Asi víte, že reproduktor po připojení k zesilovači přeměňuje elektrický signál na zvuk. Málokdo ale tuší, že stejný reproduktor může fungovat i opačně – jako malý elektrický generátor. Stačí pohnout jeho membránou a na svorkách se objeví elektrické napětí. Vyzkoušeli jsme jednoduchý pokus s obyčejnou reprobednou a digitálním multimetrem. Zkuste si to také.
Z čeho je složený reproduktor a kde je v něm magnet
Nejběžnějším typem je dynamický reproduktor. Jeho konstrukci výrobci audiotechniky používají už více než sto let. Existují různé velikosti a provedení, ale princip je stále stejný.
Na zadní straně reproduktoru je zabudovaný silný permanentní magnet, feritový magnet nebo u novějších typů neodymový magnet. Ten vytváří stálé magnetické pole. V jeho úzké kruhové mezeře je uložená kmitací cívka navinutá z tenkého měděného vodiče. Cívka je pevně spojená s membránou, která při pohybu rozkmitává okolní vzduch a vytváří zvuk.
Celý pohyblivý systém drží ve správné poloze pružný závěs membrány společně se středicí membránou, takzvaným spiderem. Pružné části zajišťují, aby se cívka pohybovala pouze ve směru dopředu a dozadu a přitom zůstávala přesně vystředěná v úzké mezeře magnetu.
Přesnost je důležitá – pokud by se cívka vychýlila do strany, začala by o magnet dřít a reproduktor by moc nefungoval.
Při běžném provozu se cívka pohybuje jen o několik desetin milimetru až několik milimetrů, podle typu reproduktoru. Přesto dokáže přenést dostatek energie na membránu, aby vytvořila zvuk od hlubokých basů až po vysoké tóny.
Spojení permanentního magnetu a pohyblivé cívky dělá z reproduktoru zajímavé zařízení. Stejná konstrukce umožňuje nejen přeměňovat elektrickou energii na zvuk, ale při pohybu membrány také vyrábět elektrické napětí. Na tomto principu je založený i experiment, který si můžete vyzkoušet také.
Jak reproduktor vytváří zvuk?
Po připojení zesilovače protéká cívkou střídavý elektrický proud. Ten vytváří magnetické pole, které reaguje s polem permanentního magnetu. Podle směru proudu je cívka jednou přitahována, podruhé odpuzována. Membrána se rozkmitá a vytváří zvukové vlny.
Elektrická energie se tak mění na energii mechanickou a následně na zvuk.
Reproduktor umí fungovat i obráceně
Stejný princip můžete využít i opačně. Pokud se místo elektrického proudu začne pohybovat samotná membrána, pohybuje se i cívka v magnetickém poli. Podle zákona elektromagnetické indukce se v ní začne indukovat elektrické napětí.
Reproduktor se tak na okamžik změní v jednoduchý generátor. Přesně na tomto principu pracují i dynamické mikrofony.
Zkuste si jednoduchý pokus s multimetrem
K experimentu jsme použili obyčejnou reprobednu s impedancí 8 ohmů a digitální multimetr nastavený na měření střídavého napětí AC v milivoltech.
Experiment provádějte pouze s reproduktorem či reprobednou odpojenou od zesilovače. Nikdy nemanipulujte s membránou reproduktoru připojeného k zesilovači. Pokus lze provést jen u jednoduchých, pasivních reprobeden či samotných reproduktorů. Postupujte opatrně, ať si reproduktor neponičíte. Za případné škody neručíme.
1) Nejprve jsme měřicí šňůry multimetru připojili přímo ke svorkám reproduktoru.
2) V klidovém stavu multimetr ukazoval 0 mV.
3) Následně jsme poklepali na desku, na které stojí i reprobedna. Otřesy rozkmitaly membránu natolik, že se na výstupu objevilo napětí přibližně 1,3 mV.
4) Při opatrném zatlačení na membránu reproduktoru – dávejte pozor, ať ji neprotrhnete – byl efekt už mnohem výraznější. Multimetr zobrazil přibližně 51,3 mV.
I když jde jen o několik desítek milivoltů, je to jasný důkaz, že samotný pohyb membrány dokáže vyrábět elektrickou energii.
Proč v reproduktoru vzniká střídavé napětí?
Napětí nevzniká proto, že je membrána vychýlená, ale proto, že se pohybuje.
Jakmile membránu zatlačíte dovnitř, cívka se pohybuje jedním směrem a na svorkách vznikne napětí jedné polarity.
Při návratu membrány zpět se směr pohybu obrátí a změní se i polarita napětí.
Výsledkem je střídavé napětí.
Když multimetr přepnete na měření stejnosměrného napětí DC, bude viditelná změna polarity napětí, podle směru pohybu membrány. Krátké impulsy ale běžný multimetr nemusí zachytit.
Pokud místo multimetru připojíte osciloskop, zřejmě na displeji uvidíte kladné i záporné půlvlny, podle toho, zda se membrána pohybuje dovnitř nebo ven.
Reproduktor hraje i vyrábí elektřinu
Během pokusu jsme si otestovali, že reproduktor, díky kombinaci permanentního magnetu a pohyblivé cívky, zároveň funguje jako jednoduchý elektrický generátor. Stačí opatrně rozhýbat membránu a na svorkách se objeví měřitelné elektrické napětí.
Tento jednoduchý pokus ukazuje, že elektromagnetická indukce funguje obousměrně – elektrický proud dokáže rozhýbat membránu reproduktoru – a naopak, pohyb reproduktoru dokáže vyrobit elektrický proud. Jak se pokus podařilo realizovat vám?
Vyzkoušejte i další magnetické pokusy.
