Dějiny hudby jsou plné dramatických změn. Vzpomínáme na vynález prvních hudebních nástrojů. Pamatuji si také, jak nahrávací technika umožnila vytvořit nekonečnou škálu zvuků. Stále máme v živé paměti okamžik, kdy Bob Dylan zapnul elektrickou kytaru a odcizil puristy lidové hudby. Ale možná největší změna v posledních desetiletích není v hudbě samotné. Týká se toho, jak ji konzumujeme.
Posun k mobilním zařízením jako primárnímu systému doručování hudby vše mění. Chytré telefony, tablety a MP3 přehrávače strčí celou vaši hudební knihovnu do kapsy. Pohodlí vítězí. Ale tato vymoženost má svou cenu. Poslech se sluchátky samozřejmě vytváří intimnější atmosféru. Ale také izoluje. Většina mobilních zařízení nemá vestavěné reproduktory, které mohou poskytnout dostatečnou hlasitost pro místnost plnou lidí. Zvuk je tenký. Chybí mu jedna složka.
Přenosný Bluetooth reproduktor se jeví jako samozřejmé řešení. Ale mnoho z nich stále zaostává. Sípají. Snaží se ze všech sil produkovat smysluplné basy. Zní to jako hračka, která se snaží být domácím spotřebičem.
Existuje další metoda. Zadejte Vibration Speaker (také známý jako Vibration Sensor ). Tato zařízení zcela obcházejí tradiční konstrukce kužele a magnetu. Místo aby tlačily vzduch, vibrují povrch, ke kterému jsou připevněny. Jeden takový prvek připevněte na okenní sklo. Umístěte jej na skleněný stůl. Najednou se celý tento povrch stane zářičem. Výsledky mohou být velmi uspokojivé. Diskrétní malý disk dokáže naplnit místnost hlubokým, rezonujícím zvukem.
Jak může zařízení o velikosti tácku produkovat tolik energie? Abychom tomu porozuměli, musíme jít nad rámec tohoto gadgetu a podívat se na samotnou fyziku zvuku.
Зміст
Fyzika šíření
Podstatou zvuku je pohyb. Není to magie. Jedná se o srážku molekul. Když brnknete na strunu nebo udeříte do bubnu, vytvoříte hybnost. Reagují na něj molekuly prostředí. Tlačí na své sousedy a oni zase tlačí na své sousedy. Tuto řetězovou reakci považujeme za zvuk.
V plynu, jako je vzduch, se molekuly pohybují náhodně. Jejich rychlost závisí na teplotě. Studený vzduch znamená, že se molekuly pohybují pomaleji a méně často se srážejí. Čím je vzduch teplejší, tím větší chaos vytváří.
Vzduch ale není jediným médiem. Zvuk se šíří rychleji v kapalinách a pevných látkách. Proč? Protože molekuly v nich jsou pevně sbaleny. Jsou rozptýleny v plynech. Kapaliny i pevné látky jsou hustě zabaleny. Užší balení znamená rychlejší srážky, což znamená rychlejší přenos energie.
Podívejme se na čísla. Při 0 stupních Celsia (32 stupňů Fahrenheita) se zvuk šíří vzduchem rychlostí 331 metrů za sekundu. Asi 740 mph. Rychle pro lidi, pomalu pro fyziku. Zvuk se šíří v kapalné rtuti rychlostí 1450 metrů za sekundu. Prolétá tvrdým sklem rychlostí 5640 metrů za vteřinu. Čím je médium hustší, tím rychleji se zvuk šíří.
Zvuk je vydáván ze zdroje ve formě vln, jako jsou vlny generované kamenem hozeným do rybníka. Tyto vlny při rozpínání ztrácejí energii. Čím dále jste od zdroje zvuku, tím je zvuk tišší. Zvukové vlny jsou určeny dvěma hlavními faktory: frekvencí a intenzitou. Čím vyšší frekvence, tím vyšší tón. Intenzita určuje hlasitost, která závisí na tom, jak moc vlna mění tlak vzduchu. Čím větší změna tlaku, tím hlasitější zvuk.
Od ucha k mozku
Jak tedy tyto molekulární srážky vlastně zní? Díky ušnímu bubínku.
Tato membrána se nachází uvnitř zvukovodu. Vibruje, když na něj narazí srážející se molekuly. Tyto vibrace zachycují kůstky středního ucha a přenášejí svůj pohyb do hlemýždě. Cochlea je tekutinou naplněná struktura ve tvaru spirály umístěná ve vnitřním uchu.
Vibrace způsobují v kapalině procesy tlakových vln. Vnitřní ucho obsahuje Cortiho orgán, senzorickou strukturu, která přeměňuje tyto tlakové změny na elektrické impulsy. Tyto impulsy jsou přenášeny podél sluchového nervu do mozku. Mozek dělá většinu své práce interpretací signálů do hudby, řeči nebo hluku.
Tento proces je zcela závislý na prostředí. Pokud se molekuly nesrazí, není slyšet žádný zvuk.
Problémy s vakuem
To je důvod, proč vás ve vesmíru nikdo neslyší křičet. Vesmír je vakuum. Molekuly jsou příliš daleko od sebe, než aby mohly interagovat. Ke kolizím nedochází. Nedochází k řetězové reakci. Žádný zvuk. Pokud chcete úplný klid, podívejte se na hvězdy. Toto je jediné místo, které to skutečně poskytuje.
Připojení reproduktoru
Tradiční reproduktory fungují tak, že vibrují kuželem, který vytlačuje vzduch. Vibrodynamici mají jiný přístup. Přenášejí mechanickou energii přímo na pevné povrchy. Samotný povrch se stává membránou. Vibruje a uvádí vzduch nad sebou do pohybu. Protože pevné látky přenášejí zvuk efektivněji než vzduch, mohou tato zařízení produkovat překvapivě hlasitý zvuk v malém balení. Důležitá je plocha povrchu. Čím větší stůl nebo okno, tím větší vibrující hmota a bohatší zvuk.
Je to chytré řešení omezení dnešních malých elektronických zařízení. Tyto měniče přeměňují každodenní předměty na zdroje zvuku využitím fyzikálních vlastností hustých materiálů.
Pravděpodobně už víte, jak funguje běžný reproduktor. Viditelné části, jako je rám, difuzor a kryt proti prachu, jsou jen špičkou ledovce. Závěs drží difuzér na místě. Difuzér je kónického tvaru, jak vidíte, s protiprachovou krytkou uprostřed. Za tím se skrývá skutečný dříč: kmitací cívka.
Cívka je pohybující se elektromagnet. Když jím protéká proud, vzniká magnetické pole. Změňte směr proudu a změníte polaritu. Na spodní straně reproduktoru je permanentní magnet. Když se magnetické pole cívky shoduje s magnetickým polem permanentního magnetu, vzájemně se odpuzují. Cívka je vytlačena ven a tlačí difuzor dopředu. Změnit polaritu? Jsou přitahováni. Cívka se stáhne zpět a táhne s sebou difuzér.
Rychlý střídavý proud způsobuje, že cívka rychle osciluje nahoru a dolů. Difuzér stlačuje a ředí okolní vzduch stejným způsobem. Tyto tlakové vlny jsou zvukové. Zesilovač dodává specifické elektrické signály nezbytné pro reprodukci audio signálu.
Nyní se podívejte na vibrační reproduktor. Úplně se zbaví difuzoru. Místo toho je kmitací cívka přímo připojena k pohyblivé desce. Umístěním této desky na tvrdý povrch vytvoříte jiný typ senzoru. Konvertor je zařízení, které přeměňuje jeden typ energie na jiný. Zde se elektrická energie přeměňuje na mechanickou energii a poté na zvukové vlny ve vzduchu.
Když cívka vibruje, pohybuje deskou. Deska tlačí na povrch. I tento povrch začne vibrovat. Vytěsňuje molekuly vzduchu stejným způsobem jako kužel. Vaše uši zachycují tyto vibrace. Ne všechny materiály jsou však stvořeny stejně. Sklo a dřevo mají tendenci rezonovat lépe než hutné kovy nebo tlustý plast. Tyto reproduktory mohou být skryty uvnitř stěn. Samotné stěny začnou fungovat jako reproduktory a neviditelně šíří zvuk po místnosti.
Výrobci jsou již v používání této technologie kreativní. Vibrační reproduktor lze připevnit na lyžařskou helmu. Při poslechu hudby na svahu bezpečně padne. Verze pro stolní počítače eliminuje změť viditelných krabic a promění celou vaši plochu v jediný zdroj zvuku. Pak existují možnosti kostního vedení. Úplně obejdou uši a přenášejí vibrace přímo přes lebku. Slyšíte hudbu, ale také ji cítíte.
Fyzika procesu je jednoduchá. Ale aplikace vůbec není.
