Fysiken som får hörlurar att fungera
Oavsett om du lyssnar på musik när du tränar på gymmet eller engagerar dig i din favorit-TV-serie medan du pendlar har hörlurar för alltid förändrat hur vi lyssnar på musik och tar del av innehåll.
Men mycket få människor skulle kunna beskriva hur dessa pålitliga följeslagare fungerar under ytan. För att hjälpa dig att bättre förstå hur den interna mekanismen i hörlurar fungerar och hur de omvandlar elektriska signaler till ljud har vi satt ihop denna enkla guide.
Det första som bör fastställas är: vad exakt är ljud?
För att ge ett enkelt svar: Ljud är vibrationer som orsakas av föremål som rör på sig. Dessa vibrationer kommer in av våra öron och tolkas av hjärnan. Det betyder att mekanisk rörelse behövs för att skapa ljud.
Det är här högtalarelementen i hörlurarna gör sitt. Högtalarelement, även kallade transducer, omvandlar analoga signaler till vibrationer. Tänk på dem som högtalare i miniatyrformat. En typisk storlek och motsvarande prestanda på ett högtalarelementen skiljer sig från hörlurar till hörlurar men är vanligtvis mellan 6 mm och 15 mm. S500W true wireless-hörlurar har till exempel ett 8 mm stort högtalarelementen för ljud av hög kvalitet.
För att skapa ljud är en diafragma en väsentlig del av varje högtalarelementen och består av ett tunt membran som skapar ljudvågor när det sätts i rörelse. Rörelsens intensitet och riktning styrs av den elektriska signalen som kommer in i högtalarelementet.
Inte alla högtalarelement skapas lika och de omvandlar elektrisk ström till ljud på olika sätt genom att flytta diafragman. Vilka är då de vanligaste typerna av högtalarelement i hörlurar och hur fungerar de?
Typer av högtalarelement
Dynamiska högtalarelement
Termen ”dynamiskt högtalarelement” benämns ofta som ett ”högtalarelement med rörlig spole”. Högtalarelementet består av tre huvudkomponenter: en magnet, en röstspole och en diafragma.
Den elektriska strömmen flödar till röstspolen vilket skapar ett elektromagnetiskt fält. Strömmens växlande riktning gör att röstspolen antingen dras till eller avvisas av magneterna som omger den vilket gör att den rör sig fram och tillbaka. Denna rörelse får diafragman att vibrera och producera ljudvågor. Beroende på styrkan och riktningen på den elektroniska strömmen förändras det elektromagnetiska fältet vilket förflyttar spolen i en växlande takt och riktning. Detta får diafragman att vibrera och producera ljudet. Ljudprestanda är inte bara relaterad till storleken på högtalarelementen utan även till materialen och den övergripande konstruktionen. Dynamiska högtalarelement är mer mottagliga för ljudförvrängning än andra typer av högtalarelement om volymen blir för hög.
Elektrostatiska högtalarelement
Som namnet antyder använder elektrostatiska högtalarelement statisk elektricitet för att skapa ett elektriskt fält. Diafragman är placerad mellan två perforerade metallplattor eller elektroder. Strömmen som flödar in i elektroderna får dem att producera ett elektriskt fält vilket får diafragman att röra sig mellan plattorna. Ljudvågorna hittar vägen till örat genom perforeringarna inuti elektroderna. Elektrostatiska högtalarelement kan producera ett brett spektrum av frekvenser med mycket låg distorsion men behöver ytterligare förstärkning.
Plana magnetiska högtalarelement
Plana magnetiska högtalarelement kallas också ”ortodynamiska högtalarelement” och kan ses som en blandning mellan dynamiska och elektrostatiska högtalarelement. De fungerar enligt en princip som är mycket snarlik dynamiska högtalarelement eftersom de även använder magnetfält för att generera ljudvågor. Istället för att använda en spole för rörelse och en diafragma för att producera ljud genom vibrationer använder plana magnetiska högtalarelement en diafragma som är belägen mellan två magneter och som innehåller tunna ledningar. Membranet börjar vibrera så snart el rör sig genom dess tunna ledningar. Plana magnetiska högtalarelement är mindre mottagliga för ljudförvrängning och kan producera en ren bas men de behöver en ytterligare förstärkare och kommer vanligtvis till ett högre pris.
Balanserade armaturhögtalarelement
Balanserade armaturhögtalarelement är endast tillgängliga för i-örat-monitorsystem (IEM). Namnet kommer från en spole som är lindad runt en armatur och ligger mellan två magneter. Armaturhögtalarelement kallas för ”balanserade” eftersom avståndet mellan armaturen och de två magneterna är lika. Ankaret är anslutet till mitten av diafragman. När strömmen flödar genom spolen blir ankaret magnetiskt och börjar röra sig vilket i sin tur får diafragman att vibrera. Balanserade armaturhögtalarelement erbjuder en mycket detaljerad ljudupplevelse men på bekostnad av en svagare bas.
Så var det med det, en enkel guide för hur hörlurar fungerar internt och hur de producerar ljud. Ta en titt på vår guide om hur true wireless-hörlurar fungerar om du vill veta mer.