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
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.
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"
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.
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.
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.
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.
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.
-
Er ontstaat het schadelijke en onaangenaam ruikende ozon, een molucule met 3 zuurstof atomen. Die ozon moet worden afgeschermd en dat gaat eigenlijk alleen goed met een hermetisch dichte behuizing, maar daardoor raken een aantal akoestische eigenschappen in het gedrang.
-
Het principe leent zich nog moeilijk voor grote ionisatie gebieden. Dat betekent dat het alleen geschikt is voor tweeters voor tamelijk hoge frequenties.
-
Het rendement, beter gezegd de maximaal haalbare geluidsterkte is wat beperkt. Veel uitvoeringen hadden een hoorn om het geluid te versterken. Het nadeel daarvan is weer dat er meer richtwerking optreedt.
-
Er zijn diverse websites, ook over het zelf bouwen. Zoek op "ionophone" of "Plasma tweeters".
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.