เล็กๆน้อยๆเอามาฝาก :em01: :em01:
หลักการทำงานของลำโพง
เสียงเป็นคลื่นตามยาว เสียงแหลมและทุ้มขึ้นกับความถี่ ส่วนสียงดังหรือค่อยขึ้นอยู่กับขนาดแอมพลิจูดของคลื่นนั้น เราทราบกันดีอยู่แล้วว่า ไมโครโฟนมีหน้าที่แปลงสัญญาณเสียงให้เป็นสัญญาณทางไฟฟ้า และนำสัญญาณที่ได้ไปบันทึกลงบนเทปคาสเซ็ท แผ่น CD หรือเครื่องเล่น MP3 ซึ่งกำลังฮิตกันอยู่ในปัจจุบัน เมื่อเราต้องการจะนำเสียงที่บันทึกกลับออกมา ภายในเครื่องเล่นเหล่านี้จะมีหัวอ่านคอยอ่านสัญญาณทางไฟฟ้าที่บันทึกอยู่ในเนื้อเทป ซึ่งในขณะที่อ่านยังเป็นสัญญาณที่อ่อนมาก จึงต้องนำเข้าเครื่องขยายสัญญาณก่อน เมื่อได้สัญญาณที่แรงพอแล้วจึงขับออกทางลำโพง กลายเป็นเสียงออกมา
ส่วนสำคัญที่สุดของเครื่องเล่นเหล่านี้ก็คือลำโพง โดยหน้าที่สำคัญสุดของลำโพงคือ เปลี่ยนสัญญาณทางไฟฟ้าที่ได้มาจากเครื่องขยายเป็นสัญญาณเสียง ลำโพงที่ดีจะต้องสร้างเสียงให้เหมือนกับต้นฉบับเดิมมากที่สุด โดยมีการผิดเพี้ยนน้อยที่สุด
ลำโพงที่เห็นขายกันอยู่ทั่วๆไป ภายในประกอบด้วย
กรวยหรือไดอะแฟรม ทำด้วยกระดาษแข็งหรือแผ่นพลาสติก หรือจะทำด้วยแผ่นโลหะบางๆ ก็ได้
ขอบยึด (suspension หรือ surround ) เป็นขอบของไดอะแฟรม มีความยืดหยุ่น ติดอยู่กับเฟรม สามารถเคลื่อนที่ขึ้นและลงได้ในระดับหนึ่ง
เฟรมหรือบางทีเรียกว่า บาสเก็ต (basket)
ยอดของกรวยติดอยู่กับคอยส์เสียง( Voice coil )
คอยส์เสียงจะยึดอยู่กับ สไปเดอร์ (Spider) มีลักษณะเป็นแผ่นวงกลมเหมือนแหวน สไปเดอร์จะยึดคอยส์เสียงให้อยู่ในตำแหน่งเดิม และทำหน้าที่ เหมือนกับสปริง โดยจะสั่นสะเทือน เมื่อมีสัญญาณไฟฟ้าเข้ามา
การทำงานของคอยส์เสียงใช้หลักการของแม่เหล็กไฟฟ้า โดยได้จากกฎของแอมแปร์ เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเข้าไปในขดลวดหรือคอยส์ ภายในคอยส์จะเกิดสนามแม่เหล็กขึ้น ซึ่งจะเหนี่ยวนำให้แท่งเหล็กที่สอดอยู่เป็นแม่เหล็กไฟฟ้า ปกติแม่เหล็กจะมีขั้วเหนือและขั้วใต้ ถ้านำแม่เหล็กสองแท่งมาอยู่ใกล้ๆกัน โดยนำขั้วเดียวกันมาชิดกันมันจะผลักกัน แต่ถ้าต่างขั้วกันมันจะดูดกัน ด้วยหลักการพื้นฐานนี้ จึงติดแม่เหล็กถาวรล้อมคอยส์เสียงและแท่งเหล็กไว้ เมื่อมีสัญญาณทางไฟฟ้าหรือสัญญาณเสียงที่เป็นไฟฟ้ากระแสสลับป้อนสัญญาณให้กับคอยส์เสียง ขั้วแม่เหล็กภายในคอยส์เสียงจะเปลี่ยนทิศทางตามสัญญาณสลับที่เข้ามา ทำให้คอยส์เสียงขยับขึ้นและลง ซึ่งจะทำให้ใบลำโพงขยับเคลื่อนที่ขึ้นและลงด้วย ไปกระแทกกับอากาศ เกิดเป็นคลื่นเสียงขึ้น ถ้าเป็นเครื่องเสียงระบบโมโน ลำโพงจะมีอันเดียว แต่สำหรับเครื่องเสียงที่เป็นระบบเสตอริโอ ลำโพงจะมี 2 ข้าง คือข้างซ้าย และข้างขวา
เครื่องขยายเสียงทุกประเภท จะต่อเข้ากับสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งกระแสไฟฟ้ามีการเคลื่อนที่สลับทิศทางอยู่ตลอดเวลา แต่ก่อนที่จะป้อนเข้าลำโพง สัญญาณที่อ่านได้จากเทปแม่เหล็ก แผ่นซีดี หรือ เครื่อง MP3 จะต้องได้รับการขยายสัญญาณให้แรงขึ้นก่อน จึงจะสามารถขับออกทางลำโพงได้
ใบลำโพงทำด้วยกรวยกระดาษ ติดอยู่กับคอยส์เสียง เมื่อคอยส์เสียงสั่นขึ้นและลงตามสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับ มันจะทำให้ใบลำโพงสั่นขึ้นลงด้วย ใบลำโพงจะติดอยู่บนสไปเดอร์ ที่ทำหน้าที่เหมือนสปริง คอยดึงใบลำโพงที่สั่นสะเทือนให้กลับเข้าสู่ตำแหน่งเดิมเสมอ เมื่อไม่มีสัญญาณไฟฟ้าป้อนเข้าลำโพง
ถ้าไม่เห็นภาพการทำงานของลำโพงให้ดาวโลด shockwave ก่อน
ถ้ามีสํญญาณไฟฟ้ากระแสสลับป้อนเข้าไปในคอยส์เสียง ทิศทางของกระแสไฟฟ้าจะกลับทิศทางอยู่ตลอดเวลา (สังเกตที่เครื่องหมาย + และ - จะเห็นว่ากลับทิศทางตลอดเวลาด้วย) และทำให้แผ่นลำโพงสั่นเคลื่อนที่ขึ้นและลง อัดอากาศด้านหน้าเกิดคลื่นเสียงขึ้น สัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับที่ใส่ให้กับลำโพง จะแปรตามความถี่และแอมพลิจูด ซึ่งเป็นสัญญาณเดียวกันกับสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับที่ได้จากไมโครโฟน แต่ว่าสัญญาณที่ได้ในครั้งแรก ยังอ่อนมากจึงต้องผ่านเครื่องขยายก่อน จึงจะป้อนเข้าลำโพงได้ ใบลำโพงจะสั่นเร็วหรือช้าขี้นอยู่กับความถี่ และเสียงจะดังหรือค่อยขึ้นอยู่กับแอมพลิจูดของสัญญาณไฟฟ้า ขนาดของลกำโพงมีความสำคัญมาก ไม่ใช่ว่าลำโพงตัวเดียวสามารถจะให้ความถี่ได้ออกมาทุกๆความถี่ ถ้าต้องการให้เหมือนกับเสียงธรรมชาติมากที่สุด ลำโพงจะต้องมีหลายขนาด เราจะแบ่งลำโพงโดยใช้ความถี่ออกเป็น 3 ประเภท ดังนี้
วูฟเฟอร์ (Woofers)
ทวีทเตอร์ (Tweeters)
มิดเรนส์ (Midrange)
วูฟเฟอร์ เป็นลำโพงที่มีขนาดใหญ่สุด ออกแบบมาเพื่อให้เสียงที่มีความถี่ต่ำ
ทวีทเตอร์ เป็นลำโพงที่มีขนาดเล็กสุด ออกแบบมาเพื่อให้เสียงที่มีความถี่สูง
มิดเรนส์ เป็นลำโพงขนาดกลาง ถูกออกแบบมาเพื่อให้เสียงในช่วงความถี่กลางๆ คือไม่สูงหรือไม่ต่ำ
ลำโพงทวีทเตอร์ เป็นลำโพงที่มีความถี่สูง แผ่นลำโพงมีขนาดเล็กและค่อนข้างแข็ง จึงสามารถสั่นด้วยความเร็วที่สูง ส่วนลำโพงแบบวูฟเฟอร์ แผ่นลำโพงจะมีขนาดใหญ่ และค่อนข้างนิ่ม จึงสั่นด้วยความเร็วต่ำ เพราะมีมวลมาก อย่างไรก็ตามเสียงทั่วไป มีความถี่กว้าง คือ มีความถี่จากสูงถึงต่ำ ซึ่งเราจะเรียกว่า มีความถี่ช่วงกว้าง ถ้าเรามีแต่ลำโพงทวีทเตอร์ และวูฟเฟอร์ เราจะได้เสียงอยู่ในย่านความถี่สูงกับต่ำเท่านั้น ความถี่ในช่วงกลางจะหายไป เพื่อจะให้คุณภาพของเสียงออกมาทุกช่วงความถี่ จึงจำเป็นจะต้องมีลำโพงมิดเรนส์ด้วย ภายในตู้ลำโพงตู้หนึ่ง จึงมักจะเห็นลำโพงทั้งสามชนิดประกอบเข้าด้วยกัน
สำหรับลำโพงแบบทวีทเตอร์ เครื่องขยายเสียงจะส่งความถี่สูงให้ ลำโพงวูฟเฟอร์ จะส่งความถี่ต่ำ ส่วนความถี่ในช่วงที่เหลือเป็นของลำโพงแบบมิดเรนส์ ถ้าลองถอดฝาตู้ด้านหลังออก เราจะได้เห็น อุปกรณ์ชิ้นหนึ่งเรียกว่า ครอสโอเวอร์ (Cross over) อุปกรณ์ตัวนี้เป็นตัวแยกสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับให้ออกเป็น 3 ส่วน คือ ส่วนความถี่สูง ความถี่ต่ำ และความถี่ขนาดกลาง
ครอสโอเวอร์แยกออกเป็น 2 แบบ คือ แบบ พาสซีพ (Passive) และ แบบแอคทีฟ (active) ครอสโอเวอร์แบบแอคทีฟ ไม่ต้องมีแหล่งจ่ายไฟ แต่ใช้พลังงานจากสํญญาณเสียงแทน หลักการพื้นฐานของครอสโอเวอร์นั้นประกอบขึ้นด้วย ตัวต้านทาน ตัวเหนี่ยวนำ และ ตัวเก็บประจุ ต่อขึ้นเป็นวงจรไฟฟ้า ทั้งตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำจะเป็นตัวนำที่ดีภายใต้เงื่อนไขบางประการ ยกตัวอย่างเช่น ตัวเก็บประจุจะยอมให้ความถี่สูงที่เกินกว่าค่าที่กำหนดผ่านไปได้ แต่ถ้าเป็นความถี่ต่ำกว่าค่าที่กำหนดมันจะไม่ยอมให้ผ่านไป ส่วนตัวเหนี่ยวนำจะทำหน้าที่แตกต่างกัน คือจะเป็นตัวนำที่ดีเมื่อความถี่ต่ำ คือมันจะยอมให้ความถี่ต่ำกว่าค่าที่กำหนดผ่านไปได้ และจะไม่ยอมให้ความถี่สูงกว่าค่าที่กำหนดผ่านไป
สัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับที่ผ่านการขยายมาแล้ว จะถูกส่งผ่านไปยังครอสโอเวอร์แบบพาสซีฟ โดยเราจะต่อตัวเก็บประจุไว้ก่อนที่จะเข้าทวีทเตอร์ เพราะจะยอมให้แต่ความถี่สูงผ่านไปได้เท่านั้น ตัวเหนี่ยวนำจะต่อไว้ก่อนจะเข้าวูฟเฟอร์ ส่วนลำโพงมิดเรนส์ จะต่ออยู่กับ ตัวเก็บประจุ และตัวเหนี่ยวนำ โดยต่อเป็นวงจรไฟฟ้า เรียกว่า วงจร L-C และเลือกค่าให้เหมาะสม เพื่อให้ความถี่ในช่วงกลางสามารถผ่านไปได้
ครอสโอเวอร์แบบแอคทีฟ เป็นอุปกรณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์เหมือนกับครอสโอเวอร์แบบพาสซีฟ แต่ว่าออกแบบซับซ้อนกว่า จึงต้องมีแหล่งจ่ายไฟป้อนพลังงานให้ ครอสโอเวอร์แบบนี้จะแยกความถี่ออกก่อนที่จะเข้าเครื่องขยายเสียง ดังนั้นจึงต้องมีเครื่องขยาย 3 อัน แต่ละอันขยายความถี่ในช่วงที่แตกต่างกัน จึงเป็นข้อเสียที่สำคัญประการหนึ่ง แต่มีข้อดีมากเมื่อเทียบกับแบบพาสซีฟ และเป็นสิ่งที่เครื่องเสียงราคาเป็นแสนขาดเสียไม่ได้คือ คุณสามารถปรับแต่งความถี่ทุกๆช่วงได้ อย่างไรก็ตามมันมีราคาค่อนข้างแพงจึงใช้กับเครื่องเสียงราคาสูงเสียมากกว่า
ต่อไปที่จะกล่าวถึงและมีความสำคัญไม่น้อยกว่าครอสโอเวอร์ สิ่งนั้นก็คือตู้ลำโพง เพราะถ้าไม่มีตู้ลำโพง เสียงอันไพเราะของคุณอาจจะออกมาเหมือนกับเสียงเป็ดก็ได้ ถึงแม้ลำโพงของคุณจะดีเลิศปานใดก็ตาม
ลำโพง กับครอสโอเวอร์ ทั้งหมดบรรจุลงไปในตู้ ซึ่งออกแบบมาเฉพาะ เราจะเรียกว่า ตู้ลำโพง ตู้นี้มีหน้าที่หลายอย่าง แต่หน้าที่หลักของมันก็คือ บรรจุลำโพงไว้นั่นเอง และทำให้ลำโพงอยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสม เพื่อจะให้เสียงที่ได้ออกมาดีที่สุด โดยทั่วไปตู้ลำโพงจะทำด้วยไม้ เพราะสามารถดูดกลืนการสั่นสะเทือนของเสียงได้เป็นอย่างดี ถ้าคุณไม่เชื่อก็ให้คุณนำลำโพง ไปวางไว้บนโต๊ะ และลองเปิดเครื่องเสียง ให้จับโต๊ คุณจะสัมผัสได้ว่า โต๊ะมีการสั่นสะเทือน
ข้อสำคัญประการหนึ่งก็คือ พลังงานของคลื่นเสียงที่ส่งออกไปทางด้านหน้าของลำโพง จะสะท้อนกลับหลังด้วยพลังงานที่เท่ากัน ตามหลักการอนุรักษ์โมเมนตัม พลังงานที่สะท้อนกลับมานี้ตู้ลำโพงจะต้องดูดกลืนให้หมด ไม่เช่นนั้นมันจะเปลี่ยนเป็นพลังงานการสั่นสะเทือนแทน
ตู้ลำโพงแบบชีลด์ (sealed) เป็นตู้ที่ปิดมิดชิด เจาะรูไว้ 3 รู 3 ขนาด มีไว้ใส่ ทวีทเตอร์ วูฟเฟอร์ และมิดเรนส์ ตู้ลำโพงแบบนี้ บางทีเรียกว่า อาคูติกสัทสเปนชั่น (acoutic suspention nclosure) เนื่องจากมันปิดมิดชิด อากาศจึงไม่สามารถไหลเข้าออกได้ นั่นก็หมายความว่า ขณะที่คลื่นเสียงพุ่งออกมาทางด้านหน้า ทางด้านหลังของลำโพงก็จะมีพลังงานของคลื่นเสียงพุ่งถอยหลังกลับเข้าไปในตู้ แน่ละในเมื่อไม่มีอากาศไหลออก ความดันภายในตู้จะเกิดการเปลี่ยนแปลง ในกรณีที่แผ่นของลำโพงกำลังพุ่งเข้า ความดันภายในตู้จะเพิ่มขึ้น และจะลดลงเมื่อแผ่นลำโพงพุ่งออก ฉะนั้น การพุ่งเข้าและออกของแผ่นลำโพง จะทำให้ความดันภายในและภายนอกลำโพงเกิดความแตกต่างกันได้
ตู้ลำโพงแบบชีลด์ มีข้อเสียประการหนึ่ง คือมีประสิทธิภาพต่ำ เพราะเครื่องขยายเสียงจะต้องสูญเสียพลังงานส่วนหนึ่งไปกับความดันอากาศนี้ มีการแก้ไขเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ โดยการเจาะรูเล็กๆ บนด้านหน้าของตู้ลำโพง เพื่อให้อากาศไหลเข้าและออกได้ ลำโพงแบบนี้เรียกว่า Bass reflex เสียงที่เกิดจากลำโพงแบบนี้มี 2 เสียง เสียงแรกเป็นเสียงทุ้มที่เกิดจากรูที่เจาะ เสียงที่สองมาจากลำโพงตามปกติ แต่ว่าข้อเสียของลำโพงแบบนี้ก็มีเหมือนกัน คือความดันภายในกับภายนอกตู้เท่ากัน จึงไม่มีแรงดันของอากาศช่วยดันใบลำโพงกลับมาที่เดิม ดังนั้นเสียงที่ได้จึงควบคุมได้ยาก จึงทำให้เสียงเพี้ยนไปได้ง่าย
การออกแบบลำโพงในปัจจุบัน มีความหลากหลายและพิศดารขึ้นเรื่อยๆ แต่ทั้งนี้ทั้งนั้น สามารถอธิบายด้วยหลักการทางฟิสิกส์ทั้งสิ้น ดังตัวอย่างเช่น ระบบลำโพงคู่ (Dipole passive radiator nclosure) คือ อาศัยแรงชับดันจากลำโพงเพียงตัวเเดียว ไปทำให้ลำโพงอีกตัวหนึ่งเกิดเสียงขึ้นด้วย พูดง่ายก็คือ ขับลำโพงเพียงตัวเดียว อีกตัวที่เหลือ มันขับได้ด้วยตัวของมันเอง ระบบนี้จึงมีประสิทธิภาพมาก และให้เสียงได้ออกทุกทิศทุกทาง โดยลำโพงแบบแอคทีฟ (ลำโพงที่ต้องใช้สัญญาณไฟฟ้าขับ) จะให้เสียงออกทางด้านหน้า ส่วนลำโพงแบบพาสซีพ( ลำโพงที่ไม่ต้องใช้สัญญาณขับ) จะให้เสียงออกทางด้านหลัง โดยอาศัยความดันอากาศที่เกิดจากลำโพงตัวแรก
ส่วนใหญ่ลำโพงที่เราเห็นกันทั่วไป เป็นลำโพงรูปร่างคลาสสิกอย่างที่เสนอไปแล้ว แต่ยังมีลำโพงแบบอื่นๆที่รูปร่างค่อนข้างแปลกมีขายอยู่ในท้องตลาด และราคาก็ไม่แพงสามารถซื้อหากันได้
มีลำโพงอยู่ชนิดหนึ่งที่อยากจะแนะนำ มีลักษณะแบนเหมือนแผ่นกระดาษ เราเรียกลำโพงแบบนี้ว่า Electrostatic speaker เป็นลำโพงที่อาศัยหลักการของสนามไฟฟ้าสถิต ภายในประกอบด้วยแผ่นลำโพงหรือแผ่นไดอะแฟรมที่มีลักษณะเป็นแผ่นแบน สอดอยู่ระหว่างแผ่นตัวนำ 2 แผ่น แผ่นตัวนำนี้จะได้รับการชาร์จประจุไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายไฟภายนอก โดยมีแผ่นหนึ่งเป็นประจุบวก และอีกแผ่นหนึ่งเป็นประจุลบ เกิดสนามไฟฟ้าวิ่งจากแผ่นประจุบวกไปที่แผ่นประจุลบ เมื่อมีสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับส่งไปที่แผ่นลำโพง ขณะที่แผ่นลำโพงมีประจุเป็นบวก แผ่นลำโพงจะวิ่งเข้าหาแผ่นตัวนำที่มีประจุเป็นลบ และเมื่อแผ่นลำโพงมีประจุเป็นลบ มันจะวิ่งเข้าหาแผ่นตัวนำที่มีประจุเป็นบวก แผ่นลำโพงจึงสั่นไปมาและผลักอากาศด้านหน้าเกิดเป็นคลื่นเสียงขึ้น
เนื่องจากแผ่นลำโพงหรือแผ่นไดอะแฟรมแบบนี้ มีลักษณะบางและเบามาก จึงสั่นได้ดีที่ความถี่สูง ถ้าผู้ฟังต้องการเสียงทุ้มจึงต้องมีลำโพงแบบวูฟเฟอร์เพิ่ม แล้วลำโพงแบบนี้จะต้องเสียบปลั๊กไฟเพื่อนำไฟไปเลี้ยงแผ่นประจุทั้งสอง โดยปกติผู้ใช้จึงต้องยกหม้อแปลงตามไปด้วย ค่อนข้างเกะกะอยู่เหมือนกัน มีลำโพงที่ประยุกต์ไปจากลำโพงแบบสนามไฟฟ้าสถิต โดยเปลี่ยนจากสนามไฟฟ้าเป็นสนามแม่เหล็กแทน ซึ่งเราเรียกลำโพงแบบนี้ว่า Planar magnetic speaker สำหรับลำโพงแบบนี้ แผ่นลำโพงจะเปลี่ยนเป็นแผ่นโลหะแทน ส่วนหลักการอื่นเหมือนกันแทบทุกประการ
ลำโพงเป็นอุปกรณ์ที่สำคัญยิ่งสำหรับเทคโนโลยีสารสนเทศ คุณจะดูโทรทัศน์ เล่นคอมพิวเตอร์ ล้วนต้องมีลำโพงเป็นส่วนประกอบแทบทั้งสิ้น แต่จะมีใครสักกี่คนที่เข้าใจหลักการทำงานของมันอย่างท่องแท้ หูฟังที่พวกเราใช้กัน ไม่ว่าจะเป็นซาวเบาส์ หรือมือถือ ล้วนใช้หลักการเดียวกันกับลำโพงทั้งสิ้น ดังนั้นเราสามารถกล่าวได้ว่า ลำโพงเป็นสิ่งที่คู่กับอารยธรรมสมัยใหม่คงไม่ผิดอะไรนัก
ตามนั้น ค่ะ
