De muziekgeschiedenis is vol dramatische veranderingen. We herinneren ons de uitvinding van de eerste muziekinstrumenten. Ik herinner me ook hoe de opnametechnologie een oneindig aantal geluiden mogelijk heeft gemaakt. We herinneren ons nog het moment waarop Bob Dylan zijn elektrische gitaar inplugde en de folkpuristen vervreemdde. Maar misschien wel de grootste verandering van de afgelopen decennia is niet de muziek zelf. Het gaat erom hoe we het consumeren.
De verschuiving naar mobiele apparaten als het belangrijkste muziekleveringssysteem verandert alles. Smartphones, tablets en mp3-spelers brengen uw volledige songbibliotheek in uw zak. Gemak wint. Maar dit gemak heeft een prijs. Natuurlijk is het intiemer als je ernaar luistert met een koptelefoon. Maar het is ook isolatie. De meeste mobiele apparaten hebben geen ingebouwde luidsprekers die voldoende volume bieden voor een kamer vol mensen. Het geluid is dun. Er ontbreekt een ingrediënt.
Een draagbare Bluetooth-luidspreker lijkt een voor de hand liggende oplossing. Maar velen schieten nog steeds tekort. Ze tin. Ze streven hard naar betekenisvolle bas. Het klinkt als speelgoed dat een huishoudelijk apparaat probeert te zijn.
Er is een andere methode. Type Vibratieluidspreker (ook bekend als Vibratiesensor ). Deze apparaten omzeilen volledig de traditionele kegel- en magneetopstellingen. In plaats van lucht te duwen, trilt het het oppervlak waaraan het is bevestigd. Bevestig een stuk aan het vensterglas. Plaats het op een glazen tafel. Plotseling wordt dat hele oppervlak een bestuurder. De resultaten kunnen zeer bevredigend zijn. Een bescheiden puckje kan een kamer vullen met een diep, resonerend geluid.
Hoe kan een apparaat ter grootte van een achtbaan zoveel stroom produceren? Om dit te begrijpen, moeten we verder kijken dan dit gadget en naar de fysica van geluid zelf.
Зміст
De fysica van voortplanting
De essentie van geluid is beweging. Dit is geen magie. Dit is een botsing van moleculen. Als je een snaar bespeelt of op een trommel slaat, creëer je een impuls. De moleculen van het omringende medium reageren. Ze sloegen hun buren, en hun buren sloegen hun buren. Wij achten deze kettingreactie verantwoord.
In een gas, zoals lucht, springen de moleculen willekeurig rond. De snelheid is afhankelijk van de temperatuur. Koude lucht betekent dat moleculen langzamer bewegen en langzamer botsen. Hoe heter de lucht, hoe meer chaos er ontstaat.
Maar lucht is niet het enige medium. Geluid plant zich sneller voort in vloeistoffen en vaste stoffen. Waarom? Dit komt omdat de moleculen dicht op elkaar zijn gepakt. Ze worden verspreid in gassen. Zowel vloeistoffen als vaste stoffen zijn stevig verpakt. Een strakkere verpakking betekent snellere botsingen, wat een snellere overdracht betekent.
Laten we eens over de cijfers nadenken. Bij 0 graden Celsius (32 graden Fahrenheit) plant geluid zich door de lucht voort met een snelheid van 331 meter per seconde. Ongeveer 740 mijl per uur. Snel voor mensen, langzaam voor natuurkunde. Geluid plant zich door vloeibaar kwik voort met een snelheid van 1.450 meter per seconde. Hij vliegt door het massieve glas met een snelheid van 5640 meter per seconde. Hoe dichter het medium, hoe sneller geluid zich voortplant.
Geluid straalt vanuit de bron naar buiten in de vorm van golven, zoals de golven die worden veroorzaakt door een steen die in een vijver wordt gegooid. Deze golven verliezen energie terwijl ze uitzetten. Hoe verder je van de geluidsbron verwijderd bent, hoe stiller het wordt. Geluidsgolven worden gedefinieerd door twee hoofdfactoren: frequentie en intensiteit. Hoe hoger de frequentie, hoe hoger de toonhoogte. De intensiteit bepaalt het volume, dat wordt bepaald door de mate waarin de golf de luchtdruk verandert. Hoe groter de drukverandering, hoe luider het geluid.
Van oor tot brein
Hoe klinken deze moleculaire botsingen eigenlijk? Dankzij het trommelvlies.
Dit membraan bevindt zich in de gehoorgang. Het trilt wanneer botsende moleculen erop botsen. Deze trillingen worden opgepikt door de kleine botten van het middenoor en geven hun beweging door aan het slakkenhuis. Het slakkenhuis is een met vloeistof gevulde spiraalvormige structuur in het binnenoor.
De trilling veroorzaakt drukgolven in de vloeistof. Het binnenoor bevat het orgaan van Corti, een sensorische structuur die deze drukveranderingen omzet in elektrische impulsen. Deze impulsen reizen via de gehoorzenuw naar de hersenen. De hersenen doen het zware werk door signalen te interpreteren in muziek, spraak of geluid.
Dit proces is volledig afhankelijk van het medium. Als de moleculen niet botsen, is er geen geluid.
Vacuümproblemen
Daarom kan niemand in de ruimte je horen schreeuwen. De ruimte is een vacuüm. De moleculen liggen te ver uit elkaar om met elkaar te kunnen interacteren. Er zijn geen botsingen. Er zijn geen kettingreacties. Er is geen geluid. Als je volledige rust wilt, kijk dan omhoog naar de sterren. Het is de enige plek die het echt levert.
Luidsprekeraansluiting
Traditionele luidsprekers werken door de kegel te laten trillen om lucht naar buiten te persen. Vibratieluidsprekers hanteren een andere aanpak. Brengt mechanische energie rechtstreeks over naar vaste oppervlakken. Het oppervlak zelf wordt een film. Het trilt en beweegt de lucht erboven. Omdat vaste voorwerpen geluid efficiënter overbrengen dan lucht, kunnen deze apparaten verrassend luid geluid produceren op een klein oppervlak. Oppervlakte is belangrijk. Hoe groter de tafel of het raam, hoe groter de trillende massa en hoe rijker het geluid.
Dit is een slimme oplossing voor de beperkingen van moderne kleine elektronische apparaten. deze transducers veranderen alledaagse voorwerpen in geluidskrachtbronnen door gebruik te maken van de fysieke eigenschappen van dichte materialen.
Waarschijnlijk ken je de constructie van een standaardluidspreker al. Zichtbare onderdelen als ophanging, membraan en stofkappen vormen slechts het topje van de ijsberg. De ophanging houdt de film op zijn plaats. De film is, zoals je kunt zien, conisch van vorm, met een stofkap in het midden. Achter de cover zit het echte werkpaard: de spreekspoel.
Een spoel is een bewegende elektromagneet. Wanneer er stroom vloeit, ontstaat er een magnetisch veld. Draai de stroom om en je draait de polariteit om. Aan de onderkant van de speaker bevindt zich een permanente magneet. Wanneer het magnetische veld van de spoel samenvalt met het permanente magnetische veld, stoten ze elkaar af. De spoel duwt naar buiten, waardoor de film naar voren wordt gedreven. Omgekeerde polariteit? Ze trekken aan. De spoel trekt zich terug en sleept het diafragma mee.
De snelle wisselstroom zorgt ervoor dat de spoel op en neer stuitert. Het membraan comprimeert en verdunt de omringende lucht op dezelfde manier. Die drukgolven zijn geluid. De versterker levert de specifieke elektrische patronen die nodig zijn om het audiosignaal te reconstrueren.
Zie vervolgens de trillingsluidspreker. Het stript het middenrif volledig weg. In plaats daarvan is de spreekspoel rechtstreeks op de bewegende plaat aangesloten. Door de schijf op een vast voorwerp te plaatsen, krijgt u een ander type sensor. Een Converter is een apparaat dat de ene vorm van energie omzet in een andere vorm van energie. Hier wordt elektrische energie omgezet in mechanische energie en vervolgens in geluidsgolven in de lucht.
Wanneer de spoel trilt, schudt deze de plaat. De plaat schuift tegen het oppervlak. Dat oppervlak begint ook te trillen. Het verplaatst luchtmoleculen net zoals een kegel dat zou doen. Je oren vangen die botsingen op. Niet alle materialen zijn echter gelijk gemaakt. Glas en hout resoneren over het algemeen beter dan dichte metalen of dikke kunststoffen. Je kunt deze speakers in de muren verbergen. De muren zelf fungeren als luidsprekers, zijn onzichtbaar en verspreiden geluid door de kamer.
Fabrikanten worden al creatief met deze technologie. Je kunt een vibratieluidspreker op een skihelm plakken. Het blijft veilig terwijl je naar muziek luistert op de piste. De desktopversie verwijdert de rommel van zichtbare kaders en verandert het hele bureaublad in één geluidsbron. Dan zijn er beengeleidingsvarianten. Het omzeilt volledig je oren en zendt de vibratie rechtstreeks door je schedel. Je hoort de muziek, maar je voelt het ook.
De natuurkunde is eenvoudig. De toepassing is allesbehalve.
