Reproduktor je elektromechanické zariadenie, ktoré mení elektrický signál na mechanický pohyb, ktorý spôsobuje akustické vlnenie. Nazýva sa teda elektromechanický a mechanickoakustický menič, avšak zaužívané je elektroakustický menič. Reproduktor využíva princíp elektromagnetu.
V širšom zmysle sa ako reproduktor označuje časť reproduktorovej sústavy, ktorá pozostáva z reproduktorov (ako elektroakustického meniča) spojeného s akustickým zariadením - ozvučnicou rezonančnou doskou, alebo rezonančnou debna, na zosilnenie, alebo usmernenie zvuku. Takáto zostava je obvykle doplnená o elektrické diely deliace vstupnú frekvenciu pre jednotlivé reproduktory (vysoké tóny, stredné tóny, basové tóny), ktorú nazývme reproduktorová výhybka, tiež niekedy obsahujúca elektronické zosilovače a ekvalizéry. Tieto diely sú kompaktne uložené a dizajnovo upravené na použitie s audiovizuálnym zariadením.
Zvuk a jeho šírenie je mechanická záležitosť - je to kmitanie častíc vzduchu alebo iného média (voda, oceľ atď.). Z toho je zrejmé, že pri vákuu nedôjde k jeho šírení.
Princíp
Reproduktor využíva základný princíp elektromagnetizmu. Pracuje na princípe vzájomného pôsobenia síl magnetického poľa trvalého magnetu s magnetickým poľom cievky upevnenej na ozvučnici (membráne). Cievkou prechádza elektrický prúd (výstupný signál zo zosilovača), ktorý na zaklade amplitúdy a frekvencie signálu vyvolá meniace sa elektromagnetické pole. Takto je cievka vťahovaná a vytláčaná do a z magnetického poľa trvalého magnetu. Tento kmitavý pohyb cievky (a teda aj membrány s ktorou je spojená) sa prenesie na okolitý vzduch. Vzniká vlnenie - akustický efekt.
Zloženie
Obvykle je reproduktor zložený z nasledujúcich prvkov:
- kôš (9) tvorí nosnú časť reproduktora
- membrána (8) šíria sa ňou akustické vlny do prostredia, má väčšinou kužeľovitý tvar
- vlnovec (6) stredí membránu a omožňuje jej pohyb
- pružný element (10) (surround), ním je pripevnená membrána ku košu
- cievka (5) je navinutá na membráne, spôsobuje kmitanie membrány
- magnetický systém je tvorený permanentným magnetom (4), nosnými doskami (1,2) a jadrom (3)
- kontakty pre prívod elektrickej energie do cievky
Kôš
Je vyrobený z lisovaného plechu. U drahších reproduktorov môže byť kôš odlievaný. Nesie všetky ostatné diely reproduktora a za kôš sa reproduktor upevňuje k ozvučnici. Musí byť dostatočne tuhý, aby sa diely navzájom nepohybovali.
Magnetický systém
Je vytvorený z permanentného kruhového magnetu, uloženého medzi dvoma opornými doskami z masívneho magneticky vodivého materiálu (magneticky mäkká oceľ). Stred systému tvorí duté oceľové jadro. Dosky a jadro slúžia na optimalizáciu magnetického toku - usmerneniu magnetického toku okolo jadra.
Vlnovec
Vlnovec je zariadenie (z gumy, papiera, napustenej tkaniny, kovu) ktorého úlohou je umožnenie osového pohybu membrány reproduktora s upevnenou cievkou, pri súčasnom zabránení výchylky cievky do strany.
Cievka
Cievka v reproduktor je navinutá na membráne a zapríčiňuje jej pohyb. Kmitanie cievky závisí len od veľkosti a charakteru privedeného signálu. Pri pretekaní striedavého prúdu cievkou vzniká v jej okolí magnetické pole, pretože signál privádzaný do cievky zo zdroja sa v čase mení. Signál môže byť hudobný (nepravidelný) alebo aj tzv. sínusový (pravidelný). Cievka je navinutá na valcovej časti membrány a prilepená, alebo je vyrobená ako samonosná -jednotlivé závity cievky sú zlepené tvrdým lakom navzájom, a tvoria symetrický valcový tvar. Cievka na membráne je umiestnená tak, že jej jadrom je jadro magnetického systému. Cievka je tenkými pružnými lankami elektricky prepojená s konjaktami reproduktora (elektrické prípojné miesto).
Pohyb membrány s cievkou je dôsledkom odpudzovania a vťahovania dvoch magnetických elementov:
- elektromagnetickým poľom vytvoreným dostatočným hudobným signálom privedeným do cievky
- statickým, stálym magnetom obkolesujúcim cievku membrány
Membrána
Membrána svojim pohybom mení elektrickú energiu na mechanickú a tak spôsobuje akustické vlnenie. Membrána má kužeľovitý tvar. Tvar membrány vytvára rzv. zvukovú charakteristiku reproduktora - tvar akustického poľa v okolí reproduktora.. Je to jeden zo sledovaných parametrov reproduktora.
Materiály membrán:
- Papier: Najrozšírenejší, vyrába sa striekaním papierovej suspenzie na špeciálne sitá. Je lacný, a preto sa vyskytuje na väčšine reproduktorov. Z dôvodu zvýšenia tuhosti a k utlmeniu nežiadúcich vlastných kmitov, sa na papierovú membránu väčšinou nanáša špeciálny lak. Tento zároveň zvyšuje odolnosť membrány proti vlhkosti.
- Polypropylén: Lacná výroba a dostatočná tuhosť membrány bez nutnosti ďalších úprav. Výhodou tiež môže byť odolnosť proti vlhkosti.
- Uhlíkové vlákna: Veľmi kvalitné, ale zato veľmi drahé. Ako alternatíva sa používajú tiež aramidové (kevlar), alebo sklenené vlákna.
- Kovové membrany: Väčšinou hliníkové nebo horčíkové či titanové. Výhodou je nízka hmotnosť a tuhosť membrány. Nevýhodou je obvykle vysoká cena a hlavne vlastné rezonancie na vyšších kmitočtoch, ktoré sa musia potlačiť vhodným elektrickým zapojením.
- Sendvičové membrány: Skladajú sa z viacerých vrstiev (napr. papiera)
Použitie
Najrozšírenejší spôsob použitia je ako samostatný reproduktor, alebo ako reproduktor v reproduktorových sústavách. Konštrukcia membrány reproduktora spôsobuje, že niektoré frekvencie dokáže reprodukovať veľmi dobre, niektoré horšie alebo vôbec. Malý reproduktor môže mať vysoký výkon, ale konštrukcia mu bráni dosiahnuť veľkú výchylku (amplitúdu) na to, aby v nízkych frekvenciách prekročil čo i len prah počuteľnosti. Veľmi veľkej ozvučnici na druhej strane zotrvačnosť membrány bráni meniť svoju polohu podľa signálu príliš rýchle (vysoké frekvencie), pri nízkych frekvenciách však dokáže vytvoriť vysokú amplitúdu a teda vysoký akustický tlak. Z dôvodu kompenzovanie vlastností reproduktorov pre reprodukovanie celého hudobného spektra sa tieto často inštalujú vo väčšom množstve (2-4), niekedy v jednej skrinke. Využitie nie je len v posilnení výkonu, ale najmä v rozdelení frekvenčného spektra. Každý reproduktor v sústave spracúva tú časť, v ktorej má najmenšie skreslenie. Súčasťou reproduktorovej sústavy je teda aj elektronika, ktorá filtruje (rozdeľuje). O kvalite reprodukcie tak rozhodujú všetky komponenty reproduktorovej sústavy.
Reproduktory menia len časť vstupnej energie na energiu akustickú, zvyšok sa mení na teplo. Ich efektivita sa udáva v dB/W. Konštrukčne bezpečný elektrický príkon (značený RMS (Root Mean Square) ide o priemerný príkon, ktorý sa dá vypočítať zo štandardnej odchýlky v napätí pri zachovaní odporu obvodu) sa udáva vo Wattoch (použiva sa aj označenie PMPO -Peak Music Power Output, alebo Peak Momentary Power Output je to maximálny špičkový výkon zariadenia, ktorý vydrží bez poškodenia. Jedná sa len o marketingový ťah, pretože zákazník vidí vyššie číslo pri watáži, ale už nie je udané, ako dlho má tento výkon vydržať).
Každá cievka (a tým aj reproduktor) má určený maximálny výkon (príkon). Ak veľkosť privedeného signálu presiahne maximálny možný výkon reproduktora, dochádza k veľkému skresleniu zvuku a stáva sa pre ľudské ľudské ucho dráždivý. V horších prípadoch môže nastať porušenie cievky, ktoré je však možné napraviť jej previnutím.
Rozdelenie reproduktorov
- Podľa spôsobu vyžarovania:
- priamovyžarujúce - membrána meniča je priamo viazaná s vonkajším vzduchom bez pomocného zariadenia
- nepriamovyžarujúce - membrána nie je priamo viazaná s vonkajším vzduchom, je použitý zvukovod
- Podľa princípu:
- elektromagnetické
- elektrodynamické
- elektrostatické
- piezoelektrické
- iné
- Podľa tvaru membrány:
- kruhové
- eliptické
- iné - (tvar gule, štvorca ...)
- Podľa rozsahu prenášaného pásma kmitočtov:
- širokopásmové
- nízkopásmové
- stredopásmové
- vysokopásmové
- kombinované
- špeciálne
Širokopásmový reproduktor
Niekedy sa nazýva aj širokopásmový. Slúži na prenášanie celého počuteľného spektra zvuku (20Hz - 20kHz). Keďže býva veľmi namáhaný, jeho kvalita je vo väčšine prípadov veľmi obmedzená, preto sa používa najmä v malých rádiách, v nákupných centrách, gitarových kombách, v starších televízoroch a v zariadeniach spotrebnej elektroniky. Môže sa v reprosústavách zameniť za stredopásmový reproduktor.
Nízkopásmový reproduktor
Takzvaný basový, prehráva 40-1500Hz. Podľa neho sa udáva veľkosť reprobedne (ozvučnice). Jeho veľkosti sa pohybujú zhruba od 8" do 18". Býva špeciálne vystužený hliníkom, poprípade odolnejším kovom. Dokáže vyvinúť veľmi veľký akustický tlak, preto sa využíva v subwoofroch.
Stredopásmový reproduktor
Prehráva 300-6000Hz. Najčastejšie sa nazýva stredný. Niekedy sa zamieňa so širokopásmovým reproduktorom. Používa sa v náročnejších trojpásmových audiosústavách. Podobá sa na zmenšený basový reproduktor, avšak obsahuje vlastnú plastovú škatuľku vystlanú tlmiacim materiálom pre zlepšenie kvality, zmenšenie skreslenia a pre oddelenie od tlaku basového reproduktora. Keďže na jeho frekvenciách sa odohráva najdôležitejšie zvukové spektrum, je veľmi namáhaný.
Vysokopásmový reproduktor
Prehráva 2-20kHz. Najčastejšie sa nazýva výškový. Je to najcitlivejší reproduktor s veľmi tenkou membránou. Sú to čisto smerové reproduktory, teda hrajú tým smerom, ktorým ich postavíme. Do reprosústav sa montujú v úrovni hlavy poslucháča. Delia sa na:
- kužeľovitý - Má podobný vzhľad ako basový reproduktor, cievku má o veľkosti do 2cm, používa sa v nenáročných podmienkach, je pomerne lacný a ľahko dostupný na trhu.
- kupolovitý - Je vyrobený pridaním väčšej cievky na kužeľovitý reproduktor (priemer 3-5 cm). Zvyčajne nemajú orámovanie ani podporný kôš.
- piezo-elektrický - Je to veľmi výkonný reproduktor, avšak s obmedzenou šírkou pásma. Používa sa naozvučenie veľkých hál a voľného priestranstva. Tento menič zvyčajne nemá cievku. Je to jedna z najlacnejších variánt vysokotónového reproduktora.
- pruhový - Kvalitný reproduktor s veľmi tenkou hliníkovou membránou a pozdĺžnou cievkou vyrobenou nanášaním hliníkovej pary, čo spôsobuje veľmi silné magnetické pole.
- elektrostatický - Vysokokvalitný reproduktor s veľmi tenkou membránou zloženou z plastovej blany pokrytej vodivým materiálom umiestnenou medzi dvoma vodivými mriežkami. Je napájaný vysokonapäťovým zdrojom.
Kombinovaný reproduktor
Ide o reproduktor prehrávajúci viacero rozličných zvukových pásem, avšak nie celé počuteľné pásmo. Zvyčajne sa v Hi-fi sústavách používa stredobasový reproduktor, ktorý prehráva približne 80-4000Hz. Vo výkonných PA systémoch (Public Address) používaných pre ozvučenie voľného priestranstva a veľkých hudobných sál sa často používa stredovýškový reproduktor hrajúci zhruba 4-20kHz.
Špeciálny reproduktor
Takto sa označujú reproduktory nepoužívané pre obyčajné počúvanie hudby. Jedná sa napríklad o vysokocitlivé reproduktory používané ako sirény, alarmy a výstražné zariadenia.