Musikk, podcaster, telefonsamtaler og videoer har én ting til felles: for å bli lyttet til på hodetelefoner må de forvandles til lydbølger. Den overraskende detaljen er det ingen lyd går inne i hodetelefonene. Det som beveger seg langs kabelen eller den trådløse forbindelsen er faktisk elektriske signaler som må konverteres til luftvibrasjoner før de kan nå det menneskelige øret.
Det er han som utfører denne oppgaven høyttalerofte kalt også sjåfører. Dette er komponenten som er ansvarlig for å produsere lyd og representerer det sanne hjertet til alle hodetelefoner. Liten som den kan være, opererer den etter de samme fysiske prinsippene som gjør at høyttalere i mye større høyttalere fungerer.
Høyttaleren er komponenten som forvandler elektrisitet til lyd
På grunnlag av høyttalerens operasjon ligger det et relativt enkelt fysisk prinsipp. Fra et teknisk synspunkt er det en elektroakustisk transduserdet vil si en enhet designet for å konvertere en form for energi til en annen. Når det gjelder hodetelefoner, er målet å transformere de elektriske signalene som kommer fra lydkilden til mekaniske vibrasjoner som er i stand til å bevege luften.
Denne prosessen skjer tusenvis av ganger per sekund og med et forbløffende nivå av presisjon. Hver musikknote, hvert ord som snakkes under en samtale og hver lydeffekt som finnes i en film, rekonstrueres av høyttaleren gjennom en rekke mikroskopiske bevegelser.
Den mest brukte teknologien i moderne hodetelefoner er den av dynamisk sjåføren løsning som kombinerer små dimensjoner, lavt forbruk og god lydkvalitet. Det er nettopp denne typen høyttalere som finnes i de fleste øretelefoner og hodetelefoner på markedet.
De tre grunnleggende elementene til sjåføren
For å forstå hvordan lyd blir født, er det nødvendig å observere hva som er skjult inne i en dynamisk driver. Systemet består av tre hovedkomponenter: a permanent magneten bevegelig spole og en membran.
Magneten har som oppgave å generere et konstant magnetfelt. Spolen, ellers kalt talespolen, består i stedet av en tynn metalltråd viklet i en spiral og plassert inne i magnetfeltet som produseres av magneten.
En ekstremt lett membran er koblet til spolen, ofte laget av plast eller komposittmaterialer. Dette er den delen som, når den beveger seg, fysisk genererer lydbølger.
Sett individuelt gir disse elementene ingen spesiell effekt. Men når et elektrisk signal passerer gjennom dem, begynner de å samhandle med hverandre, og utnytter et av de grunnleggende fenomenene elektromagnetisme.
Hva skjer når en sang starter
Når en sang begynner å spille, sender kildeenheten et elektrisk signal til høyttaleren som inneholder all informasjonen som er nødvendig for å rekonstruere den originale lyden. Strøm flyter gjennom talespolen og gjør den midlertidig til en elektromagnet. På dette tidspunktet kommer den permanente magneten inne i driveren inn i bildet.
Siden magnetiske felt kan tiltrekke seg eller frastøte hverandre avhengig av deres konfigurasjon, kommer spolen kontinuerlig skyve forover og bakover etter variasjonene i det elektriske signalet. Bevegelsen er ekstremt rask og kan gjenta seg tusenvis av ganger i løpet av et enkelt sekund.
Spolen beveger seg imidlertid ikke av seg selv. Ved å være koblet direkte til membranen, drar den også sistnevnte med seg.
Hvordan lyd blir født: luftens bevegelse
Membranen kan tenkes som en liten vibrerende overflate, på noen måter lik huden på en trommel. Når den beveger seg fremover, komprimerer den litt av luften foran seg, mens når den beveger seg bakover genererer den en liten trykkreduksjon. Disse kontinuerlige trykkvariasjonene forplanter seg til miljøet i form av lydbølger.
I praksis blir ikke lyden «skapt» av den elektriske strømmen, men av luftbevegelse forårsaket av membranen. Høyttaleren spiller derfor rollen som mellomledd mellom elektronikkens verden og lydbølgenes verden.
Hele prosessen skjer nesten umiddelbart. Ekstremt korte tider går fra det øyeblikket signalet når føreren til det øyeblikket lyden når trommehinnen.
Fordi de føles lave, middels og høye
En av de mest fascinerende aspektene ved hvordan hodetelefoner fungerer gjelder deres evne til det reproduserer svært forskjellige frekvenser bruker alltid samme komponent. Forskjellen mellom bass, medium og diskant avhenger faktisk av hastigheten som membranen vibrerer med.
De lave frekvensersom de som produseres av en basstromme eller elektrisk bass, tilsvarer relativt langsomme og store svingninger. De høyere frekvenser i stedet krever de mye raskere bevegelser.
For å gi en ide om nøyaktigheten som trengs, kan det menneskelige øret oppfatte innkommende lyder opptil omtrent 20 000 Hzdet vil si 20 000 svingninger per sekund. For at reproduksjonen skal være tro, må membranen derfor kunne følge ekstremt raske variasjoner uten å deformere eller introdusere uønskede forvrengninger.
Også av denne grunn spiller materialene, formen og dimensjonene til sjåføren en viktig rolle for den endelige lyttekvaliteten.
Hvorfor dynamiske drivere dominerer markedet
I lydsektoren er det alternative teknologier til dynamiske drivere. Noen avanserte hodetelefoner bruker f.eks. Magnetiske plane drivere eller alternativt elektrostatiske systemeri stand til å tilby spesielt høy ytelse i visse sammenhenger.
Til tross for dette, fortsetter dynamiske drivere å representere den mest populære løsningen. Grunnen er ganske enkel: de klarer å tilby en utmerket kompromiss mellom lydkvalitet, energiforbruk, produksjonskostnad og størrelse. De kan miniatyriseres til svært kompakte øretelefoner og fungerer godt selv med den begrensede kraften som leveres av smarttelefoner og bærbare enheter. Denne kombinasjonen av funksjoner har gjort dem til referansestandarden for store deler av forbrukermarkedet.
Et lite elektromagnetisk system skjult i ørene
Bak hver sang som lyttes til gjennom hodetelefoner ligger en mye mer kompleks prosess enn det kan virke ved første øyekast. Faktisk, inne i hver paviljong fungerer en et lite elektromagnetisk system sammensatt av magneter, spole og membran, designet for å kontinuerlig transformere elektriske signaler til bevegelse.
Høyttaleren rekonstruerer trofast vibrasjonene i luften som tilsvarer det mottatte signalet. Det er nettopp dette sofistikerte elektromagnetiske systemet som konverterer elektriske signaler til lydbølger i løpet av en brøkdel av et sekund.
