Luidspreker

De komst van de luidspreker is verweven met een aantal uitvindingen eind negentiende eeuw, zoals telefoon, fonograaf en grammofoon. In 1875 lukt het de Amerikaan Alexander Graham Bell voor het eerst om, uitgaande van een elektrisch signaal, een membraan zodanig te laten trillen dat deze eenvoudige geluiden kan produceren. Het imiteren van stemgeluid is pas een aantal jaren later mogelijk.

In dezelfde tijd werkt Thomas Alva Edison aan zijn grammofoon, een apparaat om geluid te bewaren en later weer af te spelen. Hij legt de geluidstrillingen met behulp van een naald als een groef vast op een wasrol. Als de naald later de groef aftast, komen de trillingen weer tot leven. In de loop van de tijd vervangen platte schijven de onhandige wasrollen.

Bij de eerste ontwerpen is de naald die de groef aftast direct verbonden met een membraan dat de trillingen via een hoorn afgeeft aan de lucht; een luidspreker in zijn eenvoudigste vorm. Een nadeel van dit ontwerp is de zware groeftaster, die veel slijtage veroorzaakt. De vervolgens ontwikkelde elektronische groeftaster zet de trillingen om in een elektrisch signaal. De nieuwe variant levert betere geluidskwaliteit en verlengt de levensduur van plaat en naald.

Trommelvlies
Luidsprekers zetten een elektronisch signaal om in geluid. Een geluidsdrager, bijvoorbeeld een compactdisc, bevat een uniek patroon van stippen en strepen. De cd-speler leest het patroon en zet het om in een elektronisch signaal. Nadat het signaal een geluidsversterker is gepasseerd, begint de taak van de luidspreker.

De werking van de luidspreker heeft alles te maken met de manier waarop het oor trillingen tot zich neemt. Geluid komt naar ons toe als een golf van steeds veranderende luchtdruk die zich verplaatst door luchtdeeltjes in beweging te brengen. Het trommelvlies vangt de trillingen op en gaat meevibreren. De hersenen 'vertalen' de trillingen zodat we geluid kunnen waarnemen.

Het 'trommelvlies' van de luidspreker bestaat uit een membraan dat trillingen doorgeeft aan de lucht. De kern van de speaker bevat een elektromagneet: een stroomdraad, gewonden om een stuk magnetisch metaal, zoals ijzer. Het metaal is normaal gesproken niet magnetisch, maar wanneer door de draad een elektrische stroom loopt, ontstaat een magnetisch veld. De versterker laat de elektrische stroom vele malen per seconde van richting wisselen, afhankelijk van het aangeboden signaal. De elektromagneet reageert daarop door zuid- en noordpool continu om te draaien.

In de buurt van de elektromagneet bevindt zich een permanente magneet. In hetzelfde ritme als de wisseling van beide polen wordt deze aangetrokken of afgestoten. De permanente magneet is verbonden met het membraan en laat het trillen.

Driewegsysteem
Elke speaker is gebonden aan een frequentiebereik, het minimale en maximale aantal trillingen per seconde dat het membraan aankan. De frequentie van een geluidsgolf geeft de toonhoogte aan. Hoe meer trillingen per seconde, des te hoger het geluid. Kleine speakers zijn goed in hoogfrequente geluiden. Een groot membraan heeft er moeite mee om steeds op te bollen. Kleine membranen kunnen weer niet goed langzaam vibreren –iets waar de grote wel goed in zijn– en hebben dus moeite met lage frequenties.

De amplitude –de afmeting van een trilling– zegt iets over de geluidssterkte. Een hoge amplitude veroorzaakt een grote uitslag van het membraan met als resultaat een harder geluid.

Moderne hifi-systemen (hifi staat voor high fidelity, natuurgetrouwe weergave) gebruiken gescheiden luidsprekers voor hoge en lage tonen. Een goede box bevat twee of drie speakers. Een tweewegsysteem bestaat uit een tweeter voor de hoge tonen en de veel grotere woofer die lage tonen voortbrengt. Driewegsystemen bevatten bovendien een middentoongebied. Een elektronisch filter rafelt de drie gebieden uiteen en levert elke speaker zijn eigen signaal.

Slakkenhuis
In het beperkte bereik van kleine speakers zit rek, ontdekte Bose, een Amerikaans bedrijf dat luidsprekers ontwikkelt. Ze gebruiken in kubusvormige luidsprekers, die gemakkelijk tussen duim en wijsvinger passen, een magneet die tien keer zo krachtig is als de conventionele. De sterke magneet kan het membraan (met een middellijn van ruim 5 centimeter) harder laten trillen en dus meer geluid produceren. Daarnaast speelt de vorm van de speaker een rol. Het geluid komt uit een soort slakkenhuis, waardoor ook lage frequenties mogelijk zijn.