenturan dan kos. Aloi nikel lebih dipilih dalam aplikasi industri yang memerlukan rintangan kakisan. Kajian terkini menunjukkan seramik PZT-5H menawarkan sambutan frekuensi yang 15% lebih luas berbanding formulasi barium titanate tradisional.
Apabila voltan ulang alik dikenakan, ia menyebabkan lapisan seramik membengkok secara terkawal melalui perubahan dalam struktur hablur. Peranti ini berfungsi dengan agak baik merentasi julat pendengaran kita apabila voltan antara 1 hingga 20 volt dikenakan. Frekuensi boleh didengar merangkumi dari bass yang dalam pada 20 Hz hingga bunyi bernada tinggi pada 20 kHz. Beberapa ujian menunjukkan keputusan yang menarik juga - lembaran loyang nipis setebal 0.1 mm sebenarnya menghasilkan bunyi yang kira-kira 6 desibel lebih kuat berbanding yang sejenis daripada nikel apabila diuji pada frekuensi 10 kHz. Namun yang paling ketara adalah kecekapan diafragma piezoelektrik ini. Mereka menukar input elektrik kepada pergerakan dengan lebih baik berbanding pembesar suara elektromagnet tradisional, menjimatkan kira-kira 40% penggunaan kuasa dalam tempoh operasi yang panjang menurut ukuran industri.
Komposisi seramik sangat mempengaruhi prestasi:
Rujukan industri menunjukkan diafragma berasaskan tembaga merah mampu mencapai 92 dB SPL pada input 1W—8 dB lebih kuat daripada varian aluminium. Namun, hibrid nikel tahan tiga kali ganda lebih lama dalam persekitaran berkelembapan tinggi, menunjukkan kompromi antara output akustik dan ketahanan dalam pemilihan bahan.
Bunyi dalam pembesar suara elektromagnetik bermula apabila arus elektrik mengalir melalui tiga bahagian utama: diafragma, gegelung suara, dan magnet kekal. Apabila isyarat elektrik melalui gegelung suara, medan magnet yang berubah terhasil. Ini berinteraksi dengan magnet tetap di dalam pembesar suara, menyebabkan kedua-dua gegelung dan diafragma yang bersambung dengannya bergerak ulang alik. Memerhatikan cara pemandu dinamik berfungsi menunjukkan kepada kita betapa pentingnya ketegangan diafragma untuk menghasilkan gelombang bunyi yang jelas. Pada frekuensi melebihi 5 kHz, sebarang lenturan atau kelenturan dalam bahan tersebut menyebabkan sela deformati yang tidak diingini. Pengilang pembesar suara menghabiskan banyak masa untuk menguji pelbagai bahan bagi mencari keseimbangan yang tepat antara kelenturan dan integriti struktur untuk prestasi audio yang optimum merentasi semua julat frekuensi.
Gegelung suara biasanya ditempatkan sama ada pada titik paling atas atau di sekeliling tepi diafragma, mencipta sambungan langsung untuk pergerakan. Apabila gegelung ini bergerak ulang-alik dalam julat besar antara 20 hingga 20,000 Hz, ia menyebarkan tenaga kinetik secara agak sekata ke seluruh kawasan diafragma. Bahan-bahan ringan yang terkini juga memainkan peranan penting di sini. Aluminium atau salutan polimer khas dengan campuran titanium boleh bertindak balas kira-kira 40 peratus lebih cepat berbanding reka bentuk berasaskan kertas lama. Ini membuat perbezaan besar ketika menghasilkan bunyi yang tiba-tiba dan benar-benar menonjolkan butiran tajam pada frekuensi tinggi yang begitu digemari oleh peminat audio berkualiti tinggi.
Gelombang bunyi ditukar kepada isyarat elektrik melalui perubahan dalam amplitud dan frekuensi. Apabila kita bercakap mengenai peralatan audio, sesuatu seperti isyarat puncak ke puncak 12 volt sebenarnya cukup untuk menggerakkan kon subwoofer besar lebih daripada 2 milimeter ke hadapan dan ke belakang. Pergerakan ini menghasilkan frekuensi rendah yang kuat yang kita rasai di dada kita sama seperti yang kita dengar. Teknologi amplifier terkini juga telah berkembang pesat. Kini, mereka mampu mengekalkan jumlah sisa harmonik di bawah 0.05%, yang bermaksud bunyi secara keseluruhan adalah lebih bersih. Melihat nombor daripada kajian Persatuan Kejuruteraan Audio pada tahun 2023 menunjukkan peningkatan sebanyak kira-kira lima belas kali ganda berbanding dengan apa yang tersedia pada era 90-an.
Pemacu pembesar suara hari ini berjaya menghasilkan bunyi dengan ketepatan yang luar biasa berkat kerjasama mereka dengan bahagian diafragma. Satu kajian terkini dalam bidang kejuruteraan akustik pada tahun 2024 menunjukkan sesuatu yang menarik mengenai pemacu corong juga. Reka bentuk baru ini boleh meningkatkan kawalan berarah sebanyak kira-kira 40 peratus berbanding dengan apa yang pernah kita lihat sebelum ini. Apabila pengilang mencocokkan pergerakan diafragma dengan bentuk reflektor melengkung tersebut, gelombang bunyi yang dihasilkan menjadi jauh lebih konsisten. Ini membantu mencegah pembatalan yang mengganggu di mana bahagian-bahagian gelombang bunyi saling bertentangan antara satu sama lain. Bagi sesiapa yang mengambil berat tentang kualiti audio yang baik sama ada di rumah atau di studio rakaman, peningkatan sebegini membuatkan perbezaan yang besar.
Kekakuan, berat, dan ciri peredaman diafragma benar-benar menentukan sejauh mana prestasinya secara keseluruhan. Apabila pengilang menggunakan bahan yang lebih keras seperti aloi aluminium, mereka sebenarnya boleh mengurangkan mod pecahan frekuensi tinggi yang mengganggu kualiti bunyi itu. Ini menjadikan sambutan treble lebih jelas sehingga kira-kira 20kHz. Untuk frekuensi pertengahan, komposit polimer ultra nipis memberi kesan luar biasa dalam mengekalkan sambutan linear merentasi pelbagai tahap volum. Tetapi berhati-hati jika jisim tidak diagihkan dengan betul pada diafragma sangat nipis ini (kurang daripada 0.1mm tebal) kerana ini boleh meningkatkan aras distorsi harmonik antara 12% hingga 18%, menurut penyelidikan terkini dari bidang sains bahan. Kini, ramai syarikat beralih kepada teknik interferometri laser untuk mengenal pasti dengan tepat di mana getaran berlaku pada permukaan diafragma. Ini membolehkan mereka mengukuhkan kawasan tertentu tanpa melambatkan keupayaan pembesar suara bertindak balas dengan cepat terhadap perubahan mendadak dalam isyarat audio.
Campuran bahan inovatif sedang mentakrifkan semula keupayaan akustik:
Inovasi-inovasi ini, yang telah disahkan dalam ujian bahan bebas, menunjukkan bagaimana kejuruteraan skala atom diterjemahkan kepada peningkatan nyata—daripada kedalaman orkestra yang lebih kaya hingga kejelasan ucapan yang dipertingkatkan dalam peranti pintar.
Diafragma bertindak sebagai transduser dalam peranti audio, menukarkan getaran mekanikal kepada gelombang bunyi.
Diafragma piezoelektrik menghasilkan bunyi melalui kesan piezoelektrik songsang, di mana lapisan seramik membengkok sebagai tindak balas terhadap voltan elektrik.
Bahan-bahan seperti komposit fleksibel, hibrid titanium/gentian kaca, dan polimer secara langsung mempengaruhi kejelasan bunyi dan kecekapan dalam teknologi diafragma.
EN
