1. מהו רמקול טכנולוגיות מבנה הרצאה – אריאל אריאלי
רמקולים
מהו רמקול
טכנולוגיות
מבנה
הרצאה – אריאל אריאלי

2. התקן המתרגם אנרגיה חשמלית לאנרגיה אקוסטית
רמקולים – מהו רמקול?
האנציקלופדיה בריטניקה מגדירה:
התקן המתרגם אנרגיה חשמלית לאנרגיה אקוסטית

3. רמקולים – מהו רמקול? דרישות: המרת אנרגיה – נצילות
המרה ישירה – עיוותים מינימאליים
שימוש – נוחות
מחיר - סביר

4. במילים אחרות, נצילות האנרגיה האופיינית היא 1.25% !
המרת אנרגיה – נצילות
המגבר מספק אנרגיה חשמלית
(ההספק החשמלי נמדד בוואטים P[Watt] )
הרמקול מפיק אנרגיה אקוסטית
(עוצמת הקול המופק, Sound Intensity, נמדדת בוואטים למטר מרובע P [Watts/m2] )
יחס אופייני – כאשר לרמקול מסופק 1W חשמלי, הרמקול מפיק 1mW/m2 (90dBspl) במרחק מטר ובסה"כ ההספק האקוסטי 1mW/m2 x 4π x 12 = 12.56mW/m2 .
במילים אחרות, נצילות האנרגיה האופיינית היא % !

5. המרה ישירה – עיוותים מינימאליים
המגבר מוציא מתח/זרם חשמלי המשנה גודלו וכיוונו בכל רגע ורגע, עפ"י צורת האות המייצג את האינפורמציה הקולית אותה רוצים להשמיע:
הרמקול צריך לתרגם את הזרם החשמלי לשינויי לחץ אוויר הזהים בצורתם לצורת האות החשמלי המסופק לו.
מידת השוני בין שניהם = עיוותים.
דרישה לעיוותים מינימאליים.

6. רמקולים – שימוש, נוחות התאמת הרמקול לאפליקציה
רמקול ביתי או משרדי: רמקול רצפתי, רמקול מדף, רמקול לתליה על הקיר, רמקול להטמנה בתוך הקיר ורמקול להטמנה בתקרה.
רמקול אולפן: רמקול לתליה ורמקול להאזנה מקרוב.
רמקול להגברה באולמות ומופעים: רמקולים מפוצלים ורמקולים מוגברים.

7. רמקולים – מחיר סביר יחס עלות תועלת
רמקולים High-End של אודיופילים – "מחיר לא קובע"
רמקולים מקצועיים להגברה במופעים ואולמות – עלות הרמקול כחלק מההוצאות ויצירת הכנסה
רמקולי אולפן – מחיר כפונקציה של נאמנות ואמינות

8. רמקולים - טכנולוגיות שלוש טכנולוגיות: פיזו-אלקטרי (גבישי)
דינאמי (אלקטרומגנטי)
אלקטרוסטאטי (שדה חשמלי)

9. רמקול פיזו-אלקטרי
עיקרון Piezoelectric

10. רמקול פיזו-אלקטרי
מימוש העיקרון

11. רמקול פיזו-אלקטרי היענות תדר
מכתיב פעולה בתדרים גבוהים – שימוש לטוויטרים

12. רמקול פיזו-אלקטרי מעגל תמורה חשמלי עכבה אופיינית
חיבור מקבילי של טוויטרים

13. רמקול פיזו-אלקטרי סיכום: טכנולוגיה מאד פשוטה למימוש
מוגבלת למשרעת קטנה ולכן מתאימה לפעולה בתדירויות גבוהות – טוויטרים
מחיר נמוך

14. רמקול דינאמי - אלקטרומגנטי
עיקרון הפעולה – חוק לנץ:
"מוליך בו זורם זרם חשמלי הנמצא בתוך שדה מגנטי, יפעל עליו כוח בניצב לכיוון השדה המגנטי ובניצב לחוט"

15. רמקול דינאמי - עיקרון הפעולה
סליל נתון בתוך שדה מגנטי. כאשר מוזרם זרם דרך חוט הסליל, פועל עליו כוח בניצב לחוט ובניצב לשדה המגנטי – בציור שלפנינו – למעלה או למטה (תלוי בכיוון הזרם). כאשר הופכים את כיוון הזרם משתנה כיוון הכוח.

16. רמקול דינאמי – תיאור ומבנה
מימוש עקרון הפעולה ויישומו ברמקול

17. רמקול דינאמי - עיקרון הפעולה
חתך ברמקול מגלה את המבנה המעשי

18. ככל שהתדירות גדולה, דרושה משרעת קטנה יותר ע"מ לקבל הספק נתון, ולהיפך
רמקול דינאמי - מגבלות
בתופעות מחזוריות קיים הקשר המתמטי:
P ≈ A x f
כאשר: P = Power, A =Amplitude ו- f = frequency
מסקנה:
ככל שהתדירות גדולה, דרושה משרעת קטנה יותר ע"מ לקבל הספק נתון, ולהיפך
ומזה נובע כי
רמקול שנועד להעביר תדירויות נמוכות צריך להיות בעל מימדים גדולים, ע"מ להזיז מסה גדולה של אויר (אמפליטודה גדולה) ורמקול לתדירויות גבוהות יכול להיות בעל מימדים קטנים, ע"מ להזיז מסה קטנה בתדירות גבוהה

19. רמקול דינאמי - מגבלות
ולפי החוק השני של ניוטון, תאוצתו של גוף היא היחס בין הכוח הפועל עליו לבין המסה שלו:
a = F / m
ומזה נובע כי ע"מ לקבל תאוצה גבוהה (כאשר התאוצה היא מידת השינוי במהירות הגוף – ובמקרה שלנו התדירות), כאשר מופעל כוח נתון על ממברנת הרמקול, ע"מ להזיזה במהירות גבוהה – המסה צריכה להיות קטנה ככל הניתן – רמקול בעל מימדים קטנים.
כאשר אותו כוח פועל על הממברנה הנעה בתדירות נמוכה מסתה של הממברנה יכולה להיות גדולה – מימדים גדולים

20. רמקול דינאמי - מגבלות
בהתחשב בשני הכללים הקודמים, נגיע למסקנה כי עבור הפקת תדירויות נמוכות נחוץ רמקול בעל מימדים גדולים ועבור הפקת תדירויות גבוהות – רמקול בעל מימדים קטנים.
על יצרן הרמקול לעשות פשרה משני הכיוונים כאשר הוא מייצר רמקול לשימוש כללי. פשרה, פירושה ויתור על איכות.

21. Full Range Loudspeaker
רמקול דינאמי - מגבלות
רמקול של פשרה
Full Range Loudspeaker

22. רמקול דינאמי - סוגים
בהתחשב בכל האמור, אם ברצוננו לקבל רמקולים אופטימאליים, יש צורך לחלק את תחום תדרי השמע לתחומים: נמוכים וגבוהים.
ככל שרמקול מסוים פועל בתחום תדרים צר יותר, ניתן יהיה לקבל איכות גבוהה יותר.
שימוש ברמקולים לתחומי תדרים שונים נקרא:
Multi-way System

23. רמקול דינאמי – חלוקה לתדרי פעולה
רמקול לתדרים נמוכים: Woofer

24. רמקול דינאמי – חלוקה לתדרי פעולה
רמקול לתדרים גבוהים: Tweeter

25. רמקול דינאמי – חלוקה לתדרי פעולה
רמקול לתדרים בינוניים: Mid-Range

26. רמקול דינאמי – חלוקה לתדרי פעולה
ישנן חלוקות ביניים:
תדירויות גבוהות מאד
Super Tweeter
תדירויות גבוהות
Tweeter
תדירויות בינוניות גבוהות
High Mid-Range
תדירויות בינוניות נמוכות
Low Mid-Range
תדירויות נמוכות
Woofer
תדירויות נמוכות מאד
Sub-Woofer

27. רמקול דינאמי – חלוקה לתדרי פעולה
חלוקת תדרי פעולה לפי גודל הרמקול

28. רמקול דינאמי – חלוקה לתדרי פעולה
כיצד מחלקים את האות המורכב מכלל התדירויות לתחומי תדרים המתאימים לכל סוג רמקול?
שימוש במסננות פסיביות

29. רמקול דינאמי – חלוקה לתדרי פעולה
מסננת פסיבית אידיאלית
מסננת פסיבית ממשית

30. רמקול דינאמי – חלוקה לתדרי פעולה
מימוש המסננת ברמקול:
Passive Cross-Over

31. רמקול דינאמי – חלוקה לתדרי פעולה
מסננת פסיבית – יתרונות וחסרונות:
מבנה פשוט – מחיר זול
מתאימה לרכיבי הרמקול
אחידות בייצור ובביצועים
אינה מתאימה לרמקולים מפוצלים
מתבזבז הספק – חום
מהו הפיתרון לחסרונות?

32. רמקול דינאמי – חלוקה לתדרי פעולה
מסננת אקטיבית:
Active Cross-Over

33. רמקול דינאמי – Active Cross-Over
עקומת היענות תדרים
מימוש אלקטרוני

34. רמקול דינאמי – Active Cross-Over
וכך זה נראה:
חזית גב

35. רמקול דינאמי – Multi-way System
הפרשי פאזה בין אלמנטים

36. רמקול דינאמי - סיכום
הרמקול הדינאמי הוא הנפוץ ביותר בין כל סוגי הרמקולים.
מבנה פשוט יחסי.
איכות ומחיר תלויים זה בזה (איכות = חומרים ודיוק בייצור).
מחייב סוגי רמקולים לתחומי תדרים שונים.
נדרש אמצעי לחלוקת התדרים לרמקולים לפי סוג.
נצילות אנרגיה נמוכה.
עמידות מכאנית לאורך זמן.
נוחות וורסטיליות בשימוש.

37. רמקול אלקטרוסטאטי F = q1 x q2 / d2 העיקרון הפיזיקאלי - חוק קולון:
כאשר:
F = הכוח בין שני המטענים, q1 ו- q2 = גודל המטענים החשמליים ו-d = המרחק בין המטענים
(כיוון הכוח תלוי בסוג המטענים: אם זהים, דחייה ואם שונים – משיכה)

38. רמקול אלקטרוסטאטי - מבנה
רמקול אלקטרוסטאטי - מבנה
מימוש העיקרון הפיסיקאלי

39. רמקול אלקטרוסטאטי
וכך זה נראה

40. רמקול אלקטרוסטאטי
וגם כך:

41. רמקול אלקטרוסטאטי מפרט טכני לדוגמא: 300W Power Handling
4 Ohms, 0.7 at 20kHz
Impedance 1m
Sensitivity
24 – ±3dB
Frequency Response
270 Hz
Crossover Frequency
Idle: 20W/channel, Max: 350W/channel
Mains Power Draw
150 x 32 x 52 cm
Dimensions (HxWxD)
34 kg
Weight
מפרט טכני לדוגמא:

42. רמקול אלקטרוסטאטי - סיכום
מסת הממברנה אפסית – אין בעיה להניעה בתאוצות גבוהות – דיוק כמעט מוחלט בשחזור אותות שמע מורכבים – עיוותים נמוכים במיוחד.
שטח ממברנה מאד גדול – ניתן להניע מסת אויר גדולה – מתאים לתדירויות נמוכות.
מתאימים במיוחד למוסיקה קלאסית.
מימדים – בדרך כלל רמקולים שטוחים – אין צורך בתיבת תהודה.
הגבלה במשרעת התנועה (מתחים גבוהים בין הממברנה לבין האלמנטים הצדדיים) – אין אפשרות לרדת לתדרים מאד נמוכים. מחייב שימוש ברמקול Subwoofer .
עכבה תלוית תדר. ככל שהתדר עולה העכבה קטנה והולכת – מצריך מגברים בעלי עכבת מוצא נמוכה.
קיום מתחים גבוהים – איסוף חלקיקי אבק – הורדת האיכות עם הזמן.
מוגבלים לשימוש ביתי.
מחיר גבוה, יחסית.

43. ארגזי רמקולים בעיה – מה קורה כאשר מניעים ממברנה באויר?
תופעה זו נקראת "ביטול האיפנון"

44. ארגזי רמקולים – מניעת "ביטול האיפנון"
כיצד ניתן למנוע את התופעה?
הפרדה בין החלק האחורי לקידמי של הרמקול

45. ארגזי רמקולים – Folded Bafle
רוב מגברי הגיטרות

46. ארגזי רמקולים – Sealed Enclosure (Bass Suspention)
רמקולים איכותיים, שימוש ביתי ובאולפני הקלטה

47. ארגזי רמקולים – Vented (Bass Reflex & Tuned Port)
ניצול האנרגיה המופקת בחלקו האחורי של הרמקול והעברתה קדימה.
הבעיה:
צורך בהפיכת הפאזה
הפתרון – אמצעי שיגרום לאנרגיה המופקת מחלקה האחורי של הממברה להפוך פאזה, לצאת מהארגז ולהתחבר בפאזה עם האנרגיה המופקת מחלקה הקידמי של הממברנה

48. ארגזי רמקולים – Vented (Bass Reflex & Tuned Port)
"צינור אויר" התוהד בתדירות בה רוצים להפוך את הפאזה

49. ארגזי רמקולים – Vented (Bass Reflex & Tuned Port)
האנרגיה המופקת מחלקה האחורי של הממברנה "מטיילת" בתוך הארגז עד אשר משלימה מסלול שאורכו חצי אורך גל (פאזה הפוכה למקור) ואז יוצאת החוצה

50. ארגזי רמקולים – Passive Radiator
שימוש בממברנה פסיבית לחציצה, וע"י כך, להפיכת הפאזה של האנרגיה המוקרנת מהארגז

51. ארגזי רמקולים – Transmission Line
שיטה נוספת – labyrinth (מבוך) או, Transmission Line

52. ארגזי רמקולים – Transmission Line
וזה נראה כך:

53. ארגזי רמקולים
ישנם סוגים נוספים של ארגזים המייצגים רעיונות פיסיקאליים שונים. אך נזכור תמיד כי אחת מטרתו של הארגז: לבודד בין חלקו האחורי של הרמקול מחלקו הקדמי – ביטול תופעת "ביטול האיפנון".

54. רמקולים - סיכום הרמקול ממיר אנרגיה חשמלית לאנרגיה אקוסטית.
טכניקות שונות – פיזו-אלקטרית, דינאמי ואלקטרו-סטאטי (רמקול אלקטרו-סטאטי מדוייק ביותר).
נצילות נמוכה בהמרת האנרגיה מגבלות מכניות הדורשות חלוקה לתחומי תדירויות (מסננות פסיביות ואקטיביות).
בעיית "ביטול האיפנון" – פיתרון – ארגז (צורות שונות וטכניקות שונות).

55. רמקולים
תודה שהאזנתם להרצאתי.
אריאל אריאלי