Bakgrund
En högtalare eller högtalare är en anordning som omvandlar elektriska energivågor till mekaniska energivågor eller hörbara ljud. Ljud produceras genom vibration av ett föremål. Denna vibration sätter igång en serie krusningar eller vågor ungefär som det man ser när en sten kastas i en damm. Högtalare återger ljudvågor (eller ljud) vid olika frekvenser. Frekvensen är den hastighet med vilken partiklarna i luften vibrerar. Ljud som det mänskliga örat kan höra är från cirka 20 hertz (Hz) till 20 000 Hz eller 20 kilohertz (kHz). Högtalare används i alla typer av kommunikations- och underhållningsutrustning, t.ex. radio- och TV-mottagare, bandspelare, telefonsvarare, babyvakter och stereounderhållningssystem för hemmet
Historik
Grundprincipen för en dynamisk högtalare har förändrats föga sedan den patenterades av Ernst Siemens 1874. Siemens beskrev sin uppfinning som ett sätt att få mekanisk rörelse i en elektrisk spole från elektriska strömmar som flödade genom den. Det ursprungliga syftet med hans uppfinning var att flytta en telegrafarm. Alexander Graham Bell tillämpade principerna för Siemens anordning på telefonen två år senare. Thomas Edison anses ha uppfunnit högtalaren som den är känd idag. Den bestod av ett flexibelt membran (kon) som var fäst vid halsen på ett akustiskt horn.
I de tidiga högtalarnas koner användes olika material som tunna metallplåtar, läder och papper. Papper användes (och används fortfarande) vid konstruktion av högtalarkoner eftersom det är billigt och lättillgängligt.
Råmaterial
Den dynamiska högtalaren har inte förändrats på årtionden. Ramen är tillverkad av stämplat järn eller aluminium. Den permanenta magneten är ett keramiskt ferritmaterial som består av järnoxid, strontium och ett keramiskt bindemedel. Konus, surround och spindel är tillverkade av behandlat papper som är belagt med ett självhäftande lim. Röstspolen består av en plastspole med en isolerad koppartråd av finkalibrig kvalitet lindad runt den.
Konstruktion
Den vanligaste högtalaren är den dynamiska högtalaren. Den består av en ram, permanentmagnet, mjuk järnkärna, röstspole och kon. Ramen stödjer konen och permanentmagnetsenheten. Röstspolen består av en isolerad tråd som är lindad runt en plastspole. Den ena änden av spolen är fäst vid konen och spolkroppen glider över den mjuka järnkärnan.
Trådarna från röstspolen är anslutna till en ljudförstärkare. När elektriska ljudsignaler från förstärkaren appliceras på röstspolen skapas ett elektromagnetiskt fält runt röstspolen. Detta får röstspolen att röra sig fram och tillbaka längs den mjuka järnkärnan, vilket underlättar eller motverkar det magnetfält som produceras av permanentmagneten. Rörelsen av röstspolen får den bifogade konen att vibrera och producera ljud.
Det finns fyra huvudtyper av högtalare: fullrange, diskant, mellanregister och woofer. Fullrangehögtalaren kan återge större delen av ljudets ljudspektrum. En enda högtalare kan dock inte exakt återge hela ljudfrekvensområdet för det mänskliga örat. Därför har andra högtalare konstruerats för att övervinna begränsningarna hos fullrangehögtalaren.
Diskanten är utformad för de högre ljudfrekvenserna eller diskantljuden i intervallet 4-20 kHz. De är mycket små, vanligtvis omkring 5,1 cm (2 tum) i diameter eller mindre. Mellanhögtalaren återger ljud i frekvensområdet 1 000 Hz till 10 kHz. Deras storlek varierar från 5,1-20,3 cm (2 in till 8 in) i diameter. Bashögtalaren återger basen eller mycket låga ljud i frekvensområdet 20-1 000 Hz. En subwoofer kan utvidga detta till så lågt som 3 Hz. Woofers har en diameter på 10,2-38,1 cm (4 in till 15 in), varav 25,4-30,2 cm (10-12 in) är vanligast.
Akio Morita föddes den 26 januari 1921 i den japanska byn Kosugaya. Morita skulle ha varit den femtonde generationens arvinge till familjens 300 år gamla sakéföretag, men gick i stället in på den prestigefyllda Eighth Higher School som fysikstudent.
I stället för att bli inkallad till andra världskriget började Morita vid Osaka Imperial University och gick med på att tjänstgöra i den japanska kejserliga flottan efter examen. Där träffade Morita Masura Ibuka, en elektronikingenjör. Efter kriget skapade Morita och Ibuka Tokyo Telecommunications Engineering Corporation med endast 500 dollar och 20 anställda. År 1953 köpte Morita rättigheterna till transistorn, en miniatyrelektronikkrets som utvecklats av det amerikanska företaget Bell Laboratories och som ansågs vara opraktisk. Inom två år skapade Morita och Ibuka AM-transistorradion. Under ytterligare två år började de tillverka transistorradion i fickformat, AM-FM-transistorradion och den första tv-apparaten med transistor.
1958 ändrade Morita företagets namn till Sony Corporation och flyttade till New York för att starta verksamhet i USA. Sony blev det första utlandsägda företaget som erbjöd aktier till försäljning i USA, och 1970 blev det första japanska företaget som noterades på New York-börsen.
Under 1980-talet och början av 1990-talet skrev Morita två böcker som handlade om karriärer i näringslivet och internationell affärshandel: Made in Japan (1986) och The Japan That Can Say No (1991). År 1994 gick han i pension vid 73 års ålder efter att ha drabbats av en försvagande stroke. Morita dog av lunginflammation i Tokyo den 3 oktober 1999.
Tillverkningsprocessen
- Permanentmagneten konstrueras genom att järnoxid blandas med strontium och sedan fräses blandningen till en mycket fin kraft. Strömmen blandas med ett keramiskt bindemedel och stängs sedan i en metallform. Mallen placeras sedan i en ugn och sintras för att binda samman blandningen.
- Ramen är konstruerad av en aluminium- eller stålplåt. Plåten anländer till fabriken förformad. Den placeras sedan på ett transportband och transporteras till en skärmaskin som med hjälp av en hydraulisk press skär hål i plåten för att möjliggöra fri luftrörelse från konen. Plåten formas sedan av en hydraulisk press som tvingar in plåten i en matris med önskad form. Monteringshålen borras sedan på rätt plats.
- Konen, omgivningen och spindeln formas individuellt av kompositpapper och limmas sedan ihop till en enhet.
- Röstspolen byggs genom att många varv av mycket fin isolerad koppartråd lindas på en plastspole. Spolen och röstspolen limmas fast på konens dammkåpa.
- Ramen, den mjuka järnkärnan och permanentmagneten bultas ihop till en enhet.
- Konusaggregatet fästs sedan på ramaggregatet genom att först manuellt limma fast spindeln på ramens bas och sedan limma fast omkretsen på ramens ovansida.
Kvalitetskontroll
Inspektörer övervakar alla steg i tillverkningsprocessen. Den permanenta magneten kontrolleras för att se om den har flisor eller sprickor. Papperskonerna inspekteras för fel eller hål i materialet och korrekt limning av konenheten. Hela enheten inspekteras för övergripande kvalitet och överensstämmelse med specifikationerna.
Den färdiga högtalarenheten ansluts till en ljudgenerator som testar högtalarens frekvensgång och effektkapacitet för att säkerställa att den producerar ljud inom de erforderliga specifikationerna.
Biprodukter/avfall
Metallskrot från ramen och pappersskrot från konen skickas till återvinningsanläggningar för återvinning. Exotiska material som strontium måste bortskaffas i enlighet med statliga bestämmelser.
Framtiden
Industrin experimenterar ständigt med råmaterial för att förbättra högtalarnas ljudkvalitet, frekvensgång och uteffekt. Ny teknik håller på att utvecklas i form av en direktdriven högtalare som inte använder någon kon.
Var man kan läsa mer
Böcker
Prompt Publications. Högtalare för ditt hem och din bil. Indianapolis: 1992.
Övrigt
McIntosh Laboratory Web Page. December 2001. < http://www.mcintoshlabs.com >.
Ernst S. Sibberson
