Hund lyssnar i högtalare

Högtalaren

Ingress för att beskriva innovationen

Hund lyssnar i högtalare

Vad är det Tage lyssnar på? Kan det vara mattes röst som kommer ur tratthögtalaren? Foto: Ellinor Algin.

Högtalare

Den här högtalaren hör till en PC och används på Fotoavdelningen på Tekniska museet. Foto: Ellinor Algin.

Högtalaren sätter ett membran i rörelse och det skapar ljudvågor och ljud som vi kan höra.

Högtalaren är en del av ett ljudsystem som omvandlar elektriska signaler till ljud.

Rubrik för små genier

  • En högtalare är den del av ett ljudsystem som omvandlar elektriska signaler till hörbart ljud.
  • Högtalaren ingick i Alexander Graham Bells patent på den första telefonen 1876.
  • Uppfinningar som radion och grammofonen hade varit ganska värdelösa om de inte innehållit en högtalare.
  • En mikrofon och en högtalare har samma funktioner fast i omvänd ordning. Mikrofonen omvandlar ljudvågor till elektriska signaler medan en högtalare omvandlar elektriska signaler till ljud.
  • Ljud består av vågor. Om ett ljud har hög frekvens nås örat av många vågor på kort tid. Då får ljudet en ljus diskant, som när en syrsa spelar. Ett ljud med låg frekvens ger en mörk baston.
  • Man mäter ljudets kraft i decibel - dB. Högre ljud än 130 dB kan göra ont och skada örat. En polis- eller brandsiren ger ifrån sig ungefär 80 dB. 50 dB kan väcka en sovande person.

 

Högtalare — utan den vore världen tyst

Ljud består av vågor. När en ljudvåg når örat vibrerar trumhinnan. Vibrationerna sprids till innerörat där de omvandlas till elektriska signaler. De elektriska signalerna går sedan via hörselnerven in i hjärnan och det är då man uppfattar ljudet.

En högtalare är del av ett ljudsystem som omvandlar elektriska signaler till ljudvågor och hörbart ljud. Högtalaren ingick i Alexander Graham Bells patent på den första telefonen 1876.
Högtalare skapar ljud genom att sätta en tunn hinna, ett membran, i rörelse. När membranet rör sig framåt pressas luften ihop och när det rör sig bakåt skapas en förtunning. Rörelsen bildar ljudvågor. Ju starkare vibrationerna är desto högre blir ljudet.

Högtalare — utan den vore världen tyst

Många band har försökt spela högst i världen. Hårdrocksbandet Manowar har kallat sig världens mest högljudda band och har slagit flera ljudnivårekord under sina spelningar, senast 2008 nådde de 139 dB under en soundcheck innan spelningen på the Magic Circle Fest i Tyskland. Det högsta ljud som ska ha uppmäts under en livekonsert var när gruppen KISS spelade i Ottawa i Kanada den 15 juli 2009. Polisen ska under spelningen ha uppmätt 136 dB.

Människan har använt sig av enkla metoder för att förstärka ljud i flera tusen år. En kupad hand framför munnen är ett enkelt exempel, precis som grammofonernas tratt. Det kallas akustisk förstärkning. Numera är de flesta maskiner som förstärker och återger ljud elektroniska.

Viktig för så många

När vi till vardags pratar om en högtalare syftar vi oftast på den del av ett ljudsystem som omvandlar elektriska signaler från ett ljudinspelningsmedium till hörbart ljud. Den moderna elektroniska högtalaren har utvecklats under de senaste 200 åren. Under denna period har studier av naturfenomen, som elektricitet, magnetism och ljudvågor resulterat i en rad praktiska tillämpningar, apparater som gör det möjligt att spara och spela upp ljud på olika sätt. Högtalaren har under sin utvecklingsperiod spelat en väsentlig roll för vår kultur. Inom musik, film, tv och andra mediebranscher är ljudåtergivning väldigt betydelsefullt.

Decibel och hertz

Ljud består av vågor — men det kan vara skillnad på höga ljud och höga ljud. Ett ljud kan ha hög frekvens. Det betyder att örat nås av många trycksvängningar på kort tid. Då får ljudet ljus diskant, som när en syrsa spelar. Ett ljud med låg frekvens ger en mörk baston. En hundvisselpipa har en så hög frekvens att människor inte kan uppfatta ljudet. Däremot tycker hundar ofta att det är väldigt besvärande. Frekvens mäts i hertz, vanligtvis uppfattar vi ljud mellan 20-20 000 Hz.

Ett ljud kan också ha hög volym, som under en rockkonsert eller i en lunchmatsal. Då är det ljudtrycknivån, storleken på ljudvågorna, man mäter i något som kallas decibel och förkortas dB. Det är ett logaritmiskt mått vilket innebär att ett ljud som är 3 dB högre än ett annat är dubbelt så starkt. 139 dB är alltså dubbelt så starkt som 136 dB.

Högre ljud än 130 dB kan göra ont och skada örat. När ett flygplan startar ger motorerna ifrån sig ljud på upp till 150 dB medan en gräsklippare kan ge ifrån sig 100 dB. När man går på konsert är det vanligt med en ljudnivå på 90 dB. Högre ljud än så kan skada örat om man utsätts för dem under en längre period. 50 dB kan normalt väcka en sovande person. En polis- eller brandsiren ger ifrån sig ungefär 80 dB.

Vi börjar med talet

Under 1760-talet kartlade matematikern och fysikern Leonard von Euler (1707-1783) hur ljudsvängningar av olika frekvens bygger upp det mänskliga talet. Hans forskning öppnade för idéer om att göra maskiner som kan bevara och återge ljud. För 250 år sedan var tanken på en talande maskin svindlande.

Det frusna ljudet

I sin skildring av äventyrarna Gargantuas och Pantagruels resor från mitten av 1500-talet redogör författaren Francois Rabelais (1494-1553) för hur de under en seglats på ishavet får höra ljuden från en strid. Det visade sig att ett sjöslag stått på samma plats den vintern och att vårsolen nu tinat upp det frusna ljudet. Många har i likhet med Euler studerat ljudet och kommit fram till dess grundläggande egenskaper. Under ett berömt experiment satte forskaren Thomas Young (1773-1829) ett stift på spetsen av en stämgaffel. När stämgaffeln vibrerade mot ett sotat papper fick han fram en visuell representation av ljudvågor.

Ljud skapas av vibrationer, oavsett om det är en stämgaffel som vibrerar, luft som passerar mellan stämbanden eller två cymbaler som slås ihop. Att ljudet påverkas när det färdas genom ett medium och att det kan studsa är andra viktiga egenskaper. Språkvalv och ekotempel är exempel på lämningar efter människan där kunskapen om ljudets reflexion har kommit till bruk. I rymden finns ingen luft och därför kan inte ljud fortplantas där, en rymdstrid skulle vara alldeles tyst.

Utan högtalare ingen telefon

Andra halvan av 1800-talet blev en period då studiet av ljud banade vägen för nya applikationer som Thomas Edisons fonograf och Alexander Graham Bells telefon, vars patent från 1876 också innefattade den första patenterade högtalaren. Högtalaren är också den komponent i till exempel grammofonen och radion som skapar de ljudvågor som gör ljudet hörbart för lyssnaren.

Elektriska signaler blir ljudvågor

En aning förenklat kan man säga att en mikrofon och en högtalare fungerar på samma sätt men med omvända funktioner. Mikrofonen omvandlar ljudvågor till elektriska signaler medan en högtalare omvandlar elektriska signaler till ljud. Detta sker med hjälp av högtalarens tre huvudsakliga komponenter, membranet, permanentmagneten och spolen. Spolen är fäst vid membranet och kan röra sig omkring magneten. När spolen tar emot elektriska signaler bildas ett magnetfält. Permanentmagnetens och spolens magnetiska fält gör att spolen börjar röra på sig och därmed börjar membranet vibrera. När membranet rör sig framåt så bildas en kompression av luften och när det rör sig bakåt skapas en förtunning. Dessa kompressioner och förtunningar skapar ljudvågorna.

När ljudvågor i luften når örat så vibrerar trumhinnan. Vibrationerna sprids till innerörat där de omvandlas till elektriska signaler. De elektriska signalerna går sedan via hörselnerven in i hjärnan och det är då man uppfattar ljudet. Det hela förloppet går naturligtvis väldigt fort. Ljudvågorna färdas med en hastighet av331,5 meteri sekunden. Hastigheten varierar dock beroende på bland annat temperaturen och på vilket material vågorna färdas igenom.

Fler högtalare — bättre ljud

En högtalare med ett enda membran kan inte återge hela det hörbara frekvensområdet mellan20 — 20 000 hertz. Det är därför högtalare ofta består av fler olika högtalarelement med varierande storlekar. Ett stort membran kan återge låga toner, det vill säga basregistret. Små membraner kan återge höga frekvenser. För att man ska kunna återge ett naturtroget ljud behövs därför ofta flera högtalare som samverkar genom att återskapa olika frekvensomfång.

Facebook

Gilla oss på Facebook för att se vad som händer i utställningen och på Tekniska museet, få tips och erbjudanden.

Till facebook.com/tekniskamuseetlänk till annan webbplats, öppnas i nytt fönster

Twitter

Följ oss på Twitter för att omvärldsbevaka och få inblick i det som händer i vår värld.

Tekniska museet på Twitterlänk till annan webbplats, öppnas i nytt fönster

YouTube

Se filmer om Tekniska museets verksamhet, teknik och vetenskap.

Till Tekniska museets kanal på YouTubelänk till annan webbplats, öppnas i nytt fönster

Flickr

På Tekniska museets fotoström på Flickr hittar du fotografier ur våra bildsamlingar.

Tekniska museets på Flickrlänk till annan webbplats, öppnas i nytt fönster

Bambuser

Vi livesänder våra Nördcaféer och en del andra evenemang på Tekniska museet. Följ live eller kika i efterhand på vår Bambuserkanal.

Tekniska museet på Bambuserlänk till annan webbplats, öppnas i nytt fönster