Czy wyobrażasz sobie telefon bez wbudowanego głośnika lub koncert muzyczny bez tych gigantycznych głośników? Nie, nie można, bo nie ma sensu kupować telefonu, który nie wydaje dźwięku, ani jechać na koncert, na którym wykonawca śpiewa tylko do pierwszego rzędu. Głośniki są tak samo ważne dla urządzeń elektronicznych i cyfrowych, jak te urządzenia są dla naszego codziennego życia. A czy wiesz, co kryje się za głośnikiem Twojego smartfona? Maleńki magnes. Bez magnesu w środku głośnik nie będzie w stanie przekształcić sygnałów elektrycznych w sygnały mechaniczne, czyli dźwięk.
Szybkie podsumowanie historii mówców; W 1861 roku Johann Philip Reis stworzył pierwszy w historii nadajnik dźwięku, wykorzystując cewkę i membranę, które mogły przekształcać fale dźwiękowe na sygnały elektryczne. Później, w 1876 roku, wykorzystując cewki magnetyczne do przesyłania dźwięku, Alexander Graham Bell wynalazł pierwszy telefon, który miał praktyczne zastosowanie. W XX wieku magnesy trwałe zastąpiły elektromagnesy, rewolucjonizując wydajność i zwartość głośników. W latach 80. neodym (NdFeB) szturmem podbił świat głośników swoją niezrównaną siłą magnetyczną i zwartością.
Przejdźmy szybko do roku 2024, a przebyliśmy długą drogę od cewek i membran. Większość dźwięków, które słyszysz na co dzień, pochodzi z głośników, ale czy kiedykolwiek zatrzymałeś się i zastanawiałeś, jak ważne są magnesy dla głośników? Cóż, przekonajmy się.
Co to jest magnes?
Mówiąc najprościej, magnes to materiał, który wytwarza niewidzialne pole, czyli pole magnetyczne. Pole magnetyczne to silna siła, która może przyciągać lub odpychać inne materiały, takie jak żelazo czy kobalt. W oparciu o ich zdolność do wytwarzania pola magnetycznego, oto dwie główne kategorie magnesów.
Magnesy trwałe – magnes trwały to magnes posiadający stałe pole magnetyczne. Do wytworzenia stałego pola magnetycznego nie jest wymagana żadna siła zewnętrzna. Przykłady magnesów trwałych obejmują neodym, tlenek żelaza i ferryt baru.
Magnesy tymczasowe – magnesy tymczasowe to magnesy, które mogą wytworzyć tymczasowe pole magnetyczne tylko wtedy, gdy znajdują się pod wpływem innego pola magnetycznego. Wymagają zatem obcego pola magnetycznego, aby wykazać właściwości magnetyczne.
Stabilne, stałe i silne pole magnetyczne jest niezbędne do działania głośnika. Dlatego magnesy trwałe mają ogromne znaczenie w przypadku głośników.
Nauka o dźwięku
Kolejnym aspektem, który musisz zrozumieć, aby lepiej zrozumieć działanie głośnika, jest dźwięk. Jest to forma energii powstająca w wyniku drgań cząstek w ośrodku, jakim jest powietrze lub woda.
Wibrujący obiekt wytwarza fale ciśnienia, które przechodzą przez ośrodek i powodują powstawanie fal dźwiękowych. Fale dźwiękowe po dotarciu do naszych uszu powodują wibrację błon bębenkowych, co nasz mózg interpretuje jako dźwięk umożliwiający słuchanie muzyki lub głosów innych osób.
Podążając za tym naturalnym zjawiskiem, głośniki przekształcają przychodzące sygnały elektryczne w energię mechaniczną, tworząc fale dźwiękowe. Magnes odgrywa ogromną rolę w ruchu membrany w głośniku i precyzyjnym odtwarzaniu dźwięku. Membrana podczas wibracji wytwarza fale dźwiękowe.
Jak działają głośniki?
Cewka drgająca, magnes trwały i membrana to trzy kluczowe elementy głośnika, które odgrywają kluczową rolę w wytwarzaniu dźwięku. Oto jak głośniki działają z wykorzystaniem tych komponentów.
Cewka drgająca-Działanie głośnika rozpoczyna się od indukcji prądu elektrycznego przez cewkę drgającą, która jest cewką z drutu. W odpowiedzi na przepływający przez nią prąd elektryczny cewka drgająca zaczyna wytwarzać pole magnetyczne. Położenie cewki drgającej w głośniku ma również kluczowe znaczenie dla precyzyjnego odtwarzania dźwięku. Jest on umieszczony w polu magnetycznym magnesu trwałego, a interakcja tych dwóch zmiennych pól magnetycznych posuwa dalej proces wytwarzania dźwięku.
Magnes trwałyjak już wiemy, charakterystyczną cechą magnesu trwałego jest stałe pole magnetyczne. Magnes trwały dobierany jest na podstawie siły jego pola magnetycznego, które jest również ważnym czynnikiem wpływającym na działanie głośnika. Kiedy pola magnetyczne wytwarzane przez magnes trwały i cewkę drgającą pokrywają się, powodują szybki ruch cewki drgającej, co powoduje ruch membrany.
Membrana-membrana jest przymocowana bezpośrednio do cewki drgającej, a gdy cewka porusza się w odpowiedzi na interakcję między dwoma polami magnetycznymi, membrana, która jest cienką i elastyczną membraną, również porusza się tam i z powrotem. Ten ruch membrany rozpoczyna kaskadowy przepływ powietrza, tworząc fale dźwiękowe.
I w ten sposób głośnik wytwarza dźwięki w odpowiedzi na sygnał elektryczny. Ponownie położenie cewki drgającej i siła pola magnetycznego magnesu trwałego są niezbędne do wytworzenia fal dźwiękowych, które odzwierciedlają sygnały elektryczne dostarczane do głośnika w pierwszym etapie. Głośnik o dobrze zaprojektowanym układzie i najlepszej jakości komponentach może z łatwością przekształcić energię elektryczną w energię dźwiękową przy minimalnych zniekształceniach.
Dlaczego magnesy są niezbędne w głośnikach?
Oto powody, dla których magnesy są niezbędne w głośnikach, a niektóre z nich znasz już z poprzedniego kontekstu.
Tworzenie pola magnetycznego
Najważniejszym i oczywistym powodem jest zdolność magnesu do wytwarzania i ciągłego dostarczania pola magnetycznego do produkcji dźwięku. Pole magnetyczne wytwarzane przez magnes trwały jest niezbędne do ruchu cewki, co jest kluczowym krokiem w działaniu głośnika.
Umożliwienie ruchu membrany
Ruch membrany jest odpowiedzialny za powstawanie fal dźwiękowych i może się ona poruszać tylko wtedy, gdy magnes zapewnia pole magnetyczne umożliwiające ruch cewki, gdy membrana jest przymocowana bezpośrednio do cewki.
Zamiana energii elektrycznej na energię dźwiękową
Poprzez kaskadę etapów działania w głośniku magnes pomaga wytworzyć ruch, który z kolei przekształca sygnały elektryczne w energię mechaniczną, co skutkuje powstaniem fal dźwiękowych.
Sterowanie reprodukcją dźwięku
Precyzyjny ruch membrany zsynchronizowany z sygnałem elektrycznym jest ważny dla uzyskania dokładnego, czystego i niezniekształconego dźwięku. Siła i konsystencja pola magnetycznego zapewniają kontrolę nad precyzyjną reprodukcją dźwięku.
Wpływ na jakość dźwięku
Rozmiar i siła magnesu wpływają również na jakość dźwięku wytwarzanego przez głośniki. Wraz ze wzrostem rozmiaru i siły magnesu rośnie jego zdolność do wytwarzania potężnego dźwięku, zwłaszcza przy niższych częstotliwościach.
Określanie głośności dźwięku
Siła magnesu odpowiada również za wytwarzanie głośniejszych dźwięków. Silne magnesy trwałe przesuwają membranę szybciej, co zwiększa głośność wytwarzanego dźwięku.
Wpływ na rozmiar głośnika
Rozmiar magnesu ma również znaczenie dla rozmiaru głośnika. W przypadku dużych głośników stosuje się większe i mocniejsze magnesy, aby uzyskać mocniejszy dźwięk. W przypadku mniejszych i kompaktowych głośników, takich jak słuchawki lub głośniki przenośne, stosuje się mniejsze i mocniejsze magnesy, takie jak neodymowe.
Równoważenie charakterystyki częstotliwościowej
Pasmo przenoszenia głośnika zależy również od wielkości i siły magnesu. Większe magnesy są zwykle bardzo skuteczne w wytwarzaniu dźwięków o niskiej częstotliwości, podczas gdy mniejsze magnesy radzą sobie wydajniej z wysokimi częstotliwościami.
Zapewnienie długotrwałej wydajności
Magnesy neodymowe i ferrytowe są przykładami silnych magnesów trwałych. Zapewniają wytwarzanie silnych i stałych pól magnetycznych przez dłuższy czas. Zwiększa to trwałość głośnika i zapewnia długotrwałe działanie bez konieczności regularnej konserwacji i/lub wymiany.
Dlatego mocny magnes ma kluczowe znaczenie, aby głośnik działał jak najlepiej, miał długą żywotność i wytwarzał mocny dźwięk najlepszej jakości w różnych zakresach częstotliwości.
Rodzaje magnesów stosowanych w głośnikach
Różne typy głośników wykorzystują różne typy magnesów w zależności od ich rozmiarów, siły, ceny i innych czynników. Najpopularniejszymi rodzajami magnesów są magnesy ferrytowe, magnesy neodymowe i rzadziej magnesy Alnico. Poniżej znajduje się szczegółowe wyjaśnienie każdego rodzaju magnesu stosowanego w głośnikach.
Magnesy ferrytowe
Magnesy ferrytowe są produkowane przy użyciu ceramicznego związku tlenku żelaza zmieszanego z innymi materiałami, takimi jak bar lub węglan strontu. Są to najczęściej używane głośniki, ponieważ zapewniają dobrą siłę magnetyczną i są niedrogie.
Zalety
Oto zalety magnesów ferrytowych.
Przystępność cenowa –Magnesy ferrytowe są łatwo dostępne, ponieważ nie są tak drogie jak inne magnesy produkowane masowo. To czyni je przyzwoitym wyborem dla niedrogich głośników o dobrej jakości i większych rozmiarach.
Długie życie -magnesy te zapewniają długotrwałą wydajność ze względu na ich odporność na korozję, rdzę, wilgoć i wysokie temperatury. Wytrzymują wysokie temperatury, nie tracąc na dłużej swoich właściwości magnetycznych.
Łatwa dostępność –tlenek żelaza i inne materiały używane do produkcji magnesów ferrytowych są powszechnie dostępne, dzięki czemu magnesy te są opłacalne i łatwo dostępne.
Wady
Tutaj to wady magnesów ferrytowych.
Niższa siła magnetyczna-magnesy ferrytowe wykazują niższą siłę magnetyczną niż magnesy neodymowe. To sprawia, że są mniej odpowiednie dla mniejszych głośników.
Gruby-aby wytworzyć mocny dźwięk, magnesy ferrytowe muszą być cięższe, aby wytworzyć wymaganą siłę magnetyczną.
Nie nadaje się do mniejszych głośników-ze względu na niższą siłę magnetyczną magnesy ferrytowe nie nadają się do mniejszych i kompaktowych głośników.
Magnesy neodymowe
Wykonane ze stopuNeodym, żelaza i boru, magnesy neodymowe wykazują największą siłę magnetyczną nawet w małych rozmiarach. Magnesy te są idealnym wyborem dla mniejszych, kompaktowych i wydajnych głośników, takich jak słuchawki, słuchawki douszne i kompaktowe głośniki Bluetooth.
Zalety
Oto zalety magnesów neodymowych.
Wysoki magnetyzm –Magnesy neodymowe są magnesami najbardziej naładowanymi magnetycznie, ponieważ mogą wytwarzać znacznie silniejsze pola magnetyczne niż magnesy ferrytowe i inne. Dzięki swojemu dużemu magnetyzmowi magnesy neodymowe są w stanie zapewnić wysokiej jakości dźwięk nawet w mniejszych głośnikach.
Lekki –maleńki magnes neodymowy może wytworzyć znacznie silniejsze pole magnetyczne niż magnesy ferrytowe i inne. Właśnie dlatego są dostępne w mniejszych rozmiarach i można je łatwo łączyć w produkty takie jak niestandardowe magnesy w kształcie koła i kulki magnetyczne w bransoletce.
Odtwarzanie dźwięku-Magnesy neodymowe zapewniają lepszą kontrolę nad ruchem cewki drgającej i membrany, co czyni je najlepszym wyborem dla dokładnej i czystszej reprodukcji dźwięku. Idealnie nadają się do sprzętu audio o wysokiej wydajności.
Wady
Oto wady magnesów neodymowych.
Kosztowne –neodym jest pierwiastkiem ziem rzadkich, co oznacza, że koszty związane z produkcją tych magnesów są wysokie. Wysoki koszt tych magnesów jest najprawdopodobniej odpowiedzialny za wysoki koszt głośników.
Podatny na korozję –w przeciwieństwie do magnesów ferrytowych, magnesy neodymowe są bardziej podatne na korozję, rdzę i wilgoć. Jeśli magnesy neodymowe nie zostaną odpowiednio pokryte materiałem ochronnym, mogą utracić swoje właściwości magnetyczne, szczególnie w wilgotnym i korozyjnym środowisku.
Wrażliwy na ciepło –wyższe temperatury mogą również spowodować utratę siły magnetycznej magnesów neodymowych. Oznacza to, że magnesów tych nie można używać w sprzęcie audio przeznaczonym do użytku w ekstremalnie wysokich temperaturach.
Magnesy Alnico
Wykonane ze stopu aluminium, niklu, kobaltu i innych pierwiastków, takich jak żelazo i miedź. Kiedyś standard branżowy,Magnesy Alnicosą obecnie mniej powszechne ze względu na popularność magnesów ferrytowych i neodymowych.
Zalety
Oto zalety magnesów Alnico.
Magnesy Alnico wytwarzają bardziej stabilne pole magnetyczne, co przyczynia się do płynniejszej produkcji dźwięku.
Magnesy Alnico są bardzo odporne na ciepło, co oznacza, że mogą skutecznie działać w warunkach wysokiej temperatury.
Magnesy Alnico znane są z naturalnego odtwarzania dźwięku. Ta właściwość sprawia, że są one pożądane przez niektórych ludzi.
Wady
Oto wady magnesów Alnico.
Ze względu na koszt pierwiastków takich jak kobalt, produkcja tych magnesów jest kosztowna, co sprawia, że produkt końcowy jest droższy.
Magnesy Alnico wykazują niższą siłę magnetyczną niż nawet magnesy ferrytowe, co oznacza, że do wytworzenia wymaganej siły magnetycznej wymagane są znacznie większe rozmiary tych magnesów.
Głośniki Alnico są mniej popularne ze względu na popularność i opłacalność innych głośników wykonanych z magnesami ferrytowymi lub neodymowymi.
Wniosek
Krótko mówiąc, magnesy są niezbędne w głośnikach, ponieważ wytwarzają pole magnetyczne niezbędne do konwersji energii elektrycznej na energię dźwiękową. Magnesy wytwarzają pole magnetyczne, które oddziałuje z polem magnetycznym cewki drgającej. W odpowiedzi na to porusza się cewka drgająca, co powoduje ruch membrany. Ruch membrany powoduje powstawanie fal dźwiękowych. Magnesy neodymowe są najpopularniejszym rodzajem magnesów ze względu na ich wysoki magnetyzm i siłę. Występują w różnych rozmiarach i kształtach, takich jak magnesy łukowe lub magnesy pinezki. Magnesy ferrytowe oferują również przyzwoity magnetyzm i są tańsze. Zatem następnym razem, gdy wyruszysz na polowanie na magnesy, wybieraj mądrze magnesy.