Stereokaiutin

Taustaa

Kaiutin eli kaiutin on laite, joka muuntaa sähköiset energia-aallot mekaanisiksi energia-aalloiksi eli kuuluviksi ääniksi. Ääni syntyy kappaleen värähtelystä. Tämä värähtely synnyttää sarjan aaltoilua tai aaltoja, aivan kuten nähdään, kun kivi heitetään lampeen. Kaiuttimet toistavat ääniaaltoja (tai ääntä) eri taajuuksilla. Taajuus on nopeus, jolla ilmassa olevat hiukkaset värähtelevät. Ihmiskorvan kuulema ääni on noin 20 hertsistä (Hz) 20 000 Hz:iin eli 20 kilohertsiin (kHz). Kaiuttimia käytetään kaikenlaisissa viestintä- ja viihdelaitteissa, kuten radio- ja televisiovastaanottimissa, nauhureissa, puhelinvastaajissa, vauvahälyttimissä ja kodin stereoviihdejärjestelmissä

Historia

Dynaamisen kaiuttimen perusperiaate ei ole juurikaan muuttunut sen jälkeen, kun Ernst Siemens patentoi sen vuonna 1874. Siemens kuvasi keksintöään keinoksi saada sähkökelan mekaaninen liike aikaan sen läpi virtaavasta sähkövirrasta. Hänen keksintönsä tarkoituksena oli alun perin liikuttaa lennätinvarsia. Alexander Graham Bell sovelsi Siemensin laitteen periaatteita puhelimeen kaksi vuotta myöhemmin. Thomas Edisonin katsotaan keksineen nykyisin tunnetun kaiuttimen. Se koostui joustavasta kalvosta (kartiosta), joka oli kiinnitetty akustisen torven kurkkuun.

Varhaisten kaiuttimien kartioissa käytettiin erilaisia materiaaleja, kuten ohuita metallilevyjä, nahkaa ja paperia. Paperia käytettiin (ja käytetään edelleen) kaiutinkartioiden rakentamisessa, koska se on halpaa ja helposti saatavilla.

Raaka-aineet

Dynaaminen kaiutin ei ole muuttunut vuosikymmeniin. Runko on valmistettu stanssatusta raudasta tai alumiinista. Kestomagneetti on keraaminen ferriittimateriaali, joka koostuu rautaoksidista, strontiumista ja keraamisesta sideaineesta. Kartio, surround ja spider on valmistettu käsitellystä paperista, joka on päällystetty liimalla. Äänikäämi koostuu muovikäämistä, jonka ympärille on kierretty hienojakoista eristettyä kuparilankaa.

Rakenne

Yleisin kaiutin on dynaaminen kaiutin. Se koostuu kehyksestä, kestomagneetista, pehmeästä rautasydämestä, äänikelasta ja kartiosta. Kehys tukee kartio- ja kestomagneettikokoonpanoa. Äänikäämi koostuu eristetystä langasta, joka on kierretty muovipullan ympärille. Puikon toinen pää on kiinnitetty kartioon, ja puikon runko liukuu pehmeän rautasydämen päälle.

Äänikelasta lähtevät johdot liitetään äänenvahvistimeen. Kun vahvistimesta tulevat sähköiset audiosignaalit syötetään äänikelaan, äänikelan ympärille syntyy sähkömagneettinen kenttä. Tämä saa äänikelan liikkumaan edestakaisin pehmeää rautasydäntä pitkin, mikä tukee tai vastustaa kestomagneetin tuottamaa magneettikenttää. Äänikelan liike saa kiinnitetyn kartion värähtelemään ja tuottamaan ääntä.

Kaiuttimia on neljää päätyyppiä: täysalue-, korkea-, keski- ja syväkaiutin. Täyskaistakaiutin voi toistaa suurimman osan äänispektristä. Yksittäinen kaiutin ei kuitenkaan pysty toistamaan tarkasti ihmiskorvan koko äänitaajuusaluetta. Siksi on kehitetty muita kaiuttimia, joilla pyritään poistamaan täyden kantaman kaiuttimen rajoitukset.

Korkeakaiutin on suunniteltu korkeampia äänitaajuuksia eli diskanttiääniä varten 4-20 kHz:n alueella. Ne ovat hyvin pieniä, yleensä halkaisijaltaan noin 5,1 cm (2 tuumaa) tai alle. Keskikaiutin toistaa äänet 1 000 Hz:n ja 10 kHz:n välisellä taajuusalueella. Niiden koko vaihtelee halkaisijaltaan 5,1-20,3 cm:n (2 tuuman) ja 8 tuuman (8 tuuman) välillä. Woofer-kaiutin toistaa bassoäänet tai hyvin matalat äänet 20-1 000 Hz:n taajuusalueella. Subwoofer voi ulottua jopa 3 Hz:n taajuudelle. Woofereiden halkaisija vaihtelee 10,2-38,1 cm:n (4 tuuman) ja 15 tuuman (15 tuuman) välillä, ja yleisimmät ovat 25,4-30,2 cm:n (10-12 tuuman) halkaisijaltaan.

Valmistusprosessi

1. Kestomagneetti valmistetaan sekoittamalla rautaoksidia ja strontiumia ja jyrsimällä seos hyvin hienoksi tehoksi. Voima sekoitetaan keraamisen sideaineen kanssa ja suljetaan sitten metallimuottiin. Muotti asetetaan sitten uuniin ja sintrataan seoksen sitomiseksi yhteen.
2. Runko on valmistettu alumiini- tai teräslevystä. Levy saapuu tehtaalle valmiiksi muotoiltuna. Sitten se asetetaan kuljetinhihnalle ja kuljetetaan leikkauskoneelle, joka leikkaa hydraulisella puristimella reikiä levyyn, jotta ilma pääsee vapaasti liikkumaan kartiosta. Tämän jälkeen levy muotoillaan hydraulisella puristimella, joka pakottaa levyn halutun muotoiseen muottiin. Tämän jälkeen kiinnitysreiät porataan oikeisiin paikkoihin.
3. Kartio, kehys ja hämähäkki muotoillaan erikseen komposiittipaperista ja liimataan sitten yhteen kokoonpanoksi.
4. Äänikela rakennetaan käämimällä useita kierroksia erittäin hienoa eristettyä kuparilankaa muoviselle kelalle. Kelakokoonpano liimataan kartiokokoonpanon pölysuojukseen.
5. Runko, pehmeä rautasydän ja kestomagneetti ruuvataan yhteen kokoonpanona.
6. Kartiokokoonpano kiinnitetään sitten runkokokoonpanoon liimaamalla ensin käsin hämähäkki rungon pohjaan ja sen jälkeen liimaamalla ympärys rungon yläosaan.

Laadunvalvonta

Tarkastajat valvovat valmistusprosessin kaikkia vaiheita. Kestomagneetti tarkastetaan lastujen tai halkeamien varalta. Paperikartiot tarkastetaan materiaalissa olevien vikojen tai reikien varalta ja kartiokokoonpanon asianmukainen liimaaminen. Koko kokoonpano tarkastetaan kokonaislaadun ja eritelmien noudattamisen osalta.

Lopullinen kaiutinkokoonpano liitetään äänigeneraattoriin, joka testaa kaiuttimen taajuusvasteen ja tehokyvyn sen varmistamiseksi, että se tuottaa äänen vaadittujen eritelmien mukaisesti.

Sivutuotteet/jäte

Rungon metalliromu ja kartion paperiromu lähetetään kierrätyslaitoksiin hyödynnettäväksi. Eksoottiset materiaalit, kuten strontium, on hävitettävä viranomaismääräysten mukaisesti.

Tulevaisuus

Teollisuus kokeilee jatkuvasti raaka-aineita kaiuttimien äänenlaadun, taajuusvasteen ja tehon parantamiseksi. Uusia tekniikoita kehitetään suoravetoisen kaiuttimen muodossa, jossa ei käytetä kartiota.

.