Transduser Suara
Sound Transduser menggunakan energi listrik untuk menciptakan getaran mekanis untuk mengganggu udara sekitar yang menghasilkan suara apakah frekuensi yang terdengar atau tidak terdengar.
Suara adalah nama umum yang diberikan untuk "gelombang akustik". Gelombang akustik ini memiliki frekuensi mulai dari hanya 1Hz hingga puluhan ribu Hertz dengan batas atas pendengaran manusia sekitar 20 kHz, (20.000Hz).
Suara yang kita dengar pada dasarnya terdiri dari getaran mekanis yang dihasilkan oleh Audio Sound Transduser yang digunakan untuk menghasilkan gelombang akustik, dan untuk suara yang "didengar" itu membutuhkan media untuk transmisi baik melalui udara, cairan, atau padat.
Selain itu, suara yang sebenarnya tidak harus berupa gelombang suara frekuensi terus menerus seperti nada tunggal atau not musik, tetapi dapat berupa gelombang akustik yang dibuat dari getaran mekanis, kebisingan, atau bahkan satu pulsa suara seperti "dentuman".
Transduser Suara Audio mencakup kedua sensor input, yang mengubah suara menjadi dan sinyal listrik seperti mikrofon, dan aktuator output yang mengubah sinyal listrik kembali menjadi suara seperti pengeras suara.
Kita cenderung menganggap suara hanya ada dalam rentang frekuensi yang dapat dideteksi oleh telinga manusia, dari 20Hz hingga 20kHz (respons frekuensi pengeras suara yang khas), tetapi suara juga dapat memperluas jangkauan di luar rentang ini.
Transduser suara juga dapat mendeteksi dan mengirimkan gelombang suara dan getaran dari frekuensi sangat rendah yang disebut infra-suara hingga frekuensi sangat tinggi yang disebut ultrasonik. Tetapi agar transduser suara mendeteksi atau menghasilkan "suara", pertama-tama kita perlu memahami apa itu suara.
Bentuk gelombang suara memiliki karakteristik yang sama dengan bentuk gelombang listrik yaitu Panjang gelombang ( λ ), Frekuensi ( ƒ ) dan Kecepatan ( m/s ). Baik frekuensi suara dan bentuk gelombang ditentukan oleh asal atau getaran yang awalnya menghasilkan suara tetapi kecepatannya tergantung pada media transmisi (udara, air, dll.) Yang membawa gelombang suara, hubungan antara panjang gelombang, kecepatan dan frekuensi diberikan di bawah ini sebagai:
Dimana:
Panjang gelombang - adalah periode waktu satu siklus lengkap dalam Detik, ( λ )
Frekuensi - adalah jumlah panjang gelombang per detik dalam Hertz, ( ƒ )
Kecepatan - adalah kecepatan suara melalui media transmisi dalam m/s-1
Sinyal ini adalah "gambar listrik" yang mewakili karakteristik gelombang akustik. Secara umum, sinyal output dari mikrofon adalah sinyal analog baik dalam bentuk tegangan atau arus yang sebanding dengan gelombang suara aktual.
Jenis mikrofon yang paling umum tersedia sebagai transduser suara adalah Dynamic, Electret Condenser, Ribbon dan jenis Kristal Piezoelektrik yang lebih baru. Aplikasi khas untuk mikrofon sebagai transduser suara termasuk rekaman audio, reproduksi, penyiaran serta telepon, televisi, rekaman komputer digital, dan pemindai tubuh, tempat ultrasound digunakan dalam aplikasi medis. Contoh mikrofon “Dinamis” sederhana ditunjukkan di bawah ini.
Konstruksi mikrofon dinamis menyerupai speaker, tetapi terbalik. Ini adalah mikrofon tipe coil bergerak yang menggunakan induksi elektromagnetik untuk mengubah gelombang suara menjadi sinyal listrik. Ia memiliki gulungan kecil kawat tipis yang tergantung di dalam medan magnet permanen.
Ketika gelombang suara mengenai diafragma fleksibel, diafragma bergerak bolak-balik sebagai respons terhadap tekanan suara yang bekerja padanya menyebabkan gulungan kawat yang terpasang bergerak di dalam medan magnet dari magnet.
Pergerakan coil dalam medan magnet menyebabkan tegangan diinduksi dalam coil sebagaimana didefinisikan oleh hukum Faraday tentang Induksi Elektromagnetik.
Sinyal tegangan output yang dihasilkan dari coil sebanding dengan tekanan gelombang suara yang bekerja pada diafragma sehingga semakin keras atau kuat gelombang suara semakin besar sinyal output, membuat jenis desain mikrofon ini peka terhadap tekanan.
Karena kumparan kawat biasanya sangat kecil, kisaran pergerakan kumparan dan diafragma yang terpasang juga sangat kecil menghasilkan sinyal output yang sangat linier, yang berada 90° dari fasa ke sinyal suara.
Juga, karena coil adalah induktor impedansi rendah, sinyal tegangan output juga sangat rendah sehingga beberapa bentuk "pra-amplifikasi" dari sinyal diperlukan.
Karena konstruksi jenis mikrofon ini mirip dengan pengeras suara, juga dimungkinkan untuk menggunakan pengeras suara yang sebenarnya sebagai mikrofon.
Jelas, kualitas rata-rata speaker tidak akan sebagus mikrofon jenis studio rekaman tetapi respon frekuensi dari speaker yang masuk akal sebenarnya lebih baik daripada mikrofon "freebie" yang murah.
Impedansi kumparan coil dari pengeras suara tipikal berbeda di antara 8 hingga 16Ω. Aplikasi umum di mana speaker umumnya digunakan sebagai mikrofon berada di interkom dan walki-talkie.
Pengeras suara atau Speaker adalah transduser suara audio yang digolongkan sebagai "aktuator suara" dan merupakan kebalikan dari mikrofon. Tugas mereka adalah mengubah sinyal analog elektrik yang kompleks menjadi gelombang suara sedekat mungkin dengan sinyal input semula.
Pengeras suara tersedia dalam segala bentuk, ukuran dan rentang frekuensi dengan jenis yang lebih umum adalah kumparan bergerak (coil-moving), elektrostatik, isodynamic, dan piezoelektrik.
Pengeras suara tipe kumparan yang bergerak sejauh ini merupakan speaker yang paling umum digunakan di rangkaian elektronik, peralatan dan mainan, dan karena itu jenis transduser suara ini akan kita periksa di bawah ini.
Prinsip pengoperasian Moving Coil speaker adalah kebalikan dari "Mikrofon Dinamis" yang kita lihat di atas. Sebuah kumparan kawat halus, yang disebut "coil suara atau ucapan", ditangguhkan dalam medan magnet yang sangat kuat, dan melekat pada kertas atau kerucut Mylar, yang disebut "diafragma" yang dengan sendirinya tergantung pada ujung-ujungnya ke bingkai logam atau sasis.
Kemudian tidak seperti mikrofon yang merupakan perangkat input yang sensitif terhadap tekanan, transduser suara jenis ini dapat digolongkan sebagai perangkat output yang menghasilkan tekanan.
Dalam penutup multi-speaker yang memiliki Woofer yang terpisah, speaker Tweeter dan Mid-range yang ditempatkan bersama dalam satu penutup tunggal, jaringan "crossover" pasif atau aktif digunakan untuk memastikan bahwa sinyal audio secara akurat dipisah dan direproduksi oleh semua sub-sub yang berbeda. pembicara.
Suara adalah nama umum yang diberikan untuk "gelombang akustik". Gelombang akustik ini memiliki frekuensi mulai dari hanya 1Hz hingga puluhan ribu Hertz dengan batas atas pendengaran manusia sekitar 20 kHz, (20.000Hz).
Suara yang kita dengar pada dasarnya terdiri dari getaran mekanis yang dihasilkan oleh Audio Sound Transduser yang digunakan untuk menghasilkan gelombang akustik, dan untuk suara yang "didengar" itu membutuhkan media untuk transmisi baik melalui udara, cairan, atau padat.
Selain itu, suara yang sebenarnya tidak harus berupa gelombang suara frekuensi terus menerus seperti nada tunggal atau not musik, tetapi dapat berupa gelombang akustik yang dibuat dari getaran mekanis, kebisingan, atau bahkan satu pulsa suara seperti "dentuman".
Transduser Suara Audio mencakup kedua sensor input, yang mengubah suara menjadi dan sinyal listrik seperti mikrofon, dan aktuator output yang mengubah sinyal listrik kembali menjadi suara seperti pengeras suara.
Kita cenderung menganggap suara hanya ada dalam rentang frekuensi yang dapat dideteksi oleh telinga manusia, dari 20Hz hingga 20kHz (respons frekuensi pengeras suara yang khas), tetapi suara juga dapat memperluas jangkauan di luar rentang ini.
Transduser suara juga dapat mendeteksi dan mengirimkan gelombang suara dan getaran dari frekuensi sangat rendah yang disebut infra-suara hingga frekuensi sangat tinggi yang disebut ultrasonik. Tetapi agar transduser suara mendeteksi atau menghasilkan "suara", pertama-tama kita perlu memahami apa itu suara.
Apa itu Suara?
Pada dasarnya Suara adalah bentuk gelombang energi yang dihasilkan oleh beberapa bentuk getaran mekanis seperti garpu tala, dan yang memiliki "frekuensi" yang ditentukan oleh asal suara misalnya, drum bass memiliki suara frekuensi rendah sementara cymbal memiliki frekuensi suara yang lebih tinggi.Bentuk gelombang suara memiliki karakteristik yang sama dengan bentuk gelombang listrik yaitu Panjang gelombang ( λ ), Frekuensi ( ƒ ) dan Kecepatan ( m/s ). Baik frekuensi suara dan bentuk gelombang ditentukan oleh asal atau getaran yang awalnya menghasilkan suara tetapi kecepatannya tergantung pada media transmisi (udara, air, dll.) Yang membawa gelombang suara, hubungan antara panjang gelombang, kecepatan dan frekuensi diberikan di bawah ini sebagai:
Hubungan Gelombang Suara
Dimana:
Panjang gelombang - adalah periode waktu satu siklus lengkap dalam Detik, ( λ )
Frekuensi - adalah jumlah panjang gelombang per detik dalam Hertz, ( ƒ )
Kecepatan - adalah kecepatan suara melalui media transmisi dalam m/s-1
Transduser Input Mikrofon
Mikrofon, yang juga disebut “mic”, adalah transduser suara yang dapat digolongkan sebagai “sensor suara”. Ini karena menghasilkan sinyal output analog listrik yang sebanding dengan gelombang suara "akustik" yang bekerja pada diafragma fleksibel.Sinyal ini adalah "gambar listrik" yang mewakili karakteristik gelombang akustik. Secara umum, sinyal output dari mikrofon adalah sinyal analog baik dalam bentuk tegangan atau arus yang sebanding dengan gelombang suara aktual.
Jenis mikrofon yang paling umum tersedia sebagai transduser suara adalah Dynamic, Electret Condenser, Ribbon dan jenis Kristal Piezoelektrik yang lebih baru. Aplikasi khas untuk mikrofon sebagai transduser suara termasuk rekaman audio, reproduksi, penyiaran serta telepon, televisi, rekaman komputer digital, dan pemindai tubuh, tempat ultrasound digunakan dalam aplikasi medis. Contoh mikrofon “Dinamis” sederhana ditunjukkan di bawah ini.
Transduser Suara Mikrofon Coil-Moving Dinamis
Konstruksi mikrofon dinamis menyerupai speaker, tetapi terbalik. Ini adalah mikrofon tipe coil bergerak yang menggunakan induksi elektromagnetik untuk mengubah gelombang suara menjadi sinyal listrik. Ia memiliki gulungan kecil kawat tipis yang tergantung di dalam medan magnet permanen.
Ketika gelombang suara mengenai diafragma fleksibel, diafragma bergerak bolak-balik sebagai respons terhadap tekanan suara yang bekerja padanya menyebabkan gulungan kawat yang terpasang bergerak di dalam medan magnet dari magnet.
Pergerakan coil dalam medan magnet menyebabkan tegangan diinduksi dalam coil sebagaimana didefinisikan oleh hukum Faraday tentang Induksi Elektromagnetik.
Sinyal tegangan output yang dihasilkan dari coil sebanding dengan tekanan gelombang suara yang bekerja pada diafragma sehingga semakin keras atau kuat gelombang suara semakin besar sinyal output, membuat jenis desain mikrofon ini peka terhadap tekanan.
Karena kumparan kawat biasanya sangat kecil, kisaran pergerakan kumparan dan diafragma yang terpasang juga sangat kecil menghasilkan sinyal output yang sangat linier, yang berada 90° dari fasa ke sinyal suara.
Juga, karena coil adalah induktor impedansi rendah, sinyal tegangan output juga sangat rendah sehingga beberapa bentuk "pra-amplifikasi" dari sinyal diperlukan.
Karena konstruksi jenis mikrofon ini mirip dengan pengeras suara, juga dimungkinkan untuk menggunakan pengeras suara yang sebenarnya sebagai mikrofon.
Jelas, kualitas rata-rata speaker tidak akan sebagus mikrofon jenis studio rekaman tetapi respon frekuensi dari speaker yang masuk akal sebenarnya lebih baik daripada mikrofon "freebie" yang murah.
Impedansi kumparan coil dari pengeras suara tipikal berbeda di antara 8 hingga 16Ω. Aplikasi umum di mana speaker umumnya digunakan sebagai mikrofon berada di interkom dan walki-talkie.
Transduser Output Loudspeaker (pengeras suara)
Suara juga dapat digunakan sebagai perangkat output untuk menghasilkan suara peringatan atau bertindak sebagai alarm, dan pengeras suara, buzzer, klakson, dan pengeras suara adalah semua jenis transduser suara yang dapat digunakan untuk tujuan ini dengan suara output jenis suara yang paling umum digunakan. aktuator menjadi "speaker".Pengeras suara tersedia dalam segala bentuk, ukuran dan rentang frekuensi dengan jenis yang lebih umum adalah kumparan bergerak (coil-moving), elektrostatik, isodynamic, dan piezoelektrik.
Pengeras suara tipe kumparan yang bergerak sejauh ini merupakan speaker yang paling umum digunakan di rangkaian elektronik, peralatan dan mainan, dan karena itu jenis transduser suara ini akan kita periksa di bawah ini.
Prinsip pengoperasian Moving Coil speaker adalah kebalikan dari "Mikrofon Dinamis" yang kita lihat di atas. Sebuah kumparan kawat halus, yang disebut "coil suara atau ucapan", ditangguhkan dalam medan magnet yang sangat kuat, dan melekat pada kertas atau kerucut Mylar, yang disebut "diafragma" yang dengan sendirinya tergantung pada ujung-ujungnya ke bingkai logam atau sasis.
Kemudian tidak seperti mikrofon yang merupakan perangkat input yang sensitif terhadap tekanan, transduser suara jenis ini dapat digolongkan sebagai perangkat output yang menghasilkan tekanan.
Karakteristik Loudspeaker Coil-Moving
Ketika sinyal analog melewati kumparan suara speaker, medan elektromagnetis diproduksi dan kekuatannya ditentukan oleh arus yang mengalir melalui kumparan "suara", yang pada gilirannya ditentukan oleh pengaturan kontrol volume driving amplifier atau moving coil driver.
Gaya elektromagnetis yang dihasilkan oleh medan ini menentang medan magnet permanen utama di sekitarnya dan mencoba mendorong coil ke satu arah atau lainnya tergantung pada interaksi antara kutub utara dan selatan.
Karena kumparan suara terpasang secara permanen pada kerucut/diafragma, ini juga bergerak secara tandem dan gerakannya menyebabkan gangguan di udara di sekitarnya sehingga menghasilkan suara atau nada.
Jika sinyal input adalah gelombang sinus kontinu maka kerucut akan bergerak masuk dan keluar bertindak seperti piston mendorong dan menarik udara saat bergerak dan nada tunggal kontinu akan terdengar mewakili frekuensi sinyal. Kekuatan dan kecepatannya, dimana kerucut bergerak dan mendorong udara di sekitarnya menghasilkan suara yang keras.
Karena kumparan ucapan atau suara pada dasarnya adalah kumparan kawat yang dimilikinya, seperti induktor nilai impedansinya. Nilai ini untuk sebagian besar speaker adalah antara 4 dan 16Ω dan disebut nilai "nominal impedansi" dari speaker yang diukur pada 0Hz, atau DC.
Ingatlah bahwa penting untuk selalu mencocokkan impedansi output amplifier dengan nominal impedansi speaker untuk mendapatkan transfer daya maksimum antara penguat amplifier dan speaker. Sebagian besar kombinasi amplifier-speaker memiliki peringkat efisiensi serendah 1 atau 2%.
Meskipun dibantah oleh beberapa pihak, pemilihan kabel speaker yang baik juga merupakan faktor penting dalam efisiensi speaker, karena karakteristik kapasitansi internal dan fluks magnetis kabel berubah dengan frekuensi sinyal, sehingga menyebabkan distorsi frekuensi dan fasa.
Ini memiliki efek melemahkan sinyal. Juga, dengan amplifier daya tinggi arus besar mengalir melalui kabel-kabel ini sehingga kabel kecil tipe kawat bel dapat terlalu panas selama periode penggunaan yang lama, lagi-lagi mengurangi efisiensi.
Telinga manusia umumnya dapat mendengar suara dari antara 20Hz hingga 20kHz, dan respons frekuensi dari speaker modern yang disebut speaker serba guna dirancang untuk beroperasi dalam rentang frekuensi ini serta headphone, earphone, dan jenis headset yang tersedia secara komersial lainnya yang digunakan sebagai transduser suara.
Namun, untuk sistem audio jenis High Fidelity ( Hi-Fi ) berkinerja tinggi, respon frekuensi suara dibagi menjadi beberapa sub-frekuensi yang lebih kecil sehingga meningkatkan efisiensi speaker dan kualitas suara secara keseluruhan sebagai berikut:
Rentang Frekuensi Umum
Unit Deskripsi
|
Tingkat Frekuensi
|
Sub-Woofer
|
10Hz sampai 100Hz
|
Bass
|
20Hz sampai 3kHz
|
Mid-Range
|
1kHz sampai 10kHz
|
Tweeter
|
3kHz sampai 30kHz
|
Jaringan crossover ini terdiri dari Resistor, Induktor, Kapasitor, Filter pasif jenis RLC atau Filter aktif Op-amp yang titik crossover atau cut-off-nya disetel dengan baik sesuai dengan karakteristik masing-masing speaker dan contoh multi-speaker jenis “Hi-Fi" desain-nya diberikan di bawah ini.
Desain Multi-speaker (Hi-Fi)
Dalam tutorial ini, kami telah melihat Transduser Suara yang berbeda yang dapat digunakan untuk mendeteksi dan menghasilkan gelombang suara.
Mikrofon dan pengeras suara adalah transduser suara yang paling umum tersedia, tetapi banyak jenis transduser suara lain yang tersedia yang menggunakan perangkat piezoelektrik untuk mendeteksi frekuensi yang sangat tinggi, hidrofon yang dirancang untuk digunakan di bawah air untuk mendeteksi suara bawah air dan transduser sonar yang keduanya mengirim dan menerima suara gelombang untuk mendeteksi kapal selam dan kapal.