Hoe werkt een luidspreker?
In deze blog leggen wij uit hoe een luidspreker werkt
De luidsprekerbox
Vaak wordt een kast met daarin een of meer luidsprekers zonder meer aangeduid als luidspreker. Dit is feitelijk niet juist, de luidspreker is enkel het geluid voortbrengende onderdeel daarin, een kast met een of meer luidsprekers daarin noemen we luidsprekerbox, speakerbox of weergever.
Wanneer we dus spreken over een luidspreker bedoelen we het onderdeel dat het signaal van uw versterker omzet in hoorbaar geluid.
De luidspreker is voor mij altijd wel het meest fascinerende onderdeel in de elektronica geweest. Maar hoe werkt zo’n luidspreker nu eigenlijk? Heeft u zich dat wel eens afgevraagd?
Een conus, een magneet, een spoel en een heleboel trillingen
Een luidspreker is een meestal min of meer trechtervormig metalen frame met aan de voorzijde een ronde schotel van papier of kunststof (de conus). Aan de achterzijde bevindt zich een sterke permanente magneet.
Vast aan de conus zit dan nog een spoel, de spreekspoel genoemd. Deze is meestal gewikkeld van dun koperdraad. Deze spreekspoel bevindt zich in een cirkelvormige luchtspleet binnen de invloed van de magneet. Op de beide uiteinden van de spoel wordt het uitgangssignaal van de versterker aangesloten. Doordat dit signaal wisselend van sterkte is zal er ook een wisselend magnetisch veld rondom de spreekspoel worden opgewekt waardoor deze in het ritme van dit wisselende veld zal gaan trillen en dus ook de conus mee zal laten trillen. De conus brengt vervolgens de lucht in trilling en er ontstaan geluidsgolven die zich in de lucht voortplanten. Geluidsgolven zijn vergelijkbaar met de kringen die ontstaan wanneer men een steentje in een vijver werpt.
Wanneer de luchttrillingen ons oor bereiken brengen zij ons trommelvlies in trilling. Het trommelvlies zet deze trillingen weer om in signaaltjes naar onze hersenen. Deze sensatie ervaren wij als geluid.
Verschillende soorten luidsprekers
Bovenstaande beschrijft in het kort de werking van een luidspreker. Nu zijn er allerlei soorten luidsprekers in nog meer soorten behuizingen. Dat zijn allemaal mogelijkheden om het voortgebrachte geluid te beïnvloeden, anders of beter te laten klinken, een andere klankkleur te geven of bijvoorbeeld de hoge of juist de lage tonen te benadrukken. Hierbij speelt de persoonlijke smaak een grote rol.
Ook zijn er luidsprekers die op een andere wijze werken dan door middel van een conus, spoel en magneet. We noemen bijvoorbeeld de zogenaamde “elektrostaten” of “elektrostatische luidpsrekers” die werken met een metaalfilm en de piëzo-weergevers (keramische luidspreker), de zogenaamde “beepers”. Daar gaan we in deze blog niet verder op in.
De ene luidspreker is de andere niet
Hoge tonen, midden tonen en lage tonen
Wat zijn nu de verschillen tussen al die luidsprekers? Luidsprekers kunnen veel van elkaar verschillen, qua uitvoering, formaat, elektrische eigenschappen en prestaties. Zo zijn er bijvoorbeeld luidsprekers met kleine conussen, speciaal geschikt voor de hoge tonen, de “tweeters”. Hun conus(je) moet heel snel heen en weer kunnen bewegen. Hetgeen de wat grote logge conus van bijvoorbeeld een basluidspreker veel minder goed kan. Voor de middentonen zijn er ook aparte luidsprekers, deze zogeheten “squawkers” of in gewoon Hollands “middentoners” nemen het grootste deel van het voor de mens hoorbare frequentiespectrum voor hun rekening.
Tenslotte is er de al genoemde basluidspreker, de “woofer”. Deze is het grootst van afmeting met een grote magneet en een stevige conus. Later is hier dan nog de zogenaamde “sub-woofer” bijgekomen, deze is speciaal ontworpen voor de heel lage tonen. Wanneer, om deze bassen nog beter te kunnen weergeven, de sub-woofer nog met een extra versterker is uitgerust, spreken we van een “actieve sub-woofer”.
Aparte categorie: de gitaarversterker
Maar dan zijn we er nog niet want een speciale categorie zijn de gitaarluidsprekers. Deze zijn zeer robuust uitgevoerd met heel stugge conussen voorzien van sterke rubberen randen. De aanslag van een snaar op een elektrische gitaar resulteert in een plotselinge en hevige uitslag van de conus. Een normale luidspreker is daar niet goed tegen bestand, een gescheurde conus is het resultaat. Ook wordt op de podia met veel hogere vermogens gewerkt, duizenden watts zijn geen uitzondering, hetgeen om heel andere luidsprekers vraagt. Deze luidsprekers zijn dan ook veel groter in omvang en voorzien van veel zwaardere magneten.
Kun je nu zomaar alle luidsprekers/speakerboxen op elke versterker aansluiten?
Het antwoord is: nee, je moet eerst even op een paar dingen letten:
1. Kan de luidspreker het maximale vermogen van de versterker wel verwerken?
2. Is de “impedantie” van de luidspreker passend voor de versterker?
Vermogen en impedantie? Dat vraagt om meer uitleg!
We hebben vast allemaal wel eens gehoord over het vermogen van een versterker, dat ligt meestal tussen de 10 en 100 Watt voor huiskamergebruik. Overigens is twee maal 10 Watt vaak al ruim voldoende voor in de huiskamer maar meestal produceren de moderne versterkers ruimschoots meer. “Twee maal” want bij stereo-versterkers rekenen we het vermogen dus per kanaal, per speakerbox. Nu is het zo dat de luidspreker dit vermogen moet kunnen “verdragen”. Vrijwel altijd is op de luidspreker het maximum vermogen dat deze toegevoerd mag krijgen vermeld. Dit mag niet lager zijn dan het vermogen dat de versterker kan produceren. Is dit wel het geval dan loopt er een te grote stroom door de spreekspoel van de luidspreker en kan deze verbranden. Daarna zal de speaker zwijgen… Daar moeten we dus goed op letten als we verschillende apparaten op elkaar willen aansluiten.
Andersom kan het wel, bijvoorbeeld als de versterker 20 Watt geeft en de luidspreker tot 50 Watt belast mag worden. Als de impedantie (zie hiervoor de onderstaande uitleg) wel klopt kan dit in principe geen kwaad. Wel is het zo dat de luidspreker in zo een geval niet goed tot zijn recht komt, omdat deze een bepaald vermogen (hoeveelheid stroom) vraagt om goed te presteren; schade zal het echter niet opleveren.
Dan de impedantie
Nu wordt het een beetje ingewikkelder, de impedantie is namelijk de “wisselstroomweerstand” van de luidspreker. Die wisselstroomweerstand bepaalt of de stroom uit de versterker er gemakkelijk, bij een lage impedantie, of juist moeilijker, bij een hoge impedantie door de luidspreker kan vloeien. De impedantie wordt aangegeven in Ohms. Vaak is de impedantie 8 Ohm, soms ook 4 Ohm.
Er zijn echter ook luidsprekers van 100, 400 en van 800 Ohm. Als het goed is staat ook dat op de luidspreker of de box vermeld door middel van een opdruk of etiket.
Impedantie meten
Opmeten met een ohm- of multimeter heeft niet veel zin want de impedantie is frequentie-afhankelijk. Dat wil zeggen deze enkel geld bij een bepaalde frequentie. Om de impedantie daadwerkelijk te kunnen opmeten bij een onbekende luidspreker is dus een meetopstelling met onder andere een signaalgenerator nodig of een impedantiemeter. Maar u hoeft zich daar niet echt in te verdiepen want in 99% van de gevallen staat de impedantie gewoon op de luidspreker vermeld. Ook op uw versterker of receiver staat de impedantie vermeld. Is dat om een of andere reden niet het geval, zoek het dan op in de handleiding van het toestel onder specificaties, of download een handleiding of user manual via internet. Veelal zijn deze kosteloos beschikbaar op de website van de fabrikanten.
Impedantie van versterker en luidspreker op elkaar aanpassen
De impedanties van luidspreker en versterker moeten overeenstemmen, dit noemen we ook wel: aan elkaar aangepast zijn. Is dit niet het geval dan kunt u beter de luidspreker niet aansluiten. U riskeert ofwel een verbrande luidspreker, of u blaast de eindtrap van de versterker op!
Waarom gebeurt dat? Als u een luidspreker met een lagere impedantie dan de versterker aangeeft aansluit dan gaat er door de mis-aanpassing een grotere stroom door de luidspreker lopen dan de maximum toegestane, met als gevolg dat de spreekspoel zal kunnen doorbranden.
Andersom, als u een luidspreker met een hogere impedantie dan de versterker vraagt aansluit dan is de weerstand van de luidspreker als het ware te hoog en kan de versterker zijn energie niet kwijt. U loopt het risico dat u daarmee de uitgangstrap van uw versterker opblaast.
Niet doen dus, versterker en luidspreker moeten aan elkaar aangepast zijn, dan gaat het goed.
Hoe klinkt een luidspreker?
Luidspreker in een kast
Om te beginnen kun je de weergave van een luidspreker vrijwel niet beoordelen zonder dat deze in een kast of behuizing is geplaatst. We moeten namelijk voorkomen dat de naar voren gaande geluidsgolven om de luidspreker heen bewegen en zo de conus aan de achterzijde weer raken.
De conus zou hierdoor eveneens in trilling geraken en daarmee ongewenste bijgeluiden gaan produceren, hetgeen we natuurlijk willen voorkomen. Dus moeten we een barrière daarvoor opwerpen. Dit lukt prima door de luidspreker op een grote houten plaat, met daarin een gat gemaakt voor de conus, te schroeven.
Het klankbord
Die plaat, die we voortaan klankbord zullen noemen, zou dan wel heel grote afmetingen moeten hebben om te voorkomen dat de geluidsgolven er niet alsnog omheen zullen gaan… Niet praktisch dus. Maar de oplossing is simpel, we plaatsen de luidspreker in een aan alle zijden gesloten kast, waarmee we dus als het ware een oneindig groot klankbord hebben verkregen. Er kunnen nu geen geluidsgolven meer bij de luidsprekerconus komen. We noemen deze oplossing een “akoestische box”. Om het resultaat nog wat te verbeteren worden deze boxen vaak volgestopt met geluiddempende materialen. Dit geldt uiteraard enkel voor boxen welke gebruikt worden in muziekinstallaties, bij gewone toestellen zoals kleine radio-ontvangers is het allemaal niet zo kritisch natuurlijk. We zien daarbij de luidspreker meestal in een kunststof kastje samengevoegd met de elektronica van de ontvanger en eventueel de batterijen. Ook in de moderne televisies en computermonitoren zitten de luidsprekers vaak in piepkleine en smalle ruimtes verborgen.
Naast de akoestische box bestaan er nog meer mogelijkheden qua behuizing. We kennen dan nog de “basreflexkast” en de inmiddels zeldzaam geworden “Karlsson” kast. Op deze specifieke luidsprekerbehuizingen zullen we in een later blog dieper ingaan.
Neem contact op
Laat ons weten hoe wij u van dienst kunnen zijn. U kunt ons altijd vrijblijvend contacteren voor informatie omtrent reparatie mogelijkheden.
