Asi viete, že reproduktor po pripojení k zosilňovaču premieňa elektrický signál na zvuk. Málokto však tuší, že ten istý reproduktor môže fungovať aj opačne – ako malý elektrický generátor. Stačí pohnúť jeho membránou a na svorkách sa objaví elektrické napätie. Vyskúšali sme jednoduchý pokus s obyčajnou reproduktorovou sústavou a digitálnym multimetrom. Vyskúšajte si to tiež.
Z čoho sa skladá reproduktor a kde sa v ňom nachádza magnet
Najbežnejším typom je dynamický reproduktor. Jeho konštrukciu výrobcovia audio techniky používajú už viac ako sto rokov. Existujú rôzne veľkosti a vyhotovenia, no princíp zostáva rovnaký.
Na zadnej strane reproduktora je zabudovaný silný permanentný magnet, najčastejšie feritový alebo pri novších typoch neodýmový magnet. Vytvára stále magnetické pole. V jeho úzkej kruhovej medzere sa nachádza kmitacia cievka navinutá z tenkého medeného vodiča. Cievka je pevne spojená s membránou, ktorá pri pohybe rozkmitáva okolitý vzduch a vytvára zvuk.
Celý pohyblivý systém drží v správnej polohe pružný záves membrány spolu so centrovacou membránou, takzvaným spiderom. Pružné časti zabezpečujú, aby sa cievka pohybovala iba dopredu a dozadu a zároveň zostávala presne vycentrovaná v úzkej medzere magnetu.
Presnosť je dôležitá – ak by sa cievka vychýlila do strany, začala by sa trieť o magnet a reproduktor by nefungoval správne.
Pri bežnej prevádzke sa cievka pohybuje len o niekoľko desatín milimetra až niekoľko milimetrov v závislosti od typu reproduktora. Napriek tomu dokáže preniesť na membránu dostatok energie na vytvorenie zvuku od hlbokých basov až po vysoké tóny.
Spojenie permanentného magnetu a pohyblivej cievky robí z reproduktora zaujímavé zariadenie. Rovnaká konštrukcia umožňuje nielen premieňať elektrickú energiu na zvuk, ale pri pohybe membrány aj vyrábať elektrické napätie. Na tomto princípe je založený aj experiment, ktorý si môžete vyskúšať.
Ako reproduktor vytvára zvuk?
Po pripojení zosilňovača preteká cievkou striedavý elektrický prúd. Ten vytvára magnetické pole, ktoré reaguje s poľom permanentného magnetu. V závislosti od smeru prúdu sa cievka raz pohybuje jedným, raz opačným smerom. Membrána sa rozkmitá a vytvára zvukové vlny.
Elektrická energia sa tak premieňa na mechanickú energiu a následne na zvuk.
Reproduktor dokáže fungovať aj opačne
Rovnaký princíp môžete využiť aj opačne. Ak namiesto elektrického prúdu uvediete do pohybu samotnú membránu, pohybuje sa aj cievka v magnetickom poli. Podľa zákona elektromagnetickej indukcie sa v nej začne indukovať elektrické napätie.
Reproduktor sa tak na chvíľu zmení na jednoduchý generátor. Presne na tomto princípe fungujú aj dynamické mikrofóny.
Vyskúšajte si jednoduchý pokus s multimetrom
Na experiment sme použili obyčajnú reproduktorovú sústavu s impedanciou 8 ohmov a digitálny multimeter nastavený na meranie striedavého napätia AC v milivoltoch.
Experiment vykonávajte iba s reproduktorom alebo reproduktorovou sústavou odpojenou od zosilňovača. Nikdy nemanipulujte s membránou reproduktora pripojeného k zosilňovaču. Pokus možno vykonať iba s jednoduchými pasívnymi reproduktorovými sústavami alebo samostatnými reproduktormi. Postupujte opatrne, aby ste reproduktor nepoškodili. Za prípadné škody neručíme.
1) Najprv sme meracie káble multimetra pripojili priamo k svorkám reproduktora.
2) V pokojovom stave multimeter ukazoval 0 mV.
3) Následne sme poklopali po doske, na ktorej stojí aj reproduktorová sústava. Vibrácie rozkmitali membránu natoľko, že sa na výstupe objavilo napätie približne 1,3 mV.
4) Pri opatrnom zatlačení na membránu reproduktora – dávajte pozor, aby ste ju nepretrhli – bol efekt oveľa výraznejší. Multimeter zobrazil približne 51,3 mV.
Hoci ide len o niekoľko desiatok milivoltov, je to jasný dôkaz, že samotný pohyb membrány dokáže vytvárať elektrické napätie.
Prečo v reproduktore vzniká striedavé napätie?
Napätie nevzniká preto, že je membrána vychýlená, ale preto, že sa pohybuje.
Keď zatlačíte membránu dovnútra, cievka sa pohybuje jedným smerom a na svorkách vznikne napätie s určitou polaritou.
Pri návrate membrány späť sa smer pohybu obráti a zmení sa aj polarita napätia.
Výsledkom je striedavé napätie.
Keď multimeter prepnete na meranie jednosmerného napätia DC, môžete pozorovať zmenu polarity napätia v závislosti od smeru pohybu membrány. Krátke impulzy však bežný multimeter nemusí zachytiť.
Ak namiesto multimetra pripojíte osciloskop, pravdepodobne na displeji uvidíte kladné aj záporné polvlny podľa toho, či sa membrána pohybuje dovnútra alebo von.
Reproduktor prehráva zvuk a vyrába elektrinu
Počas pokusu sme si overili, že reproduktor vďaka kombinácii permanentného magnetu a pohyblivej cievky funguje aj ako jednoduchý elektrický generátor. Stačí opatrne rozhýbať membránu a na svorkách sa objaví merateľné elektrické napätie.
Tento jednoduchý pokus ukazuje, že elektromagnetická indukcia funguje oboma smermi – elektrický prúd dokáže rozhýbať membránu reproduktora a, naopak, pohyb membrány dokáže vyvolať elektrické napätie a prúd v pripojenom obvode. Ako sa vám podarilo pokus zrealizovať?
Vyskúšajte aj ďalšie magnetické pokusy.
