Kuulokkeiden toiminnan fysiikka
Kuuntelet sitten musiikkia kuntosalilla tai sukellat suosikkisarjasi pyörteisiin pitkän työmatkan aikana, kuulokkeet ovat muuttaneet ikuisesti musiikin kuuntelemista ja sisällön kuluttamista.
Hyvin harvat ihmiset pystyisivät kuitenkin kuvaamaan, kuinka nämä luotetut seuralaiset itse asiassa toimivat. Auttaaksemme sinua ymmärtämään paremmin, kuinka kuulokkeiden sisäinen mekanismi toimii ja kuinka ne muuntavat sähkösignaalit ääniksi, olemme laatineet tämän yksinkertaisen oppaan.
Ensimmäinen selvitettävä asia on: mitä on ääni?
Yksinkertaistettu vastaus: Äänet ovat liikkuvien kohteiden aiheuttamaa värähtelyä. Korvamme sieppaavat nämä värähtelyt ja aivomme tulkitsevat niitä. Tämä tarkoittaa, että äänen luomiseksi tarvitaan mekaanista liikettä.
Tässä nappikuulokkeiden sisällä olevat elementit astuvat kuvaan mukaan. Elementit, joita kutsutaan myös muuntimiksi, muuttavat analogiset signaalit värähtelyiksi. Niitä voi ajatella minikokoisina kaiuttimina. Elementin tyypillinen koko ja vastaava suorituskyky eroavat malleittain, mutta ovat tyypillisesti välillä 6-15 mm. Esimerkiksi aidosti langattomissa S500W-kuulokkeissa on 8 mm:n elementti korkealaatuisen äänen toistamiseen.
Äänen muodostamisessa kalvo on olennainen osa jokaista elementtiä, joka koostuu liikkuessaan ääni-aaltoja luovasta ohuesta kalvosta. Liikkeen voimakkuutta ja suuntaa ohjaa elementtiin tuleva sähköinen signaali.
Kaikkia elementit eivät ole samanlaisia, ja ne muuttavat sähkövirran ääneksi eri tavoilla kalvoa liikuttamalla. Mitkä siis ovat yleisimmät kuuloke-elementtityypit ja miten ne toimivat?
Elementtityypit
Dynaamiset elementit
Dynaamisella elementillä tarkoitetaan usein ”liikkuvaa kelaelementtiä”. Elementti koostuu 3 pääkomponentista, joita ovat magneetti, puhekela ja kalvo.
Sähkövirta virtaa puhekelaan, joka luo sähkömagneettisen kentän. Virran vaihtuva suunta saa puhekelan joko vetäytymään tai työntymään sitä ympäröivien magneettien avulla, mikä saa sen liikkumaan edestakaisin. Liike aiheuttaa kalvon värähtelyä ja tuottaa ääniaaltoja. Sähkömagneettinen kenttää muuttuu sähkövirran voimakkuuden ja suunnan mukaan, mikä liikuttaa kelaa vuorotellen tempon ja suunnan suhteen. Se aiheuttaa kalvon värähtelyä ja tuottaa ääntä. Äänen laatu ei liity vain elementtien kokoon, vaan myös materiaaleihin ja yleiseen arkkitehtuuriin. Dynaamiset elementit ovat herkempiä äänen vääristymiselle kuin muut elementtityypit, jos äänenvoimakkuus kasvaa liian suureksi.
Sähköstaattiset elementit
Kuten nimestä voi päätellä, sähköstaattiset elementit käyttävät staattista sähköä sähköisen kentän luomiseen. Kalvo on sijoitettu kahden rei'itetyn metallilevyn tai elektrodin väliin. Elektrodeihin tuleva virta saa ne muodostamaan sähköisen kentän, joka saa kalvon liikkumaan levyjen välillä. Ääniaallot löytävät tiensä korvaan elektrodien sisäpuolella olevien reikien kautta. Sähköstaattiset elementit voivat tuottaa laajan taajuusalueen erittäin pienellä säröllä, mutta tarvitsevat lisävahvistusta.
Tasomagneettiset elementit
Tasomagneettisia elementtejä kutsutaan myös ortodynaamisiksi elementeiksi, ja niiden voidaan katsoa olevan jotain dynaamisten ja sähköstaattisten elementtien väliltä. Ne toimivat hyvin samanlaisella periaatteella kuin dynaamiset elementit, koska myös ne hyödyntävät magneettikenttiä ääniaaltojen tuottamiseksi. Sen sijaan, että käytettäisiin kelaa liikkeeseen ja kalvoa äänten tuottamiseen värähtelyn kautta, tasomagneettiset elementit käyttävät kalvoa, joka sijaitsee kahden magneetin välissä ja joka sisältää ohuita johtimia. Kalvo alkaa värähdellä heti, kun sähkö kulkee ohuiden johtimien läpi. Tasomagneettiset elementit ovat vähemmän alttiita äänen vääristymiselle ja voivat tuottaa selkeän basson, mutta ne tarvitsevat lisävahvistimen ja ovat yleensä hinnaltaan korkeampia.
Balanced Armature -elementit
Balanced Armature -elementtejä on vain IEM-kuulokkeissa. Nimi tulee kelasta, joka on kääritty ankkurin ympärille ja joka on sijoitettu kahden magneetin väliin. Ne ovat tasapainotettuja (balanced), koska etäisyys ankkurin ja kahden magneetin välillä on sama. Ankkuri kiinnitetään keskelle kalvoa. Kun virta kulkee kelan läpi, ankkuri muuttuu magneettiseksi ja alkaa liikkua, mikä puolestaan aiheuttaa kalvon värähtelyn. Balanced armature -elementit tarjoavat erittäin yksityiskohtaisen äänikokemuksen, mutta heikomman basson kustannuksella.
Siinä yksinkertainen selostus siitä, kuinka kuulokkeet toimivat ja miten ne tuottavat ääntä. Lue lisää oppaastamme, kuinka aidosti langattomat kuulokkeet toimivat, jos haluat lisätietoja.