Luidspreker Principes                                                          <laatst bijgewerkt:  2014-12-15>
In het kort:  
Er bestaat een veelheid van luidsprekerprincipes en daarbij behorende behuizingen.
Dit hoofdstuk probeert een overzicht te geven.

Verwante onderwerpen:
Luidspreker behuizingen, Wisselfilters, Demping, Luidsprekerkabels, Bi- Tri- of Multi Amping,

Luidsprekers, algemeen
Elektodynamische luidsprekers (de gewone)
Elektrostatische luidsprekers
Piezo-Elektrische luidsprekers
Bandluidsprekers, engels: Ribbon tweeters
Air Velocity transformer, Air Motion Transformer
Plasma luidsprekers
 

 

Luidsprekers, algemeen


De belangrijkste schakel in de HiFi keten thuis zijn de luidsprekers en hun opstelling. Als je niet tevreden bent met het geluid van je installatie moet je als eerste de luidsprekers onder de loep nemen. In nieuw gekochte "complete installaties" is er vrijwel altijd bezuinigd op de kwaliteit van de luidsprekers en/of de behuizing. 

Als je een stereo installatie niet kunt kopen zonder de "bijbehorende luidsprekers" moet je naar een andere winkel gaan (en wellicht je budget vergroten). 

Als er beweerd wordt dat "deze versterker en deze luidsprekers speciaal voor elkaar ontworpen zijn" moet je onmiddelijk weg, want dan wordt er gegarandeerd rommel verkocht. Iedere goede versterker kan overweg met iedere goede luidspreker. (twee uitzonderingen: Sommige versterkers kunnen niet goed overweg met elektrostatische luidsprekers, maar dat is eigenlijk een ontwerpfout van de versterker) en bij actieve luidsprekers die werken volgens een  "motional feed back" principe moet je de bijbehorende speciale versterker gebruiken, maar die zit dan in de luidsprekerkast ingebouwd, dus je hebt geen keuze.
Ook de opstelling van de luidsprekers is belangrijk.


Elektrodynamische of  (elektro-) magnetische luidsprekers


Hier wordt een conus van karton-achtig of kunststof materiaal aangedreven door een spoel die vrij om de pool van een sterke magneet kan bewegen. De elektrische stroom door de spoel veroorzaakt krachten –en dus beweging- van de conus. De conus is verend opgehangen in een meestal rond metalen frame.

 

  luidspreker.gif

Dit type wordt veruit het meest gebruikt. Voor de consumenten markt worden ze uitsluitend aangeboden ingebouwd in een behuizing, doorgaans een rechthoekige luidsprekerkast. De betere systemen bevatten meer dan 1 luidspreker per kast. Voor doe-het-zelvers zijn er uitstekende losse luidsprekers te koop.
De afzonderlijke luidsprekers worden onderscheiden in bas-luidsprekers, "woofers", midden-toon luidsprekers "squakers" en hoge tonen luidsprekers "tweeters"

 dometweeter.gif

dometweeter.gif

In de categorie "tweeters" is vooral de "dome tweeter" veelvoorkomend. In plaats van een conus heeft deze een bolvormig stralings lichaam van licht en stijf materiaal, daar waar de andere luidsprekers de stofkap hebben. De conus is nagenoeg afwezig en deze tweeters zijn aan de achterkant ook altijd dicht, zodat er in principe geen kast nodig is om 'm goed te laten werken.

Zie verderop voor andere tweeter principes.

Het type en de uitvoering van de luidspreker behuizing bepaalt vooral het gedrag bij lage tonen. Het hoge tonen gedrag wordt vrijwel uitsluitend bepaald door de kwaliteiten van de hoge tonen luidspreker(s) en in veel mindere mate door de behuizing. Zie: "luidspreker behuizingen"

In het algemeen geeft een grotere kast een betere weergave van de lage tonen. Er zijn echter kasten van bescheiden afmetingen die ook een zeer goede basweergave geven. Die zijn wel wat duurder, want het is moeilijker om met een kleine kast een goede lage tonen weergave te maken.
Bij grote kasten moet er erg op gelet worden dat er geen paneel resonanties optreden. D.m.v. allerlei tussenschotten en zwaar materiaal kan dit voorkomen worden. Een zeer lichte luidsprekerkast is altijd verdacht.

Een bijzonder geval vormt de "magnetostaat". Alhoewel alle elektrodynamische luidprekers in wezen magnetostatisch zijn (de magneet staat stil en het elektrische deel, de spreekspoel, beweegt) is de "magnetostaat" wat anders opgebouwd. Er is een frame met veel magneten, en langgerekte spoelen die aan een mebraan verbonden zijn. Het membaan wordt over de hele oppervlakte aangedreven. Deze luidsprekers worden niet in een kast ingebouwd, maar -net als bij elektrostaten- los neergezet.

In dit soort luidsprekers worden door allerlei fabrikanten uiteenlopende materialen gebruikt voor de conus, de spreekspoel, de ophanging, etc. Het streven is steeds om de conus licht en stijf te maken, licht voor een hoog rendement en stijf om resonanties in de conus zelf te beperken. Bij de spreekspoel wordt vaak een "kortsluit winding" gebruikt om de demping te verbeteren, en soms een z.g. "ferrofluid", een magnetiseerbare mix van olie en fijne ijzerdeeltjes. De belangrijkste functie hiervan is het koelen van de spreekspoel. Niet alleen nodig bij grote vermogens, maar simpelweg het opwarmen van de spreekspoel veroorzaakt bij matig vermogen al vervorming omdat de elektrische weerstand verandert. 


Voor doe-het-zelvers zijn er diverse mogelijkheden om voor een relatief bescheiden bedrag een uitstekend luidsprekersysteem in huis te halen. Er zijn bouwpaketten te koop waarbij je alles kant-en-klaar gezaagd koopt en alleen het in elkaar schroeven/lijmen en de afwerking (bijv. fineren) hoeft te doen, en andere paketten waarbij je zelf het hout moet (laten) zagen.
In alle gevallen heb je een grote vrijheid in de uiteindelijke afwerking. Als je niet opziet tegen een flink aantal avonden klussen loont het in hoge mate om zelf een luidspreker systeem van zeer goede kwaliteit te bouwen.


Elektrostatische luidsprekers


Hier is een uiterst dunne elektrisch geleidende folie gespannen tussen elektrodes die geluid kunnen doorlaten. Door hoge elektrische spanningen wordt de folie in trilling gebracht.
Het voordeel van elektrostaten is dat ze erg weinig kleuring aan het geluid geven. Het nadeel is dat ze tamelijk duur zijn en ook wel onderhouds gevoelig. (schoonmaken en folie spannen)
Elektrostaten doen het erg goed in het midden- en hoogfrekwente gebied. Voor de laagste frekwenties worden ze erg groot en nog duurder. Het nut van elektrostaten bij de laagste frekwenties is ook wat twijfelachtig. Men ziet dan ook wel combinaties van elektrodynamische luidsprekers voor het laag, en elektrostaten voor het midden en hoog.
In sommige gevallen wordt voor de allerhoogste frekwenties weer een dome-tweeter gebruikt omdat de elektrostaat daar toch weer te veel richt effect heeft.

Het is heel goed mogelijk om zelf elektrostatische luidsprekers te bouwen. De materiaalkosten zijn vaak lager dan die voor meer conventionele luidsprekerkasten. Het boek van E. Fikier geeft uitgebreide informatie en bouw handleidingen voor elektrostaten van een paar honderd euro.  Zie mijn link pagina en kijk op de website van de ESL-doe-het-zelvers

Sommige eindversterkers kunnen niet goed overweg met elektrostaten vanwege de grote capacitieve belasting. Informeer je daarover.

Elektrostaten worden vrijwel uitsluitend als dipool uitgevoerd, d.w.z. ze stralen aan de achterkant net zoveel geluid af als aan de voorkant. Dat betekent dat je ze ruim van de muur moet zetten.


Piezo-Elektrische luidsprekers


Ook wel Keramische luidsprekers genoemd.

Het stralend element is hier een keramisch materiaal dat onder invloed van een elektrische spanning vervormt Dat is het Piezo-elektrisch effec.t

Meestal vind je ze ingebouwd in een trechter vormig huisje (plastic) en zijn ze alleen geschikt voor zeer hoge frequenties.

De geluidskwaliteit is over het algemeen matig door allerlei interne resonanties.


Band luidsprekers, engels: Ribbon tweeters


Bij dit type is er een dun reepje metaalfolie gespannen tussen twee magneetpolen. De stroom uit de versterker loopt door deze metaalfolie en veroorzaakt krachten op de folie die zich vertalen in geluid. Het voordeel van ribbon tweeters is dat ze een uiterst geringe bewegende massa hebben en daardoor een zeer getrouwe hoogweergave. Nadeel is de relatief hoge prijs en de kwetsbaarheid van het bandje, zowel voor invloeden van buitenaf (je moet er niet hard tegen blazen) als overbelasting. Bandluidsprekers zijn er uitsluitend voor de hoogste frequenties.

 

  ribbon.gifribbon.gif

Niet getekend: In praktische constructies is het bandje geribbeld om het meer dwarsstijfheid te geven.

 

Op de Do It Yourself Audio Dag 2005 in Zuphen vertelde Dhr. A.Brussen hoe hij zelf ribbon tweeters bouwt voor hooguit een paar tientjes aan materiaalkosten. Ik heb helaas nog geen links naar zelfbouw sites gevonden, maar deze vertelt (aan het eind) hoe je een defecte bandluidspreker kunt repareren.

Overigens worden zeer vergelijkbare constructies ook als kwaliteits-microfoon gebruikt. Bandmicrofoon of eng: Ribbon Microphone.


Air Velocity transformer, Air Motion Transformer


Verwant aan de ribbon luidspreker is een principe dat onder de namen "Air Velocity Transformer" of "Air Motion Transformer" in de handel is, en ook aangeduid wordt als de "Harmonica" luidspreker. Hier is een dun membraan als de balg van een trekharmonica gevouwen. Op de middens van de gevouwen delen is een elektrische draad of folie zizag aangebracht. Hieronder zie je zoiets van opzij gezien. Het magneetveld gaat van bpven naar onder.

 

avtprincipe.gif  

De stroom gaat beurtelings naar voor en naar achter door de geleiders, en dat veroorzaakt dat de plooien om de andere wijder c.q. smaller worden. De lucht tussen de plooien wordt aan de ene kant van het membraan weggedrukt en aan de andere kant aangezogen.
In de schets hierboven zitten de magneten in de weg voor het geluid. In de praktische uitvoering zijn de magneet polen uitgevoerd als een rij "vingers" waar het geluid tussendoor kan. Die constructie heeft ook een belangrijk nadeel van dit principe op. Het grote stralend oppvlak van ongeveer 1 dm2 zou n.l een zeer sterk richt effect veroorzaken voor deze hoge frequenties. Omdat de geluidssnelheid tussen de vingers echter wat lager is dan in de vrije ruimte ontstaat er toch een benadering van een lijnbron, oftewel een goede spreiding in het horizontale vlak. In het vertikale vlak is de spreiding matig, deze luidsprekers moeten echt op oorhoogte staan.

avt.gif avt.gif

 


Plasma luidsprekers


Hierbij wordt door een hoogfrequent elektrisch veld met hoge spanning (een soort radio zender) een beetje lucht geioniseerd. Door die zender te moduleren met het audio signaal ontstaat er geluid zonder resonanties en kleuringen. De lucht wordt direct in beweging gebracht, zonder dat er eerst iets mechanisch moet gaan trillen. Het principe bestaal al vele decennia, maar het is tot nog toe uiterst lastig gebleken om een aantal praktische problemen op te lossen.

 vlam.jpg

  vlam.jpg

Hier het vlammetje (ca. 5 mm hoog) van 1 van mijn eerste experimenten op dit gebied. Ik kon hier krap 70 dBa geluid uit krijgen op 1 meter afstand, dus er moet nog wat gebeuren. Met die ozon valt het tot nog toe erg mee.