Die Musikgeschichte ist voller dramatischer Veränderungen. Wir erinnern uns an die Erfindung der ersten Musikinstrumente. Ich erinnere mich auch daran, wie die Aufnahmetechnik eine unendliche Anzahl von Klängen möglich gemacht hat. Wir erinnern uns noch an den Moment, als Bob Dylan seine E-Gitarre anschloss und die Folk-Puristen verärgerte. Aber die vielleicht größte Veränderung der letzten Jahrzehnte betrifft nicht die Musik selbst. Es geht darum, wie wir es konsumieren.
Die Umstellung auf mobile Geräte als primäres Musikübertragungssystem verändert alles. Smartphones, Tablets und MP3-Player bringen Ihre gesamte Songbibliothek in die Tasche. Bequemlichkeit gewinnt. Doch dieser Komfort hat seinen Preis. Natürlich ist es intimer, wenn man es mit Kopfhörern hört. Aber es ist auch Isolation. Die meisten Mobilgeräte verfügen nicht über integrierte Lautsprecher, um in einem Raum voller Menschen ausreichend Lautstärke zu bieten. Der Ton ist dünn. Es fehlt eine Zutat.
Ein tragbarer Bluetooth-Lautsprecher scheint eine naheliegende Lösung zu sein. Aber viele scheitern immer noch. Sie verzinnen. Sie streben nach aussagekräftigen Bässen. Es klingt wie ein Spielzeug, das versucht, ein Haushaltsgerät zu sein.
Es gibt eine andere Methode. Typ Vibrationslautsprecher (auch bekannt als Vibrationssensor ). Diese Geräte umgehen herkömmliche Kegel- und Magnetaufbauten vollständig. Anstatt Luft zu drücken, vibriert es die Oberfläche, an der es befestigt ist. Befestigen Sie ein Stück am Fensterglas. Stellen Sie es auf einen Glastisch. Plötzlich wird die gesamte Oberfläche zum Treiber. Die Ergebnisse können sehr zufriedenstellend sein. Ein unscheinbarer kleiner Puck kann einen Raum mit einem tiefen, resonanten Klang erfüllen.
Wie kann ein Gerät von der Größe einer Achterbahn so viel Strom erzeugen? Um dies zu verstehen, müssen wir über dieses Gerät hinaus und in die Physik des Klangs selbst blicken.
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Die Physik der Ausbreitung
Die Essenz des Klangs ist Bewegung. Das ist keine Zauberei. Dies ist eine Kollision von Molekülen. Wenn Sie eine Saite spielen oder eine Trommel schlagen, erzeugen Sie einen Impuls. Die Moleküle des umgebenden Mediums reagieren. Sie schlagen ihre Nachbarn, und ihre Nachbarn schlagen ihre Nachbarn. Wir halten diese Kettenreaktion für sinnvoll.
In einem Gas wie Luft springen die Moleküle zufällig umher. Seine Geschwindigkeit hängt von der Temperatur ab. Kalte Luft bedeutet, dass sich Moleküle langsamer bewegen und langsamer kollidieren. Je heißer die Luft, desto mehr Chaos entsteht.
Aber Luft ist nicht das einzige Medium. Schall breitet sich in Flüssigkeiten und Feststoffen schneller aus. Warum? Dies liegt daran, dass die Moleküle dicht aneinander gepackt sind. Sie sind in Gasen verteilt. Sowohl Flüssigkeiten als auch Feststoffe sind dicht gepackt. Eine engere Packung bedeutet schnellere Kollisionen und damit einen schnelleren Transfer.
Denken wir über die Zahlen nach. Bei 0 Grad Celsius (32 Grad Fahrenheit) breitet sich Schall mit einer Geschwindigkeit von 331 Metern pro Sekunde durch die Luft aus. Ungefähr 740 Meilen pro Stunde. Schnell für den Menschen, langsam für die Physik. Schall breitet sich mit einer Geschwindigkeit von 1.450 Metern pro Sekunde durch flüssiges Quecksilber aus. Es fliegt mit einer Geschwindigkeit von 5640 Metern pro Sekunde durch das massive Glas. Je dichter das Medium, desto schneller breitet sich der Schall aus.
Schall strahlt von seiner Quelle in Form von Wellen nach außen, wie die Wellen, die ein Stein verursacht, der in einen Teich geworfen wird. Diese Wellen verlieren Energie, wenn sie sich ausdehnen. Je weiter Sie von der Schallquelle entfernt sind, desto leiser wird es. Schallwellen werden durch zwei Hauptfaktoren definiert: Frequenz und Intensität. Je höher die Frequenz, desto höher die Tonhöhe. Die Intensität bestimmt das Volumen, das dadurch bestimmt wird, wie stark die Welle den Luftdruck verändert. Je größer die Druckänderung, desto lauter das Geräusch.
Vom Ohr bis zum Gehirn
Wie klingen diese molekularen Kollisionen wirklich? Dank des Trommelfells.
Diese Membran befindet sich im Gehörgang. Es vibriert, wenn kollidierende Moleküle darauf treffen. Diese Schwingungen werden von den kleinen Knochen des Mittelohrs aufgenommen und übertragen ihre Bewegung auf die Cochlea. Die Cochlea ist eine mit Flüssigkeit gefüllte Spiralstruktur im Innenohr.
Durch die Vibration entstehen Druckwellen in der Flüssigkeit. Das Innenohr enthält das Corti-Organ, eine sensorische Struktur, die diese Druckänderungen in elektrische Impulse umwandelt. Diese Impulse wandern über den Hörnerv zum Gehirn. Das Gehirn übernimmt die schwere Arbeit, indem es Signale in Musik, Sprache oder Geräusche umwandelt.
Dieser Vorgang ist vollständig vom Medium abhängig. Wenn die Moleküle nicht kollidieren, entsteht kein Ton.
Vakuumprobleme
Deshalb kann dich niemand im Weltraum schreien hören. Der Weltraum ist ein Vakuum. Die Moleküle sind zu weit voneinander entfernt, um interagieren zu können. Es gibt keine Kollisionen. Es gibt keine Kettenreaktionen. Es ist kein Ton zu hören. Wenn Sie vollkommene Ruhe wünschen, schauen Sie zu den Sternen auf. Es ist der einzige Ort, der es wirklich liefert.
Lautsprecheranschluss
Herkömmliche Lautsprecher funktionieren, indem sie den Kegel vibrieren lassen, um Luft herauszudrücken. Vibrationslautsprecher verfolgen einen anderen Ansatz. Überträgt mechanische Energie direkt auf feste Oberflächen. Die Oberfläche selbst wird zu einem Film. Es vibriert und bewegt die Luft darüber. Da feste Objekte Schall effizienter übertragen als Luft, können diese Geräte auf kleinem Raum überraschend lauten Klang erzeugen. Die Fläche ist wichtig. Je größer der Tisch oder das Fenster, desto größer die schwingende Masse und desto satter der Klang.
Dies ist eine clevere Lösung für die Einschränkungen moderner kleiner elektronischer Geräte. Diese Wandler verwandeln Alltagsgegenstände in Schallenergiequellen, indem sie die physikalischen Eigenschaften dichter Materialien ausnutzen.
Sie kennen wahrscheinlich bereits den Aufbau eines Standardlautsprechers. Sichtbare Teile wie Aufhängung, Membran und Staubkappen sind nur die Spitze des Eisbergs. Die Aufhängung hält die Folie an Ort und Stelle. Wie Sie sehen, ist die Folie konisch geformt und hat in der Mitte eine Staubschutzkappe. Hinter der Abdeckung verbirgt sich das eigentliche Arbeitstier: die Schwingspule.
Eine Spule ist ein beweglicher Elektromagnet. Wenn Strom fließt, entsteht ein Magnetfeld. Drehen Sie den Strom um, und Sie kehren die Polarität um. An der Unterseite des Lautsprechers befindet sich ein Permanentmagnet. Wenn das Magnetfeld der Spule mit dem Permanentmagnetfeld zusammenfällt, stoßen sie sich gegenseitig ab. Die Spule schiebt sich nach außen, wodurch der Film vorwärts getrieben wird. Verpolung? Sie ziehen an. Die Spule zieht sich zurück und reißt dabei die Membran mit.
Durch den schnellen Wechselstrom springt die Spule auf und ab. Die Membran komprimiert und verdünnt auf die gleiche Weise die Umgebungsluft. Diese Druckwellen sind Schall. Der Verstärker liefert die spezifischen elektrischen Muster, die zur Rekonstruktion des Audiosignals erforderlich sind.
Als nächstes sehen Sie sich den Vibrationslautsprecher an. Dadurch wird das Zwerchfell vollständig entfernt. Stattdessen ist die Schwingspule direkt mit der beweglichen Platte verbunden. Wenn Sie die Scheibe auf einen festen Gegenstand legen, erhalten Sie einen anderen Sensortyp. Ein Konverter ist ein Gerät, das eine Energieform in eine andere Energieform umwandelt. Dabei wird elektrische Energie in mechanische Energie und dann in Schallwellen in der Luft umgewandelt.
Wenn die Spule vibriert, schüttelt sie die Platte. Die Platte drückt gegen die Oberfläche. Auch diese Oberfläche beginnt zu vibrieren. Es verdrängt Luftmoleküle wie ein Kegel. Deine Ohren nehmen diese Kollisionen wahr. Allerdings sind nicht alle Materialien gleich. Glas und Holz haben im Allgemeinen eine bessere Resonanz als dichte Metalle oder dicke Kunststoffe. Sie können diese Lautsprecher in den Wänden verstecken. Die Wände selbst fungieren als Lautsprecher, die den Klang unsichtbar im ganzen Raum verteilen.
Hersteller werden mit dieser Technologie bereits kreativ. Sie können einen Vibrationslautsprecher an einen Skihelm kleben. Es bleibt sicher, während Sie auf der Piste Musik hören. Die Desktop-Version beseitigt das Durcheinander sichtbarer Kästchen und verwandelt den gesamten Desktop in eine einzige Klangquelle. Dann gibt es noch Knochenleitungsvarianten. Es umgeht Ihre Ohren vollständig und überträgt die Vibration direkt durch Ihren Schädel. Man hört die Musik, aber man fühlt sie auch.
Die Physik ist einfach. Die Anwendung ist alles andere als.
