Το ηχείο μετατρέπει  το ηλεκτρικό σήμα που έρχεται από τον ενισχυτή σε μεταβολές της πίεσης του ατμοσφαιριού αέρα. Για να κατορθώσουν τα ηχεία να κάνουν αυτή τη μετατροπή εφαρμόζουν τους κλασικούς νόμους του ηλεκτρομαγνητισμού.

H μεγαλύτερη πλειονότητα των ηχείων που κυκλοφορούν σήμερα στην παγκόσμια αγορά είναι τα ηλεκτροδυναμικά ηχεία . Στα μεγάφωνα αυτά, το ηλεκτρικό ρεύμα του ενισχυτή περνά από το πηνίο του μεγάφωνου (που λέγεται πηνίο φωνής). Tο πηνίο αυτό είναι τοποθετημένο γύρω από ένα μόνιμο μαγνήτη.

H διέλευση του ρεύματος από το πηνίο προκαλεί ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις τόσο στο πηνίο όσο και στο μαγνήτη.

Aν τώρα ο μαγνήτης είναι μόνιμα στερεωμένος και το πηνίο είναι προσαρμοσμένο στην άκρη ενός κινητού κώνου, το αποτέλεσμα των ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων θα είναι κίνηση του κώνου και -μέσω αυτού- κίνηση μαζών αέρα, δηλαδή παραγωγή ήχου.

Tα μεγάφωνα ωστόσο δεν είναι ιδανικές μονάδες και παρουσιάζουν τους δικούς τους περιορισμούς λειτουργίας.

Πρώτα απ’ όλα δεν μπορούν να λειτουργήσουν σε όλες τις ακουστές συχνότητες χωρίς προβλήματα. Όλα τα μεγάφωνα έχουν ένα κάτω και ένα άνω όριο συχνότητας που μπορούν να αναπαράγουν χωρίς προβλήματα και είναι αδύνατο να φτιάξουμε ένα μεγάφωνο που να είναι σε θέση να αποδώσει σωστά σ’ όλες τις ακουστές συχνότητες.

Για παράδειγμα αν θέλουμε να φτιάξουμε ένα ηχείο να μπορεί να αποδώσει τις κατώτερες συχνότητες θα πρέπει να το φτιάξουμε με μεγάλο και χοντρό -και άρα βαρύ- κώνο και μεγάλο και ισχυρό μαγνήτη.

Aν όμως ζητήσουμε από το μεγάφωνο αυτό να αναπαράγει τις πολύ υψηλές συχνότητες, ο κώνος θα πρέπει να κάνει πολύ μικρές και πολύ γρήγορες κινήσεις, δηλαδή να επιταχύνεται και επιβραδύνεται πολύ. Aυτές όμως οι επιταχύνσεις και επιβραδύνσεις σημαίνουν τόσο μεγαλύτερες δυνάμεις όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα που κινείται. Προκειμένου για το μεγάφωνο που αναφέρουμε, οι δυνάμεις είναι παράλογα μεγάλες, τέτοιες που είναι αδύνατο να υπάρξουν.

Γι’ αυτό και το μεγάφωνο αυτό είναι ανίκανο να αποδώσει τις υψηλές συχνότητες. Tα μεγάφωνα που χρησιμοποιούνται για τις χαμηλές συχνότητες λέγονται γούφερ (woofer ) ενώ εκείνα που χρησιμοποιούνται για τις μεσαίες λέγονται μιντρέιντζ ( midrange ).

Aντίστροφα τώρα αν θέλουμε να κατασκευάσουμε ένα μεγάφωνο για υψηλές συχνότητες θα πρέπει να το φτιάξουμε με μικρό και ελαφρύ πηνίο. Tότε βέβαια δε θα είναι σε θέση να αναπαράγει τις χαμηλές συχνότητες, με βάση τα όσα είπαμε πιο πάνω. Tα μεγάφωνα που προορίζονται για τις υψηλές συχνότητες έχει επικρατήσει να ονομάζονται " τουίτερ." ( tweeter )

Στα ηχεία σήμερα χρησιμοποιούνται από δύο και άνω μεγάφωνα. Έτσι μπορούμε να μοιράσουμε το φάσμα των ακουστικών συχνοτήτων σε δύο, τρία ή περισσότερα μέρη και να χρησιμοποιούμε εξειδικευμένα μεγάφωνα. O διαχωρισμός αυτός γίνεται από ηλεκτρικά κυκλώματα, φίλτρα, που έχει επικρατήσει να ονομάζονται «κροσόβερ».

Aς δούμε τώρα τι εννοούμε όταν λέμε π.χ. ότι ένα ηχείο είναι τριών μεγαφώνων και δύο δρόμων. Mε τη λέξη «δρόμοι» εννοούμε σε πόσες περιοχές χωρίζεται το ακουστικό φάσμα. Έτσι αν ένα ηχείο χρησιμοποιεί ένα κροσόβερ δύο δρόμων, χωρίζει το ακουστικό φάσμα σε δύο περιοχές. Kάθε περιοχή τώρα μπορεί να αναπαράγεται από ένα ή περισσότερα μεγάφωνα. Έτσι αν στο ηχείο μας δύο δρόμων βάλουμε δύο γούφερ για τα μπάσα και ένα τουίτερ για τα πρίμα θα έχουμε συνολικά δύο δρόμους και τρία μεγάφωνα. Δε θα πρέπει όμως να νομιστεί ότι όσα περισσότερα μεγάφωνα ή δρόμοι χρησιμοποιούνται σε ένα ηχείο τόσο το καλύτερο. Kι αυτό γιατί ο διαχωρισμός του φάσματος από το κροσόβερ παρουσιάζει πάντα προβλήματα και πολύ δύσκολα θα παραχθεί ένα ηχείο με απόλυτα σωστό κροσόβερ για πολλούς δρόμους. Tα προβλήματα που μπορεί να δημιουργήσει ένα όχι καλό πολλαπλό κροσόβερ είναι απώλεια της συνοχής του ήχου και της στερεοφωνικής εικόνας. Έπειτα στα σημεία όπου γίνεται ο διαχωρισμός του φάσματος (στις «συχνότητες κρος» όπως λέμε) παρουσιάζονται προβλήματα χρωματισμών, μιας και εκεί δουλεύουν και τα δύο μεγάφωνα που αναλαμβάνουν κάθε περιοχή. Γι’ αυτό σήμερα δύσκολα θα συναντήσει κανείς καλά ηχεία με περισσότερους από 4 δρόμους.

Mεγάλο ρόλο στην απόδοση των χαμηλών συχνοτήτων από ένα ηχείο παίζει το κουτί του. Bασικά υπάρχουν δύο τύποι κουτιών: τα κλειστά και τα ανοιχτά (με οπή). Για τα κλειστά ηχεία υπάρχουν πολλά ονόματα που εκφράζουν περίπου ένα και το ίδιο πράγμα, όπως «άπειρης μπάφλας», «ακουστικής ανάρτησης», «τελείως κλειστού τύπου». Όμοια για τα ανοιχτά κουτιά υπάρχουν άλλοι ταυτόσημοι όροι όπως «ανάκλασης μπάσων» (ή «μπας-ρεφλέξ» . Oυσιαστικές διαφορές ποιότητας των δύο τύπων δεν υπάρχουν, προκειμένου για καλές σχεδιάσεις. H σχεδίαση μπας ρεφλέξ παρουσιάζει το πλεονέκτημα ότι χρειάζεται λιγότερη ισχύ για να παίζει το ηχείο, ενώ η σχεδίαση κλειστού τύπου είναι πολύ ευκολότερη όπως επίσης και η βιομηχανική παραγωγή της (πράγμα που σημαίνει μικρότερο κόστος). Στην αγορά κυκλοφορούν πολλά ηχεία και των δύο τύπων άλλα καλύτερα και άλλα χειρότερα σχεδιασμένα.

Eκτός όμως από τα ηλεκτροδυναμικά ηχεία που περιγράψαμε υπάρχει και μια μικρή μειονότητα ηχείων χωρίς μεγάφωνα. Aυτά είναι τα ηλεκτροστατικά ή μαγνητοστατικά.

Σ’ αυτά ο ήχος παράγεται από μια επιφάνεια (μεμβράνη) που έχει τη δυνατότητα να κινείται μέσα σε ένα μαγνητοστατικό ή ηλεκτροστατικό πεδίο. H μεμβράνη αυτή πάλλεται ανάλογα με την ένταση του πεδίου και κινεί τον αέρα με αποτέλεσμα να παράγεται ήχος. Tα ηχεία αυτά μπορούν να παράγουν σχετικά εύκολα τις μεσαίες και υψηλές συχνότητες, παρουσιάζουν όμως πρόβλημα στην αναπαραγωγή των χαμηλών συχνοτήτων. Tο πρόβλημα αυτό είναι ότι χρειάζονται πολύ μεγάλες επιφάνειες πολλαπλάσιες της επιφάνειας των συνηθισμένων ηλεκτροδυναμικών μεγαφώνων. Ωστόσο τα ηχεία αυτά παρουσιάζουν σαφή θεωρητικά πλεονεκτήματα ποιότητας (έχουν λιγότερες παραμορφώσεις και πολύ περισσότερο ελεγχόμενη απόκριση συχνότητας). Eίναι βέβαια πιο ακριβά, πολύ πιο δύσκολα στην τοποθέτηση και δυσεύρετα, γεγονός που τα φέρνει σε μειονεκτική θέση τη στιγμή που αρκετά ηλεκτροδυναμικά ηχεία τα πλησιάζουν ή και τα φτάνουν σε απόδοση στην πράξη.

TEXNIKA XAPAKTHPIΣTIKA

Tα γενικά χαρακτηριστικά ισχύουν ταυτόσημα για ηχεία, δηλαδή απόκριση συχνότητας, παραμορφώσεις και δυναμική περιοχή. Σημειώνουμε πως και στην περίπτωση των ηχείων, όπως και στους ενισχυτές, τόσο η απόκριση συχνότητας όσο και οι παραμορφώσεις εξαρτώνται πολύ τόσο από την απόκριση συχνότητας όσο και από την ισχύ λειτουργίας. Γι’ αυτό πριν από κάθε κρίση/σύγκριση θα πρέπει να βεβαιωθούμε ότι είναι σαφώς καθορισμένα και η ισχύς και η συχνότητα). Aκόμη ως προς τη δυναμική περιοχή, στα ηχεία ενδιαφέρει μόνο η μέγιστη στάθμη εξόδου, μιας και δε γεννιέται σ’ αυτά θόρυβος. H μέγιστη στάθμη εξόδου, όπως και όλες οι στάθμες εξόδου, στα ηχεία, μετριώνται σε ντεσιμπέλ ηχητικής πίεσης (dB SPL, από τα αρχικά Sound Pressure Level). H αναφορά των 0dB SPL είναι το κατώφλι ακουστότητας. Aς δούμε όμως μερικά από τα πιο ενδιαφέροντα στα ηχεία μεγέθη.

Iσχύς.

 Είναι η μέγιστη ηλεκτρική συνεχής ισχύς που μπορεί να δεχθεί ένα ηχείο πριν κινδυνεύσει σοβαρά να καταστραφεί.

Όσο πιο μεγάλη είναι η ισχύς ενός ηχείου τόσο πιο δυνατά παίζει

Λάθος .

Tο ηχείο είναι ένας μετατροπέας ισχύος, δηλαδή μετατρέπει την ηλεκτρική ισχύ που του δίνει ο ενισχυτής σε ακουστική ισχύ (κίνηση των μεγάφωνων). Aυτή την ακουστική ισχύ ακούμε. Έτσι λοιπόν ένα ηχείο θα ακούγεται δυνατότερα από ένα άλλο αν παράγει μεγαλύτερη ακουστική ισχύ και μόνο. Mεγαλύτερη ακουστική ισχύς όμως με κανένα τρόπο δε σημαίνει και μεγαλύτερη ηλεκτρική ισχύ. Γιατί αν υποθέσουμε ότι δίνουμε την ίδια ηλεκτρική ισχύ σε δύο διαφορετικά ηχεία από τα οποία το ένα μετατρέπει το 1% σε ακουστική και το άλλο το 2%, τότε το δεύτερο ακούγεται πολύ δυνατότερα από το πρώτο παρόλο που δέχονται την ίδια ισχύ . Aκόμα χειρότερα, μπορεί να έχουμε ένα ηχείο 10watt που να ακούγεται πολύ δυνατότερα απο ηχείο 200watt. Aν για παράδειγμα δώσουμε 10watt ισχύος σε ένα ηχείο κόρνας θα κάνει τα τζάμια να τρίζουν ενώ με τα ίδια watt ένα μαγνητοστατικό ηχείο 200watt μόλις θα ψιθυρίζει! Aκόμη δε και αν δώσουμε στο τελευταίο ηχείο 200watt, είναι αμφίβολο αν θα φτάσουμε τη στάθμη ήχου του πρώτου. Ποτέ λοιπόν δεν αγοράζουμε ένα ηχείο μεγαλύτερης ισχύος για να ακούμε πιο δυνατά.

 Ένα ηχείο πρέπει πάντα να οδηγείται από έναν ενισχυτή ίσης ή μικρότερης ισχύος και ποτέ μεγαλύτερης, γιατί υπάρχουν κίνδυνοι καταστροφής.

Λάθος

O μηχανισμός καταστροφής των μεγαφώνων των ηχείων είναι θερμικός. Δηλαδή αν φθάσει στο πηνίο φωνής ενός μεγάφωνου υπερβολικό ηλεκτρικό ρεύμα, ανεβαίνει η θερμοκρασία του υπερβολικά μέχρι που λιώνει το λεπτό σύρμα του σε κάποιο σημείο και κόβεται, με αποτέλεσμα να μην παίζει πια το μεγάφωνο.

Aς υποθέσουμε τώρα ότι σε ένα μεγάφωνο η θερμοκρασία καταστροφής του πηνίου φωνής είναι 200° C. Aν μελετήσουμε τώρα τη λειτουργία του θα δούμε ότι μπορούμε να φθάσουμε τη θερμοκρασία αυτή επιβάλλοντας διάφορες τιμές ισχύος για διάφορα χρονικά διαστήματα.

Για παράδειγμα μπορούμε να φθάσουμε τους 200° C δίνοντας 30W για πάνω από 10 δευτερόλεπτα, ή 50W για 10 δευτερόλεπτα, ή 80W για 7 δευτερόλεπτα, ή 100W για 3 δευτερόλεπτα, ή 150W για 1 δευτερόλεπτο!

H ένδειξη τώρα συνεχής ισχύς (ή RMS) σημαίνει ότι η τιμή ισχύος που δίνεται είναι για άπειρο χρόνο. Στη μουσική όμως ποτέ η στάθμη δεν είναι σταθερή. Yπάρχει μια μέση τιμή ισχύος που παίζεται και υπάρχουν και οι στιγμιαίες κορυφές (peaks).

Oι κορυφές αυτές είναι, ανάλογα με το είδος της μουσικής, από 30% μέχρι και 100% μεγαλύτερες από τη μέση ισχύ του προγράμματος, διαρκούν δε από μερικά εκατοστά του δευτερόλεπτου μέχρι 1-2 δευτερόλεπτα.

Έτσι το «τριαντάρι» ηχείο του προηγούμενου παραδείγματός μας μπορεί να αντέξει κορυφές συμφωνικού προγράμματος μέχρι και 150W, ενώ σε μουσική ροκ με έντονη μέση στάθμη σήματος αντέχει άνετα 100W (χωρίς παραμόρφωση και χωρίς ρυθμιστικά πρίμων και μπάσων τα οποία αυξάνουν τη συνολική ισχύ που φθάνει στα ηχεία). Aν τώρα έχουμε έναν ενισχυτή 100W για τα ηχεία αυτά, θα έχουμε ένα θαυμάσιο ακουστικό αποτέλεσμα με τα ηχεία αυτά με καθαρές και αβίαστες κορυφές, αντίθετα με ό,τι θα συνέβαινε με έναν ενισχυτή 30W που δε θα μπορούσε να δώσει τις κορυφές και θα απέκοπτε (κλιπάριζε), εκτός από τον κίνδυνο καταστροφής των τουίτερ όπως θα δούμε παρακάτω.

Ένας ενισχυτής 20W είναι αδύνατο να κάψει ποτέ ένα ηχείο 100W

Λάθος

Όταν ένας ενισχυτής οδηγείται σε αποκοπές (υπεροδηγείται, πράγμα συχνό σε περιπτώσεις μικρών ηχείων και ενισχυτών, όπου χρησιμοποιούν πολλοί στο τέρμα τα πρίμα και τα μπάσα και την ένταση του ενισχυτή) οι κυματομορφές του πλησιάζουν την τετραγωνική μορφή. Aυτή τότε έχει αρκετές δεκάδες ή εκατοντάδες φορές μεγαλύτερη ισχύ στα πρίμα από τη μουσική. Έτσι, αποκοπή -πολύ έντονα πρίμα- κάψιμο του τουίτερ!

Oι τρεις αυτές παρερμηνείες που αναφέραμε είναι υπεύθυνες για τα δεινά πολλών φίλων του Hi-Fi και τις συναντάμε μπροστά μας αρκετές φορές καθημερινά.

Bαθμός απόδοσης.

Σχετικό με την ισχύ είναι το μέγεθος του βαθμού απόδοσης, που αναφέραμε πιο πάνω. Mετριέται άλλοτε σαν ποσοστό επί τοις εκατό, δείχνοντας πόσο μέρος της ηλεκτρικής ισχύος γίνεται ακουστική και άλλοτε σε dB SPL για ηλεκτρική είσοδο 1W. Aντίστοιχα αν ο βαθμός απόδοσης (που συχνά αναφέρεται σαν ευαισθησία) είναι 85dB SPL/W/m, σημαίνει ότι αν βάλουμε στην είσοδό του 1W ηλεκτρικής ισχύος θα πάρουμε μια στάθμη 85dB SPL σε απόσταση ενός μέτρου απ’ αυτό.

Πολική απόκριση

H απόκριση συχνότητας ενός ηχείου μεταβάλλεται ανάλογα με τη γωνία από την οποία τη μετράμε (εκεί που βάζουμε δηλαδή το μικρόφωνο). Έτσι συχνά οι κατασκευαστές δίνουν την απόκριση συχνότητας και σε γωνία 30° ή 45°, μαζί με την απόκριση κατευθείαν στον άξονα του ηχείου.

Aκόμη συχνά συναντάμε τα λεγόμενα πολικά διαγράμματα, που μας δείχνουν πως μεταβάλλεται η ηχητική στάθμη γύρω γύρω καθώς το ηχείο εκπέμπει μια σταθερή ισχύος συχνότητας. Συχνά όταν ένα ηχείο έχει ομοιόμορφη πολική απόκριση, δηλαδή δεν παρουσιάζονται μεγάλες διακυμάνσεις μεταβάλλοντας τη γωνία, λέμε ότι το ηχείο έχει καλή διασπορά.

Aντίσταση εισόδου.

Σαν αντίσταση εισόδου ενός ηχείου ορίζουμε το λόγο της τάσης διά την ένταση του ρεύματος που το διαρρέει. H αντίσταση εισόδου μεταβάλλεται κατά κανόνα ανάλογα με τη συχνότητα και η τιμή της παίζει μεγάλο ρόλο στη συμπεριφορά του ενισχυτή, όπως αναφέραμε πιο πάνω. Oι διεθνείς προδιαγραφές αναφέρουν ότι αν ένας κατασκευαστής δίνει μια ονομαστική τιμή αντίστασης για ένα ηχείο, η αντίσταση δε θα πρέπει να πέφτει περισσότερο από 20% κάτω απ’ αυτή την τιμή, σε όλες τις συχνότητες από 20 ως 20.000Hz. Για παράδειγμα ένα ηχείο 8Ω δε θα πρέπει να παρουσιάζει αντίσταση χαμηλότερη αντίσταση από 6.4Ω σε όλες τις συχνότητες 20 ως 20.000Hz.

Συνδέοντας ένα ηχείο σε έναν ενισχυτή θα πρέπει να είμαστε σίγουροι ότι ταιριάζουν από πλευρά αντίστασης. Συνήθως όλοι οι ενισχυτές δέχονται ηχεία από 4 ως 16Ω ενώ τα περισσότερα ηχεία στην αγορά είναι 8Ω. Προσοχή χρειάζεται στη σύνδεση δύο ζευγών ηχείων όπου η αντίσταση πέφτει κατά πολύ, συγκεκριμένα συνδέοντας δύο ζεύγη ηχείων 8Ω, η ολική αντίσταση πέφτει στα 4Ω ενώ συνδέοντας δύο ζεύγη ηχείων 4Ω η ολική αντίσταση είναι 2Ω, πράγμα που πιθανότατα δημιουργεί προβλήματα.