Wat is geluid nou precies?
Om te begrijpen hoe een speaker werkt, zal ik jullie eerst in grote lijnen vertellen wat geluid precies is. In onze oren zit een trommelvlies. Wanneer het trommelvlies trilt, interpreteren de hersenen deze trillingen als geluid. Hierin heb ik heel kort uitgelegd wat geluid is.
Om dit trommelvlies te laten trillen moet er een snelle luchtverandering zijn. Een object produceert een geluid wanneer het trilt in de lucht. Willen we dit geluid kunnen horen moeten de luchtmoleculen zich gaan bewegen tot ons oor en moeten de trillingen behoren tot ons hoorbaar spectrum. Dit ligt tussen de 20hz en 20khz.
Een speaker beweegt zich heen en weer zo ontstaat er een bovendruk gebied en een onderdruk gebied.

Het lichte gebied is de onderdruk, het donkere gebied de bovendruk.



Hoe komt het dan dat we verschillende geluiden horen en verschillende objecten?
Dit heeft te maken met verschillende variaties in:
-Geluidsgolffrequentie: Een hoge toon is ook een hoge frequentie, dit betekend dus dat de luchtdruk sneller varieert. Een lage toon is een lage frequentie, dit betekend dat de luchtdruk langzamer varieert.
-Luchtdrukniveau: Dit is de amplitude van een geluidsgolf, dit betekend hoe hard we het geluid horen. Hoe groter de amplitude is des te feller gaat ons trommelvlies trillen en dat geluid noemen we dus geluid.

Een microfoon heeft het zelfde idee als de werking van onze oren. Het heeft ook een membraan dat trilt door geluidsgolven. De microfoon zet akoestische signalen om in elektrische. Deze signalen gaan naar de versterker die deze signalen versterkt en zend het door naar de speaker die het weer omzet in akoestisch signalen.

Hoe werkt een luidspreker?
Een luidspreker is een apparaat waarmee elektrische signalen worden omgezet in geluid. Er zijn vier verschillende types luidspreker:
-elektrodynamisch
-magnetostatisch
-elektromagnetisch
-elektrostatisch
De meest gebruikte is de elektrodynamische of "moving coil "-luidspreker. De "moving coil" omvormer (of "driver") bestaat eigenlijk uit een cirkelvormige magneet met daarin een cirkelvormige gleuf waarin een spoel wordt opgehangen. De spoel bestaat uit omgewikkelde draden. Als men hierop een spanning zet (stroom) dan wordt er een magnetisch veld gecreëerd. De permanente magneet zorgt ook voor een magnetisch veld en kan de spoel dus aantrekken of juist afstoten. Op deze manier kan de spoel en de conus heen en weer bewegen. De conus die meestal van papier, plastic of ijzer is gebouwd en vastzit aan de vering die ervoor zorgt dat de conus kan bewegen. In het midden van de conus zit de spoel. Door dus een afwisselende stroom op de spoel te zetten kan de conus heel veel keer per seconde op en neer gaan(hertz het aantal trillingen per seconden). Hierdoor wordt er om en om een andere druk uitgeoefend op de lucht voor de conus. Deze drukverschillen zorgen voor de golven die het menselijke oor kan vertalen in geluid.



Vaak zitten in één luidsprekerbox meerdere luidsprekers. Bijvoorbeeld een tweeter en een woofer(tweeweg systeem). De tweeter is hierbij voor de hoge tonen en de woofer voor de lagen. Je hebt ook drieweg systemen, deze bestaan uit een woofer voor lage tonen, een woofer voor mid tonen en een tweeter voor de hoge tonen. Om hoge tonen uit te sturen is het beter om een klein oppervlak te gebruiken, omdat een groot oppervlak bij de hoge frequenties ongewenste resonanties (meetrillen), daarom zijn tweeters altijd relatief klein. Voor een elektrodynamische luidspreker zijn de belangrijkste eigenschappen: de sterkte van de magneet (afhankelijk van het vermogen dat nodig is), de soepelheid (en stevigheid) van zowel de spin, alsook de conusophanging en de lichtheid en stijfheid van de conus.
Hoe werkt een hoornluidspreker? Een hoornluidspreker bestaat uit twee delen: de aandrijfluidspreker (driver) en de eigenlijke trechter of hoorn. Een hoornluidspreker is eigenlijk niets anders dan een impedantie transformator. De hoorn zorgt voor een aanpassing van de relatief kleine luidspreker aan de grote omgevingslucht. Het nut van hoornluidsprekers wordt dus ook groter bij hogere frequenties. Vandaar dat voor het weergeven van hoge tonen in de PA wereld (vrijwel) alleen maar gebruik wordt gemaakt van hoornluidsprekers. Als men lage tonen wil weergeven met een luidspreker is er in hele grote hoorn. Daarom gebruikt men in voor lage tonen vaak geen hoornsysteem. Wil men toch een hoornsysteem voor lagen tonen moet men de hoorn korter maken dan hij zou moeten zijn om de optimale eigenschappen te hebben. Er ontstaat hierdoor aan de mondopening een meer of minder een overduidelijke reflectie van geluidsenergie. De stralingsweer-stand wordt hierdoor frequentie-afhankelijk. Dit betekent, dat de hoorn bepaalde frequenties sterker en andere frequenties zwakker weergeeft. Er zijn echter een aantal systemen die een vrij goede basweergave hebben zoals de glijbaan en W-Bin. De W-Bin is ontworpen door Don Keele, een ontwerper van JBL. Het grote voordeel is dat deze kasten er ver dragen. Een groot nadeel is dat ze niet lager te krijgen zijn dan 70Hz. Om het nog mee te laten vallen kan je een basreflex poort in de achterkamer geplaatst. Over basreflexkasten vertel ik later meer. Een andere mogelijkheid is om meerdere kasten naast elkaar te plaatsten. Met vier stuks per kant is 50Hz te halen. Door het inkorten van de hoorn vind er wel een verstoring plaats en de grote panelen gaan erg mee resoneren. Veel mensen vatten dit op als een lekker dreun geluid.

Verschillende klankkasten

Gesloten klankkast: Toen ik uitlegde hoe een speaker werkte ging het over de voorkant. Echter komt er ook een geluidsdruk aan de achterkant. Deze geproduceerde geluidsgolven noemt men een tegen fase. Deze geluidsgolf zou vroeg of laat ergens tegenaan botsen en aan de voorkant van de speaker uitkomen. Hierdoor komen er twee golven door elkaar en krijgt je niet het gewenste geluid. Dit is de belangrijkste reden waarom we speakers in een klankkast doen. De beste manier hiervoor is om een gesloten klankkast te gebruiken. Deze kast is helemaal gesloten en daardoor kunnen de achterwaartse golven nergens heen. Er is hier alleen één probleem bij. De luchtmassa in de kast zal heel erg tegen de conus duwen. Zo is er veel vermogen nodig om de sterkte van de tegendruk te overwinnen, daarom kom je dit eigenlijk niet tegen in de PA wereld.



Basreflex kast: Er moeten ook kasten zijn waar minder vermogen in gestopt hoeft te worden wil je er een harder volume bij krijgen, wat wel gewenst is bij een PA speaker. De meest voorkomende is een basreflex kast. In deze kasten zit een poort bevestigd. Zo maakt men ook gebruik van de tegen fase. Zo kan je met hetzelfde vermogen twee geluidsgolven produceren. Er is alleen wel een nadeel, de geluidsproductiviteit is niet meer zo precies. Dit kan tegenwoordig door de nieuwste technieken toch al heel mooi!



Actief en passief filteren.
De makkelijkste en goedkoopste manier is passief filteren. Echter dan wordt er niet het maximale uit een geluidset gehaald. Dit doe je doormiddel van actief te filteren. Hiervoor heb je een cross-over nodig en een tweede versterker. Wat is passief filteren? In je subwoofers en topkasten zitten filters. Deze worden tot een bepaald frequentie gebied afgefilterd. Hiervoor is maar één versterker nodig. Vanuit je versterker sluit je vanaf het ene kanaal je subwoofer aan en deze lus je door naar je topkast. Vanuit het andere kanaal doe je precies hetzelfde aan de andere kant. Zo heb je, je twee kanalen (stereo). Bij actief filteren werkt het anders. Hierbij haal je het filter uit de subwoofer, en sluit je de woofer rechtstreeks aan om de speakon uitgang. Zou je nou dit alles aansluiten zoals bij het passief filteren krijgt de subwoofer allerlei frequenties waar hij niks aan heeft dus moeten we actief gaan filteren. Voor actief filteren hebben we een tweede versterker nodig en een cross-over. Met de cross-over scheid je de frequenties, dit kan je zelf afstellen vanaf welke frequentie je toppen worden ingezet en tot welke frequentie je subwoofers werken. Waarom heb je hierbij een tweede versterker nodig? Heel simpel, de cross-over zit voor je versterkers en hierdoor moeten de subwoofers apart versterkt worden en je topkasten ook. Wat is een nadeel van passief filteren en het voordeel van actief? Het grote nadeel van passief filteren is dat de filters veel energie gebruiken. Door het verwijderen van het filter in de subwoofer wordt al het vermogen in de woofer gestopt. Het nadeel van actief filteren is wel dat je altijd met twee versterkers moet sjouwen.

Wat zeggen watts nou eigenlijk en is dit wel zo belangrijk?
De hardheid (maximale geluidsdruk) van een box wordt niet alleen bepaald door het vermogen dat de box kan verwerken. Een ander heel belangrijke factor is het rendement. Hoe veel vermogen stop je erin en hoeveel geluidsdruk komt er dan uit. Ook wel de gevoeligheid van de speaker. De meeste PA-systemen hebben een gevoeligheid van 99dB. Dit betekend: wanneer de luidspreker 1 watt van de versterker toegestuurd krijgt er een geluidsdruk van 99dB zal zijn. Bij elke verdubbeling van dit vermogen levert de speaker een geluidsdruk van 3dB meer.
Dus zijn watts zo belangrijk? Ja en nee, het rendement van een speaker is net zo belangrijk. Een speaker met een hoog wattage met een laag rendement kan even veel geluidsdruk leveren als een speaker met een laag wattage maar een hoog rendement.