Historia muzyki pełna jest dramatycznych zmian. Pamiętamy wynalezienie pierwszych instrumentów muzycznych. Pamiętam też, jak technologia nagrywania umożliwiła tworzenie nieskończonej różnorodności dźwięków. Do dziś pamiętamy moment, kiedy Bob Dylan włączył swoją gitarę elektryczną i zraził do siebie purystów muzyki folkowej. Być może jednak największa zmiana, jaka zaszła w ostatnich dziesięcioleciach, nie dotyczy samej muzyki. Dotyczy sposobu, w jaki go spożywamy.
Przejście na urządzenia mobilne jako główny system dostarczania muzyki zmienia wszystko. Smartfony, tablety i odtwarzacze MP3 mieszczą całą bibliotekę muzyczną w Twojej kieszeni. Wygoda wygrywa. Ale ta wygoda ma swoją cenę. Oczywiście słuchanie przez słuchawki tworzy bardziej intymną atmosferę. Ale to też izoluje. Większość urządzeń mobilnych nie ma wbudowanych głośników, które mogłyby zapewnić wystarczającą głośność w pomieszczeniu pełnym ludzi. Dźwięk jest cienki. Brakuje mu jednego składnika.
Przenośny głośnik Bluetooth wydaje się oczywistym rozwiązaniem. Ale wielu z nich wciąż nie spełnia swoich oczekiwań. Sapią. Dokładają wszelkich starań, aby wytworzyć znaczący bas. Brzmi jak zabawka próbująca być urządzeniem gospodarstwa domowego.
Jest inna metoda. Wpisz Głośnik wibracji (znany również jako Czujnik wibracji ). Urządzenia te całkowicie omijają tradycyjne konstrukcje stożkowe i magnetyczne. Zamiast wypychać powietrze, wibrują powierzchnię, do której są przyczepione. Przymocuj jeden taki element do szyby okiennej. Połóż go na szklanym stole. Nagle cała ta powierzchnia staje się emiterem. Wyniki mogą być bardzo satysfakcjonujące. Dyskretny mały dysk może wypełnić pomieszczenie głębokim, rezonującym dźwiękiem.
W jaki sposób urządzenie wielkości kolejki może wytwarzać tak dużą moc? Aby to zrozumieć, musimy wyjść poza ten gadżet i przyjrzeć się samej fizyce dźwięku.
Зміст
Fizyka propagacji
Istotą dźwięku jest ruch. To nie magia. To zderzenie cząsteczek. Kiedy pociągasz za strunę lub uderzasz w bęben, tworzysz pęd. Reagują na to cząsteczki otoczenia. Popychają swoich sąsiadów, a oni z kolei popychają swoich sąsiadów. Uważamy tę reakcję łańcuchową za dźwięk.
W gazie takim jak powietrze cząsteczki poruszają się losowo. Ich prędkość zależy od temperatury. Zimne powietrze oznacza, że cząsteczki poruszają się wolniej i rzadziej się zderzają. Im cieplejsze powietrze, tym większy chaos tworzy.
Ale powietrze nie jest jedynym medium. Dźwięk rozchodzi się szybciej w cieczach i ciałach stałych. Dlaczego? Ponieważ zawarte w nich cząsteczki są ściśle upakowane. Są rozproszone w gazach. Zarówno ciecze, jak i ciała stałe są gęsto upakowane. Bliższe upakowanie oznacza szybsze zderzenia, co oznacza szybszy transfer energii.
Spójrzmy na liczby. W temperaturze 0 stopni Celsjusza (32 stopnie Fahrenheita) dźwięk przemieszcza się w powietrzu z prędkością 331 metrów na sekundę. Około 740 mil na godzinę. Szybki dla ludzi, wolny dla fizyki. Dźwięk rozchodzi się w ciekłej rtęci z prędkością 1450 metrów na sekundę. Przelatuje przez twarde szkło z prędkością 5640 metrów na sekundę. Im gęstsze medium, tym szybciej rozchodzi się dźwięk.
Dźwięk emitowany jest ze źródła w postaci fal, podobnie jak fale generowane przez kamień wrzucony do stawu. Fale te tracą energię w miarę rozszerzania się. Im dalej jesteś od źródła dźwięku, tym staje się cichszy. Fale dźwiękowe są określane przez dwa główne czynniki: częstotliwość i intensywność. Im wyższa częstotliwość, tym wyższy ton. Intensywność określa głośność, która zależy od tego, jak bardzo fala zmienia ciśnienie powietrza. Im większa zmiana ciśnienia, tym głośniejszy dźwięk.
Od ucha do mózgu
Jak więc właściwie brzmią te zderzenia molekularne? Dzięki bębenkowi.
Błona ta znajduje się wewnątrz przewodu słuchowego. Wibruje, gdy uderzają w niego zderzające się cząsteczki. Drgania te są wychwytywane przez kości ucha środkowego i przenoszone do ślimaka. Ślimak to wypełniona płynem, spiralna struktura zlokalizowana w uchu wewnętrznym.
Wibracje powodują procesy fali ciśnienia w cieczy. Ucho wewnętrzne zawiera narząd Cortiego – strukturę sensoryczną, która przekształca zmiany ciśnienia w impulsy elektryczne. Impulsy te przekazywane są nerwem słuchowym do mózgu. Mózg wykonuje większość swojej pracy, interpretując sygnały na muzykę, mowę lub hałas.
Proces ten jest całkowicie zależny od środowiska. Jeśli cząsteczki nie zderzają się, nie ma dźwięku.
Problemy z odkurzaczem
Dlatego w kosmosie nikt nie usłyszy Twojego krzyku. Przestrzeń jest próżnią. Cząsteczki są zbyt daleko od siebie, aby oddziaływać. Nie ma żadnych kolizji. Nie ma reakcji łańcuchowej. Brak dźwięku. Jeśli chcesz całkowitego spokoju, spójrz na gwiazdy. To jedyne miejsce, które naprawdę to zapewnia.
Podłączanie głośnika
Tradycyjne głośniki działają na zasadzie wibracji stożka, który wypycha powietrze. Wibrodynamiki przyjmują inne podejście. Przenoszą energię mechaniczną bezpośrednio na powierzchnie stałe. Sama powierzchnia staje się membraną. Wibruje i wprawia w ruch powietrze nad sobą. Ponieważ ciała stałe przenoszą dźwięk skuteczniej niż powietrze, urządzenia te mogą wytwarzać zaskakująco głośny dźwięk w małej obudowie. Powierzchnia jest istotna. Im większy stół lub okno, tym większa masa wibracyjna i bogatszy dźwięk.
To inteligentne rozwiązanie ograniczeń współczesnych małych urządzeń elektronicznych. Przetworniki te zamieniają przedmioty codziennego użytku w źródła dźwięku, wykorzystując właściwości fizyczne gęstych materiałów.
Prawdopodobnie znasz już działanie zwykłego głośnika. Widoczne części, takie jak ramka, dyfuzor i osłona przeciwpyłowa, to tylko wierzchołek góry lodowej. Wieszak utrzymuje dyfuzor na miejscu. Dyfuzor, jak widać, ma kształt stożkowy, z osłoną przeciwpyłową pośrodku. Za nim kryje się prawdziwy koń pociągowy: cewka drgająca.
Cewka jest poruszającym się elektromagnesem. Kiedy przepływa przez niego prąd, powstaje pole magnetyczne. Zmień kierunek prądu, a zmienisz polaryzację. W dolnej części głośnika znajduje się magnes trwały. Kiedy pole magnetyczne cewki odpowiada polu magnetycznemu magnesu trwałego, odpychają się one. Cewka jest wypychana na zewnątrz, popychając dyfuzor do przodu. Zmienić polaryzację? Są przyciągani. Cewka cofa się, ciągnąc za sobą dyfuzor.
Szybki prąd przemienny powoduje, że cewka szybko oscyluje w górę i w dół. Dyfuzor w ten sam sposób spręża i rozrzedza otaczające powietrze. Te fale ciśnienia są dźwiękiem. Wzmacniacz dostarcza określone sygnały elektryczne niezbędne do odtworzenia sygnału audio.
Teraz spójrz na wibrujący głośnik. Całkowicie eliminuje dyfuzor. Zamiast tego cewka drgająca jest bezpośrednio połączona z ruchomą płytką. Umieszczenie tej płytki na twardej powierzchni tworzy inny typ czujnika. Przetwornik to urządzenie, które zamienia jeden rodzaj energii na inny. Tutaj energia elektryczna jest przekształcana w energię mechaniczną, a następnie w fale dźwiękowe w powietrzu.
Kiedy cewka wibruje, porusza płytkę. Płyta naciska na powierzchnię. Ta powierzchnia również zaczyna wibrować. Wypiera cząsteczki powietrza w taki sam sposób, jak zrobiłby to stożek. Twoje uszy wychwytują te wibracje. Jednak nie wszystkie materiały są sobie równe. Szkło i drewno rezonują lepiej niż gęste metale lub gruby plastik. Głośniki te można ukryć w ścianach. Same ściany zaczynają pełnić rolę głośników, niewidocznie rozprzestrzeniając dźwięk po całym pomieszczeniu.
Producenci już zaczynają kreatywnie wykorzystywać tę technologię. Głośnik wibracyjny można przymocować do kasku narciarskiego. Pasuje bezpiecznie podczas słuchania muzyki na stoku. Wersja na komputery stacjonarne eliminuje bałagan w widocznych polach i zamienia cały pulpit w jedno źródło dźwięku. Istnieją również opcje przewodnictwa kostnego. Całkowicie omijają uszy i przenoszą wibracje bezpośrednio przez czaszkę. Słyszysz muzykę, ale także ją czujesz.
Fizyka procesu jest prosta. Ale aplikacja wcale nie jest taka.
