مبانی آکوستیک
بلندگوها
بخش چهارم بلندگوی مخروطی نمونه. اکنون خصوصیتهای يك بلندگوی مخروطی نمونه را برای مقایسه با بلندگوهای ایده آل پیستون مانند در نظر میگیریم. به علت انعطاف پذیری سطح تابنده بلندگوی مخروطی، الگوی راستاهای مختلف انتشار پرتوهای صوتی آن قدری وسیعتر از آن است که برای بلندگوی پیستونی با شعاع a بوسیله معادله 7.54 به دست می آمد. این خاصیت به واسطه محدود بودن سرعت موج های ارتعاش عرضی در مخروط است که سبب می شود حرکت قسمتهای محیطی مخروط نسبت به حركت پيچك صوتی و قسمت مرکزی مخروط عقب بیفتند. وقتی زاویه مخروط بزرگتر شود خاصیت و استادار بودن پرتوهای انتشار یافته از بلندگو کم می شود؛ یعنی این خاصیت در زاویه های بزرگتر کمتر از وقتی است که زاویه کوچك باشد . علت این است که در حالت نخست سختی مؤثر سطح بلندگو کمتر است. سرانجام، در فرکانسهای بالاتر از فرکانس اصلی رزونانس مربوط به سطح مخروط، سخت نبودن آن سبب می گردد که قسمتهای مختلفش با فاز مخالف به ارتعاش در آيند؛ مانند آنچه درباره صفحه مرتعش دایره ای تخت در بخش 4.12 دیده ایم. در نتیجه شعاع مؤثر مخروط با زیاد شدن فرکانس کم می شود، و این برطبق معادله 7.54 سبب وسعت الگوی صدای منتشر شده از بلندگو می گردد. دومین اثری که در کم کردن شعاع مؤثر مخروط پیدا می شود عبارت است از کم شدن مقاومت تابشی 
، که بر طبق معادله 7.79 متناسب است با مربع شعاع. تنها این کاهش مقاومت تابشی سبب کم شدن مقدار باز داده آکوستیکی در فرکانسهای زیاد می گردد. با وجود این تا حدودی این کاهش بر اثر کم شدن جرم مؤثر متعلق به مخروط جبران می گردد. بلندگوی ساده مخروطی شکل 10.9 مشتمل است بر پیچك صوتی به جرم 
که متصل گشته است به مخروطی از کاغذ سخت پوشیده از نمد به جرم mp که شعاع حلقه بیرونی آن a و شیب آن 
است. زاویه مخروط از رابطه زیر به دست می آید 
سختی دستگاه از دوطريق تأمین شده است، یکی بوسیله ک که سختی چینهای مربوط به حلقه بیرونی مخروط است، و دیگری بوسیله 
که متعلق است به سختی قرص وسطی متصل به پیچک صوتی. در فرکانسهای کم که برای انتقال حرکت مرکز مخروط و رسیدن آن به حلقه بیرونی وقت کوتاهی نسبت به پریود ارتعاش لازم است می توان فرض کرد که مخروط ما نند سطح سختی ارتعاش می کند. طريق تشعشع آن در این حالت مشابه است، با تشعشع پیستونی به جرم 
، به سختی 
دارد، و شعاع a سرعت انتشار موج های ارتعاشهای عرضی در مخروط كاغذی عموما تابع كلفتی، سختی، و زاویه مخروط و همچنین تابع فرکانس وارد بر آن است. با وجود این در مخروطهایی که معمولا در تجارت به کار می روند سرعت مشاهده شده در حدود 500 متر بر ثانیه است. در نتیجه برای رسیدن هر نوع آشفتگی و حرکتی از پايين به حلقه بیرونی مخروطی به زاویه ° 120 که 1-0 متر شعاع آن باشد زمانی در حدود 400/1 ثانیه بیشتر لازم نیست، و بنابراین می توان بطور معقولی فرض کرد که در فرکانس کمتر از 500 سیکل بر ثانیه مخروط به شكل يك واحد يكپارچه حرکت می کند. در فرکانسهای بالا، دیگر مخروط به صورت یکپارچه ارتعاش نمی کند، بلکه ارتعاش آن در منطقه های جداگانه ای که بوسیله دایره های گره ی از یکدیگر جدا می گردند انجام می پذیرد. دامنه ارتعاش در منطقه بیرونی نسبتا کوچک است، چنانکه با تقريب اول می توان پنداشت که ارتعاشها فقط از قسمت مرکزی به شعاع ‘a و به جرم 
که رفته رفته با زیادشدن فرکانس کم می شود منتشر می گردند. این کاهش که در شعاع مؤثر مخروط صورت می گیرد سبب می شود ایستادگی مؤثر به تشعشع یعنی تقريبا متناسب با کسر 
تقلیل یابد. چون این دستگاه در فرکانسهای بالا با جرم کنترل می شود، بنابراین امپدانس مکانیکی 
آن مساوی است با 
اگر از بکاهیم و بر فرکانس بیفزاییم، با سرعتی که پیستون سخت زیاد می شد افزایش نمی یابد ، زیرا در پیستون سخت 
به مقدار ثابتی باقی می ماند. نتیجه این دو اثر این است که کار آیی بلندگوی مخروطی برای فرکانسهای بیش از 1000 سیکل بر ثانیه تا اندازه ای افزایش می یابد. اگر بخواهیم که میخروط کاغذی در فرکانسهای زیاد تقریبا مانند پیستون با شعاع کوچکتر ارتعاش کند این منظور را می توان تا حدود زیادی بدین سان تأمین کرد که مخروط را با تعدادی قطعات چین دار دایره ای، مانند آنچه در شکل 10.10 نموده شده است بسازیم. در فرکانسهای کم داكتانسهای سختی 0 
و 
و 
همگی نسبت به راكتانسهای جرمی 
و 
و 
بزرگند، در نتیجه مخروط به شکل واحدي ارتعاش می کند. جرم مؤثر آن در این حالت عبارت می شود از جرم کلی مخروط بعلاوہ جرم پيچك صوتی ، و سختی مؤثر آن مقدار 
ود خواهد بود. با وجود این وقتی بر فرکانس بیفزاییم، راكتانس سختی کاهش می یابد، حال آنکه راكتانس جرمی زیاد می شود؛ چنانکه منطقه خارجی مخروط را می توان بی حرکت دانست و تحرك را فقط به قسمت و منطقه داخلی نسبت داد. و سرانجام فقط قسمت مرکزی مخروط با جرم مؤثر
و سختی مؤثر 
حرکت می کند. 
وقتی که بلندگو را بوسیله تقویت کننده با لوله های تخلیه شده به ارتعاش در آوریم بسیار دشوار است که توان در داده آن را به مقدار معینی مستقل از فرکانس نگاهداریم. این دشواری به خصوص در فرکانسهای بالا بسیار زیاد می شود، زیرا در این فرکانسها امپدانس الکتریکی 
به سرعت با زیاد شدن راكتانس القایی 
زیاد می گردد. در نتیجه وقتی که ولتاژ ثابتی را به دوقطب ورودی تقویت کننده متصل سازیم پاسخ عملی آکوستیکی که به دست می آید نسبت به منحنی پاسخ بلندگویی که توان مفروض ثابتی به آن وارد ساخته باشیم با سرعت بیشتری تنزل می کند. حل مسئله يكنواخت نگاهداشتن بازداد؛ آکوستیکی بلندگوها در فرکانسهای پایین دشوارتر است از حل همین مسئله در فرکانسهای بالا. یکی از روشهای بهتر کردن پاسخ بلندگو در فرکانسهای کم این است که شعاع بلندگو را زیاد کنیم. این کار مقاومت تابشی را به نسبت مستقیم توان چهارم شعاع زیاد می کند، و در نتیجه موجب افزایش کارآیی می گردد. با وجود این، افزایش کارآیی بدینوسیله بر طبق انتظار نخواهد بود، زیرا که جرم بلندگو و در نتیجه با زیاد شدن شعاع مخروط زیاد می گردد. راه دیگر تقویت پاسخ در فرکانس پایین این است که سختی سیستم تعلیق را کم کنیم تا در نتیجه فرکانس رزونانس مکانیکی کاهش یابد. کم کردن سختی سیستم تعلیق چنانچه لازم باشد که فقط کارآیی و توان بازداده را در نظر بگیریم بسیار سودمند است. ولی اگر سختی سیستم مکانیکی را زیاد کم کنیم جابجایی مخروط در فرکانسهای پایین خیلی زیاد می شود و این ممکن است تابیدگی هارمونيك در باز داده آکوستیکی وارد سازد. یکی از علتهای این نوع تابیدگی، ناخطی بودن رابطه بين جابجایی مخروط و نیروی برگرداننده است که چنانچه جابجایی از حد الاستيك سیستم تعلیق بیشتر شود تابیدگی پدید می آید. علت دیگر پیدایش تابیدگی ناخلی وجود جابجایی بواسطه حرکت پیچك صوتی در میدان مغناطیسی است که یکنواخت نباشد. وجود تابیدگی هارمونيك هراندازه که کم باشد در باز داده آکوستیکی اثر نامطلوب دارد، زیرا موجب تیزی صوت و غیر طبیعی شدن آن می شود، و ممکن است منجر به صدای قرقری گردد که شبیه صدایی است که در موقع برخورد مخروط با قطب مغناطیسی پدید می آید. وقتی پاسخ فرکانس يکنواخت نبود امکان داشت که آن را دست کم تا حدودی با وارد کردن يك سيستم الکتریکی که یکنواخت نباشد در جهت مخالف ترمیم کرد؛ برخلاف وقتی که تابیدگی هارمونيك وارد شود نمی توان آن را خنثا کرد، و از اینرو لازم است که به دقت از تشکیل آنها جلوگیری به عمل آوریم. روش دیگر برای اصلاح باز داد؛ آکوستیکی بلندگو در فرکانسهای پایین این است که بلندگو را در نوعی جعبه که سبب تقویت باز داده می شود سوار کنند. گروهی از این گونه جعبه ها باز داده را بدین سان تقویت می کنند که مقاومت تشعشعی را که بر مخروط بلندگو وارد می شود نسبت به بلند گویی که در دیوار نصب شده باشد افزایش می دهند. دسته دیگی باز داده را این گونه زیاد می کنند که بلندگویی را برمی گزینند که پیچك صوتی آن بتواند بدون تولید تابیدگی هارمونيك، جا بجایی نسبتا بزرگی را انجام دهد. این موضوع را با جزییات آن در بخشهای آینده همین فصل بررسی خواهیم کرد. . جمع شرایط لازم برای تامین بازدادۂ آکوستیکی قابل قبول در فرکانسهای بالا و پايين امکان پذیر نیست، بنابراین برای اینکه بلند گویی با تشعشع مستقیم جهت استفاده در فاصله وسیعی از فرکانسها داشته باشیم لازم است دست کم دو واحد (بلندگو) به کار بریم که یکی برای تشعشع توان آکوستیکی مؤثر در فرکانسهای پایین و دیگری به همین منظور برای فرکانسهای بالا طرح ریزی شده باشد. هر کدام از این دو بلندگو بوسيله يك شبكه الکتریکی متوازن به تقویت کننده متصل می گردند تا این شبکه به هر يك از واحدها فرکانسی را انتقال دهد که پاسخ آن واحد در آن فرکانس نسبتا پذیرفتنی و یکنواخت باشد.
