นับตั้งแต่ Micheal Faraday ค้นพบกระแสไฟฟ้า Edison ค้นพบหลอดไฟและเครื่อง Grammophone
ส่วน Marconi ค้นพบการส่งคลื่นวิทยุ โลกของไฮไฟก็อุบัติขึ้นหลังจากการถือกำเนิดของหลอดสูญญากาศ อันที่จริงในยุคเริ่มต้นของหลอดสูญญากาศ หลอดส่วนใหญ่ถูกใช้อยู่ในเครื่องรับส่งวิทยุ ส่วนการผลิตออก มาในรูปของเครื่องเสียงนั้นเกิดขึ้นยุคถัดมา เครื่ิองขยายหลอดในยุคแรกๆมีกำลังวัตต์ต่ำมากเป็น มิลลิวัตต์ แม้ในโรงภาพยนตร์เองก็ใช้เครื่องขยายขนาดประมาณ 10 วัตต์เท่านั้น หลอดที่ใช้ก็จะเป็นพวก 300B เสีย ส่วนใหญ่
เมื่อเครื่องขยายมีกำลังต่ำมากในยุคเริ่มต้นของไฮไฟ ก็ย่อมต้องเป็นหน้าที่ของลำโพงที่ต้องชดเชยจุดอ่อน
นี้ โดยการสร้างลำโพงที่สามารถให้เสียงได้ดังมากๆที่วัตต์น้อยๆ หรือเป็นลำโพงแบบ High Efficiency Loudspeaker นั่นเอง การออกแบบลำโพงให้มีความไวสูงมากๆจึงเป็นเรื่องที่จำเป็น ลำโพงส่วนใหญ่ใน
ยุคนั้นล้วนมีความไวเกิน 100 dB
แทบทั้งสิ้น ลำโพงแบบประสิทธิภาพสูงก็มีข้อดีข้อด้อยของตนเอง ข้อดี
คือ
ความไวของลำโพง ส่วนข้อด้อยคือการตอบสนองความถี่เสียงที่ไม่ราบเรียบโดยเฉพาะเสียงทุ้ม
การออกแบบให้ลำโพงมีความไวสูง ต้องออกแบบให้มวลที่เคลื่อนที่ต่ำที่สุดหรือเบาเพื่อไม่ให้เสียกำลังขับ เคลื่อนมากนัก การขับเสียงความถี่สูงไม่เป็นปัญหา แต่กับความถี่ต่ำแล้วมักจะเป็นจุดอ่อนของลำโพง
ประเภทนี้ลองคำนวณดูคร่าวๆจากสูตร v = ƒ*L เมื่อ v เป็นความเร็วของเสียงในอากาศซึ่งเป็นค่าคง ที่ที่
1120 ฟุต/วินาที
ƒ เป็นค่าความถี่เสียง ส่วน L คือความยาวคลื่นเสียง
พบว่าที่ 20 Hz เสียงจะมี ความยาวคลื่นถึง 56 ฟุต ซึ่งสำหรับยุคนั้นเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้เลยที่ลำโพงจะสร้างคลื่นความถี่ต่ำขนาด นั้นได้
วิศวกรในยุคนั้นแก้ปัญหานี้โดยการสร้างระบบตู้ลำโพงแบบที่เรียกว่า Horn-Loaded Enclosure หรือตู้ ฮอร์น
ซึ่ึ่งมีทั้งแบบ Front-Loaded Horn และ Back-Loaded Horn แต่ละแบบก็มีข้อดีข้อเสียของตัวเอง
การทำงานของตู้ฮอร์นก็เพื่อขยายคลื่นเสียงความถี่ต่ำจากลำโพงให้ดังมากขึ้น โดยหลักการคล้าย
หลักการทำงานของทรานสฟอร์เมอร์ โดยคลื่นเสียงจะเดินทางผ่านช่องแคบที่ค่อยๆขยายออกจนถึง ปากฮอร์น
ซึ่งความถี่ต่ำเท่านั้นที่เดินทางไปได้ ส่วนความถี่กลางและแหลมจะถูกดูดซับไว้จาก Chamber หลังลำโพง และตลอดความยาวของฮอร์นแบบ Back Loaded ลำโพงจะให้เสียงต่ำได้ลึกแค่ไหนขึ้นกับ ขนาดของปากฮอร์น ยิ่งใหญ่ก็ยิ่งลึก โดยทั่วไปปากฮอร์นจะถูกออกแบบให้มีขนาดเท่า 1/4 ของความยาว คลื่นที่ต้องการ เช่น ที่ 50 Hz คลื่นเสียงจะมีความยาว
22.4 ฟุต และที่ 1/4 ของความยาวคลื่นจะมีความ
ยาว
5.6 ฟุต ซึ่งก็คือขนาดของปากฮอร์นนั่นเอง
การออกแบบลำโพงฮอร์นบางรุ่นจะใช้ผนังห้องหรือมุมห้องเป็นส่วนหนึ่งของปากฮอร์นไปเลยก็มี เช่น KLIPSCH HORN เป็นต้น
เป็นไงบ้างครับ คงพอจะจินตนาการกันออกว่าลำโพงฮอร์นนั้นจะใหญ่โต
โอฬารแค่ไหนเพียงเพื่อให้ได้เสียงทุ้มลึกที่ต้องการ แล้วห้องฟังละครับควรจะมีขนาดใหญ่แค่ไหน คงไม่
ต้องบรรยายต่อนะครับ
หลังจากยุคเฟื่องฟูของหลอดก็มาสู่ยุคของทรานซิสเตอร์ ซึ่งข้อดีของทรานซิสเตอร์ที่เห็นได้ชัดคือ เล็ก
เบา
กินไฟน้อยกว่า และเสียงดังกว่า สำหรับทรานซิสเตอร์แล้วการออกแบบให้แอมป์มีกำลังสูงๆระดับ
1000 W.
ไม่ใช่เรื่องยาก เมื่อแอมป์มีกำลังที่สูงขึ้น ข้อจำกัดในการออกแบบลำโพงก็น้อยลง คือไม่ต้อง เน้นเรื่องประสิทธิภาพหรือความไวจนเกินไป เอาแค่พองามก็พอ ดังนั้นการออกแบบลำโพงจะเน้นเรื่อง
ความถี่ตอบสนองที่ราบเรียบมากยิ่งขึ้น จากเดิมที่ลำโพงมีเสียงกลางและแหลมที่เด่นวิศวกรจะเพิ่มมวล ของลำโพงให้สูงขึ้น เมื่อมวลสูงขึ้นการตอบสนองความถี่ต่ำก็ราบเรียบขึ้น ในทางกลับกันการตอบสนอง ความถี่กลางและแหลมจะด้อยลงพร้อมกับประสิทธิภาพของลำโพงที่ด้อยลงดังเช่นลำโพงทั่วไปในปัจจุบัน
ถ้าจะแบ่งตลาดลำโพงในปัจจุบันตามความไวของลำโพง ก็พอแบ่งออกได้เป็น 3 กลุ่มดังนี้
- กลุ่มความไวต่ำ มีค่าความไวประมาณ 84-88 dB
- กลุ่มความไวปานกลาง มีค่าความไวประมาณ 89-92 dB
- กลุ่มความไวสูง มีค่าความไวประมาณ 93 dB ขึ้นไป
หากท่านไม่คุ้นเคยหน่วย dB ก็คือความดังของเสียง เมื่อวัดที่ระยะห่าง 1 เมตร และใช้สัญญาณ 1 วัตต์ ป้อนเข้าสู่ลำโพง
แล้วหน่วย dB สำคัญอย่างไร สำคัญมากครับลองมาอ่านกันต่อจะทราบเอง มีเครื่องมือ ง่ายๆที่ใช้วัดความดังของเสียงเป็น dB แบบง่ายๆ คล้ายกับที่ตำรวจจราจรใช้ เรียกว่า Sound Pressure Level Meter สามารถหาซื้อได้ที่ร้านนัฐพงษ์ ริมคลองหลอด สามารถใช้วัดความดังและการตอบสนอง ความถี่ของลำโพงได้ มีประโยชน์มากในการ Tune เสียงของห้องฟัง
และสำหรับคนที่ชอบออกแบบ Crossover Network ของลำโพงเอง
สิ่งหนึ่งที่เราควรทราบก็คือว่า ความดังโดยเฉลี่ยที่เราฟังเพลงกันนี่ ดังสักขนาดไหน พอจะสรุปตัวเลขแบบ
คร่าวๆได้ดังนี้ครับ
- ฟังเพลงดังพอประมาณ 80-90 dB
- ฟังเพลงค่อนข้างดัง 90-100 dB
- ฟังเพลงดังมาก >100 dB
การฟังเพลงดังเกินกว่า 100 dB นั้นไม่แนะนำนะครับ เพราะเป็นอันตรายต่อประสาทหู ควรถนอมไว้ฟัง
เพลงเพราะๆดีกว่าครับ นักฟังอีกกลุ่มที่มักฟังเสียงดังมากโดยไม่รู้ตัวคือ นักฟังที่นิยมหูฟัง อันนี้ควรระวัง
มากๆนะครับ ขนาดในดิสโกยังระบุมาเลยไม่ให้เกิน 90 dB ไม่งั้นโดนจับ
เรื่องค่าความไวของลำโพงนั้นมีความสำคัญมากกับความดังของเสียงที่ได้จากลำโพง ทุก 3 dB ที่ดังเพิ่ม
ขึ้นนั้นต้องใช้กำลังจากเครื่องขยายเสียงเป็น 2 เท่าเสมอ ตามสูตร
dB = 10 log (P2/P1)
= 10 log (100W/50W)
= 10 log 2
= 10 x 0.3 = 3 dB เท่านั้นเอง
จากสูตรและตัวอย่างการคำนวณแบบง่ายๆข้างต้น จะพบว่าหากเดิมใช้แอมป์ขนาด 50 W ในการขับลำ
โพงคู่หนึ่งแล้วเปลี่ยนแอมป์ให้มีกำลังเพิ่มอีกเท่าตัว เป็น 100 W ปรากฏว่าเสียงที่ได้ยินไม่ได้ดังขึ้นอีก
เท่าตัว แต่กลับดังขึ้นเพียง 3 dB เท่านั้น ซึ่งน้อยมาก ท่านที่กำลังอยากจะเปลี่ยนแอมป์ควรพิจารณาข้อนี้
ให้ดี
เพื่อไม่ให้ผิดหวัง
ลองตามมาดูกันต่อครับ สมมุติว่าเราใช้ลำโพงความไว 86 dB กับแอมป์ขนาด 100 W ใน system
ชุดแรก ขณะที่ชุดที่ 2 เราใช้ลำโพงฮอร์นความไว 103 dB กับแอมป์หลอดประเภท Single End ขนาด
2 W แล้วเปรียบเทียบดูว่าชุดใด
จะให้เสียงได้ดังกว่ากัน
