2.Podstata zvuku a jeho šírenie

Zvuk vzniká chvením hmotného prostredia. Vo vzduchu nastáva zhusťovanie a zrieďovanie častíc. Miesta zhustenia a zriedenia vzduchu postupujú vzduchom pri zvuková vlna určitou rýchlosťou, ktorú nazývame rýchlosťou šírenia zvuku a označujeme ju písmenom vz. Vzdialenosť miest maximálne alebo minimálne zriedených častíc nazývame dĺžkou zvukovej vlny. Ľudské ucho vníma zvuky s frekvenciou od 16 do 20000 Hz.Zvuk sa šíri iba hmotným prostredím. Rýchlosť šírenia zvuku závisí na prostredí, v ktorom sa zvuk šíri. Rýchlosť šírenia zvuku nezávisí od jej frekvencie. Vzduch, v ktorom sa zvuk šíri, má vzhľadom k základnému atmosférickému tlaku v miestach zhustenia častíc mierny pretlak a v miestach zriedenia mierny podtlak. Tieto zmeny tlaku sa nazývajú akustický tlak, ktorý označujeme písmenom p.

Jednotkou akustického tlaku v sústave SI je 1 Pa. Najrozšírenejší údaj o veľkosti akustického tlaku je tzv. hladina akustického tlaku označovaná písmenom L a udávaná je v decibeloch [dB].Pojmom akustický výkon, označovaným písmenom P, sa rozumie akustická energia, ktorá prejde ľubovoľnou plochou S za sekundu. Pre P platí že celkové rozpätie hladiny akustického tlaku je od 0dB (čo súvisí s prahom citlivosti ucha pri 1000 Hz) až po 130 dB - 140 dB, tzv. prah bolestivosti.

2.1 Všetky typy reproduktorov:

Piezoelektrický menič:

Napätie privedené na výbrus z piezoelektrického materiálu (napr. Seignettova soľ, báriumtitantát) spôsobí jeho deformáciu.
Použitie: Vysokotónové reproduktory, telefónne slúchadlá

Priamovyžarujúci elektrodynamický reproduktor:

Tento typ reproduktora je v súčasnosti najpoužívanejší. Priamovyžarujúci sa nazýva preto, lebo membrána je s vonkajším vzduchom viazaná priamo, bez pomocných zariadení.  Hlavné časti:

1. magnetický obvod
2. kmitacia cievka reproduktora
3. membrána
4. kôš reproduktora
5. strediaci prvok

Popis činnosti:

Ak sa priloží na prívodné svorky reproduktora striedavé napätie, prechádza vinutím cievky prúd nepriamo úmerný impedancii vinutia. Pretože cievka reproduktora je v homogénnom magnetickom poli kolmo na vinutia cievky, bude na toto vinutie pôsobiť sila, ktorá sústavu axiálne vychyľuje z rovnovážnej polohy na jednu alebo druhú stranu, podľa okamžitej polarity striedavého prúdu.

Pri výchylke závisí na zmysle vinutia, smere magnetických silových čiar a okamžitej polarite striedavého prúdu. Cievky dvoch reproduktorov kmitajú pri paralelnom prepojení vo fáze, ak je zmysel vinutia obidvoch cievok rovnaký a magnetické silové čiary majú rovnaký smer. Z dôvodu fázovania dvoch alebo niekoľkých reproduktorov sú začiatky vinutia cievok označené na vývodoch reproduktorov farebnou značkou, v schémach bodkou. Pretože je cievka reproduktora pevne spojená s membránou, prenesú sa kmity cievky na membránu. Membrána predá toto kmitanie okolitému vzduchu. Pretože okolitý vzduch predstavuje pre membránu priamovyžarujúceho reproduktora veľmi malú záťaž, účinnosť reproduktora je malá 0,5 až 4%.

Magnetický obvod:

Táto časť je tou najdrahšou časťou celého reproduktora. Magnetický obvod sa vyrába prevažne s permanentným magnetom. Používané tvrdé magnetické zliatiny vytvoria v medzere dostatočne veľkú magnetickú indukciu aj pri relatívne malých rozmeroch magnetického obvodu. Magnetický obvod sa delí na permanentný magnet a na magneticky mäkké pólové nástavce. Pólové nástavce sústreďujú čo najväčšiu časť energie permanentného magnetu do vzduchovej medzery.

Permanentný magnet sa obvykle vyrába z magneticky tvrdého feritu, no používa sa aj zliatina AlNiCo, alebo PERMAG AOK. Dnes sa vyrábajú reproduktory zvyčajne s vonkajším magnetom, no používajú sa aj vnútorné magnety, ktoré majú zvyčajne menší magnetický rozptyl a preto väčšiu účinnosť. Vzduchová medzera má zvyčajne prstencový tvar určený tromi charakteristickými rozmermi - výškou, šírkou a vnútorným priemerom. Platí, že čím sú tieto rozmery menšie, tým väčší magnetický tok sa dá v medzere dosiahnuť (pokiaľ nie je magneticky mäkký materiál presýtený).

Výška vzduchovej medzery je konštrukčne viazaná na výšku kmitacej cievky. Šírka vzduchovej medzery zase závisí od hrúbky kmitacej cievky (priemer drôtu, počet vrstiev a nosný materiál) a oproti tejto hrúbke musí byť zväčšená o bezpečnú vzdialenosť. Táto bezpečná vzdialenosť závisí na výrobných toleranciách a na spôsobe použitia reproduktora.

Kmitacia cievka

Kmitacia cievka býva navinutá na tenkú papierovú podložku smaltovaným drôtom. Po navinutí sa cievka bakelizuje, poprípade sa spevní vhodným lepidlom. Dnes sa však už stretneme aj s hliníkovými alebo kaptonovými formermi (nosičmi cievky), ktoré znesú podstatne väčšiu teplotu.

Kmitacia cievka je pevne spojená s membránou. Vývody cievky sú spravidla vyvedené na membránu blízko samotnej kmitacej cievky a odtiaľ sú vyvedené ohybným káblikom  na spájkovacie očká. Ohybný káblik nesmie byť príliš dlhý aby nespôsoboval prípadné pazvuky, no taktiež nemôže brániť membráne v pohybe.

Prierez drôtu cievky môže byť malý, pretože teplo vzniknuté stratami v činnom odpore vinutia je pri odvedené pólovými nástavcami a vyžiarené hmotou magnetického obvodu
 
Membrána:

Membrána sa kedysi vyrábala výlučne zo špeciálne pripravovanej papieroviny. Okraj membrány má niekoľko vlniek, aby sa dosiahla dobrá poddajnosť, a aby membrána kmitala piestovo. V súčasnosti sa namiesto vlniek používajú aj gumené alebo textilné obruby, ktoré majú dlhšiu životnosť. Dnes sa papierové membrány vyskytujú len u lacných reproduktorov, alebo naopak u profesionálnych reproduktorov vysokej účinnosti do PA systémov. Dnes používané reproduktory majú membrány buď z lakovaného papiera, alebo z polypropylénu, výnimočne aj z hliníka alebo kevlaru. Tieto membrány dokážu premieňať na zvuk aj kmity s frekvenciou menšou ako 30 Hz, s čím majú klasické papierové membrány veľké problémy. Membrána však musí mať čo najmenšiu hmotnosť, pretože účinnosť reproduktora klesá s druhou mocninou hmotnosti kmitacieho systému.

Tvar a materiálové vlastnosti majú veľký vplyv na prenosové vlastnosti reproduktora. Membrána ovplyvňuje nielen frekvenčný priebeh, ale môže spôsobiť rôzne skreslenia. Jedným z nich je vznik subharmonických tónov, ktoré pôsobia v reprodukcii rušivo. Sú to nežiadúce kmity membrány, ktoré majú polovičný frekvenciu ako prenášaný signál a vznikajú vplyvom namáhania membrány na vzper. Preto sa používa tzv. nerozvinuteľný tvar membrány.

Kôš reproduktora:

Kôš reproduktora tvorí mechanicky nosnú časť magnetického obvodu a membrány. Väčšinou to je výlisok z plechu, pri reproduktoroch veľkých rozmerov je z hliníkovej alebo inej zliatiny. Kôš má veľké otvory, aby za membránou nevznikal nevhodný akustický obvod.

Strediaci prvok:

Strediaci prvok udržuje kmitaciu cievku s membránou v ose vzduchovej medzery. Zabraňuje posunutiu kmitacej cievky, ktoré by spôsobilo trenie cievky o časti magnetického obvodu. Umožňuje však voľný pohyb membrány a kmitacej cievky v smere osi vzduchovej medzery. Strediaci prvok musí byť takisto ako membrána čo najľahší. Taktiež však musí byť dokonale priedušný, aby nekládol nežiadúci prídavný odpor.