Reproduktory jsou elektro-akustické měniče, tj. zařízení (elektrické stroje), které přeměňují elektrickou energii na mechanickou energii ve formě zvuku. Obvykle se skládají z membrány, z pohonné části, do které je přiváděn vstupní signál a dalších dílů. Zvláštním případem malých reproduktorů jsou sluchátka.
Tento princip pohonu je nejběžnější. Základem těchto reproduktorů je cívka a permanentní magnet. Cívka se pohybuje ve válcové štěrbině mezi pólovými nástavci magnetického obvodu. Princip činnosti spočívá v působení síly na vodič, kterým protéká elektrický proud v magnetickém poli. Síla se přenáší na membránu a způsobuje její pohyb.
Kromě konvenčních typů existují zvláštní provedení:
Tento princip není dnes příliš používán. Základem je membrána, např. z tenkého železného plechu, kterou přitahuje pevně umístěná cívka s jádrem (elektromagnet), nebo malý magnet, umístěný v poli budící cívky, který pohybuje s membránou. V historii se na tomto principu vyráběly např. sluchátka pro spojaře nebo telefonii a také reproduktory k radiopřijímačům. Výhodou je poměrně jednoduchá konstrukce, nevýhodou většinou značné zkreslení a omezený frekvenční rozsah.
Membrána z tenké fólie s vodivou vrstvou bývá umístěna mezi dvě pevné elektrody,[4] obvykle ve tvaru sítěk. Reproduktor pracuje na principu vzájemného přitahování a odpuzování elektricky nabitých desek. Podle uspořádání a vzdálenosti elektrod vyžaduje značně velké provozní a polarizační napětí (stovky až tisíce voltů). Mohou být vyráběny jako vysokotónové, nebo i širokopásmové, ovšem vyžadují značné rozměry. Na stejném principu se konstruují i vysoce kvalitní sluchátka.
Využívá se piezoelektrického jevu. Destička z piezomateriálu je mechanicky spojena s vhodnou membránou, nebo přímo tvoří membránu. Použití je spíše pro levné vysokotónové jednotky (malá výchylka membrány), nebo pro tlakové měniče i poměrně velkých výkonů (malé sirény apod.). Jejich zásadní nevýhodou je poměrně nerovnoměrná frekvenční charakteristika a větší zkreslení. Výhodou bývá poměrně vysoká účinnost, jednoduchá konstrukce a nízká cena.
Tyto reproduktory nemají membránu.[1] Využívá se změn tlaku vzduchu, vyvolaných korónou nebo obloukovým výbojem. Na tomto principu se dají realizovat převážně vysokotónové měniče, výhodou je kmitočtový rozsah, neomezovaný hmotností membrány. Přestože je princip znám dlouho a experimenty se prováděly již kolem roku 1900, je použití reproduktorů na tomto principu velmi okrajové. Ve starší literatuře se pro tyto měniče používá označení ionofon.
V praxi se tohoto principu běžně nepoužívá. Tradují se informace o sporadickém použití pro vytváření extrémně vysokých zvukových hladin, např. pro simulaci hluku při testech dílů pro letectví a kosmonautiku. Principem je modulace unikajícího stlačeného vzduchu z kompresoru pomocí ventilu, ovládaného budícím signálem. Na stejném principu, s ventilem ovládaným nikoliv elektricky, ale mechanicky – přenoskou – byly počátkem 20. století vyráběny i gramofony.
Zajímavý princip reproduktoru představuje tzv. rotary woofer[zdroj?] (nezaměňovat s rotujícími reproduktory – Leslie efekt). V otvoru ozvučnice se otáčí lopatky ventilátoru, u kterého se náklon lopatek mění budícím signálem. Princip připomíná fenestron. Použití je zvláště pro velmi nízké frekvence a generování infrazvuku.
Jeden z méně obvyklých principů se v praxi častěji používá, a to pohon membrány pomocí servomotoru. Membrány – obvykle více membrán, např. 2 nebo 4 – jsou táhly napojeny na obvod kotouče, který je pootáčen pomocí servomotoru. Membrány tak konají pístový pohyb, vynucovaný natáčením serva. Použití je pouze pro nízké kmitočty a poměrně velké výkony.
Existují další fyzikálně možné principy, ale jejich použití je spíše v rovině pokusů. Mezi ně patří např. využití magnetostrikčního jevu, který se používá u měničů pro ultrazvuk, nebo využití Johnsen-Rahbeckova jevu[5] (změna součinitele tření mezi vodičem a polovodičem vlivem změny elektrického potenciálu).
Podle účelu použití většina výrobců odlišuje několik různých skupin. Nejčastěji to bývá:
Dělení není jednotné ani závazné, některé výrobky mají vlastnosti, které jim dovolují použití pro různý účel. Také je do jisté míry na tom kterém výrobci, jak ve svém výrobním programu reproduktory rozdělí.
Z hlediska frekvenčního rozsahu se vyrábějí reproduktory s různými vlastnostmi. Je to dáno jednak jejich účelem jednak fyzikálními vlastnostmi jednotlivých konstrukcí. Některé reproduktory se provozují jen v úzkém frekvenční pásmu, např. o šířce jen jedné oktávy (např. v sirénách), nebo např. pouze v pro přenos řeči v telekomunikační technice (obvykle požadovaný rozsah od několika set Hz po 3–5 kHz), některé jsou určeny pro přenos zvuku v levné spotřební elektronice, domácích Hi-Fi soupravách nebo profesionálních ozvučovacích systémech. Různé nároky na požadované vlastnosti (výkon, rozměry, účinnost, frekvenční charakteristika, zkreslení, cena aj.) daly vzniknout široké škále vyráběných typů.
Pro vysoce kvalitní přenos zvuku se obvykle požaduje co nejširší přenášený frekvenční rozsah, nejlépe v celém slyšitelném pásmu (20 Hz až 20 kHz). Z mnoha důvodů je výroba reproduktoru, který by celé takto široké pásmo přenesl, velmi obtížná. Na takový reproduktor jsou kladeny zcela protichůdné požadavky. Např. pro přenos nízkých frekvencí je vhodné, aby reproduktor měl tuhou membránu velkých rozměrů, což znamená i dosti značnou hmotnost kmitajících částí, naopak pro přenos vysokých frekvencí je nutné mít membránu velmi lehkou. Proto je výhodné přenášet celý požadovaný frekvenční rozsah pomocí více různých měničů, které jsou optimálně přizpůsobeny pro dílčí, poměrně úzká frekvenční pásma. Z těchto reproduktorů se sestavují reprosoustavy, které kromě reproduktorů obsahují často pomocné akustické obvody, a většinou další elektronické části (přívodní konektory, výhybky, popřípadě zesilovače aj.).
Koš reproduktoru je základní nosnou konstrukcí reproduktoru. Slouží pro připevnění reproduktoru do skříňky a zároveň nese elektromagnetický obvod, závěsy membrány a připojovací terminál. U výškových reproduktorů bývá bez otvorů, u hlubokotónových musí být opatřen co největšími otvory aby uzavřený vzduch pod membránou negativně nezvyšoval tuhost zavěšení membrány a nezhoršoval tak akustické vlastnosti zařízení. Ohraničení otvorů mívá aerodynamický tvar pro co nejlepší proudění vzduchu. Konstrukce koše musí být co nejpevnější a zároveň musí mít antirezonanční vlastnosti. U levných reproduktorů se používají koše vylisované z plechu, také se používá polyamid či jiný plast, zejména u reproduktorů pro použití ve vlhku. Dražší reproduktory mívají koš ze silnostěnného odlitku slitin hliníku. Koš mívá po obvodu otvory pro upevňovací šrouby, kterými je reproduktor uchycen k ozvučnici. U miniaturních reproduktorů tyto otvory často chybí, reproduktory se upevňují pomocí různých úchytů, rámečků nebo i lepením.
U vysokotónových reproduktorů a leckterých nepřímovyzařujících jednotek koš jako takový neexistuje. Membránový systém, zvukovod a další části jsou montovány přímo k magnetickému obvodu. K ozvučnici se reproduktor často uchycuje pomocí zvukovodu.
V současnosti je většina vyráběných reproduktorů s membránou a košem kruhového tvaru. Existují i reproduktory eliptické, kde je koš i membrána eliptického tvaru. Časté to bývalo u širokopásmových reproduktorů, zvláště pro TV přijímače.
Je to základní součást pohonu elektrodynamického reproduktoru. Magnetické pole ve válcové vzduchové mezeře mezi pólovými nástavci je vybuzováno permanentním magnetem uloženým nejčastěji ve vnějším plášti magnetického obvodu nebo tvoří podstatnou součást středového sloupku magnetického obvodu. Magnet bývá z jednoho kusu, ale může být složen i z několika shodných, umístěných na sobě, nebo několika různých segmentů, umístěných vedle sebe po obvodu. Magnety se používají nejčastěji feritové, ze slitiny AlNiCo a v poslední době se prosazují (zejména u drahých reproduktorů pro profesionální použití) neodymové magnety. U reproduktorů vyráběných v 30. až 40. letech 20. století bývalo běžné, že byl použit elektromagnet, který zároveň sloužil jako tlumivka napájecího zdroje. Pólové nástavce bývají někdy vybaveny zkratovacími prstenci. U některých reproduktorů je vnitřní pólový nástavec plný, u některých má otvor. Tento otvor může být součástí zvukovodu některých výškových systémů, nebo umožňuje proudění vzduchu z prostoru kmitačky (chlazení a zvýšení poddajnosti celého systému).
Pro některé účely, hlavně pro instalaci do klasických televizorů s CRT obrazovkou a pro soustavy, které mají pracovat v blízkosti televizorů a monitorů, se vyrábějí reproduktory, u kterých je magnetický obvod stíněný, nebo omezen tak, aby vnější mag. pole bylo co nejmenší.
Kmitací cívka je další podstatnou částí pohonu elektrodynamického reproduktoru. Nejčastěji to bývá vinutí z izolovaného vodiče (měď, hliník, poměděný hliník), navinuté na tzv. formeru (cívkové těleso), který je spojen s membránou. Former může být vyroben i jako část membrány. Jako vodič může být použito i profilovaného drátu (čtvercový průřez nebo pásek). Vinutí bývá obvykle ve dvou vrstvách, u některých (zejména středových a vysokotónových tlakových reproduktorů) často jen jedna vrstva, výjimečně 4 vrstvy (některé basové reproduktory). Former může být z papíroviny, pro vyšší výkony z hliníku, kaptonu, skelných vláken apod. V některých případech bývá samonosné vinutí, vlastní vinutí je pouze prosyceno vhodným lepidlem. V některých případech mají kmitací cívky 2 samostatná vinutí (tzv. dvoucívkové reproduktory, obvykle pro subwoofery).
Na cívku, zejména u výkonných reproduktorů, jsou kladeny značné nároky. Musí snášet teploty vznikající při vysokém zatížení, být tuhá, nesmí se deformovat, přitom – zejména u reproduktorů pro vysoké frekvence – musí mít co nejmenší hmotnost.
Tvar membrány basových a středových reproduktorů je většinou kuželový, buď v rozvinutelném nebo nerozvinutelném tvaru (tzv. NAWI tvar – zkratka z něm. nicht abwickelbar). U širokopásmových reproduktorů se často používá lehká pomocná membrána menšího průměru, která je upevněna před hlavní membránou, a zlepšuje vyzařování vysokých frekvencí. U některých reproduktorů je v membráně vytvořena jedna nebo více vlnek, které rozdělují membránu na několik koncentrických mezikruží. Nízké frekvence pak vyzařuje celá plocha membrány, nejvyšší jen vnitřní mezikruží. U výškových se často používá tvar vrchlíku (kalota), nebo mezikruží (zejména u tlakových).
Materiály membrán
Membrána je obvykle připevněna tak, aby se mohla pístově pohybovat. U většiny reproduktorů s kónickou membránou bývá membrána zavěšena na celém vnějším obvodu závěsem ke koši a středícími prvky k vnitřní části koše nebo k magnetu. Závěs může být ze stejného materiálu jako membrána, vytvořený např. jednou nebo několika vlnkami, které se deformují a umožňují pístový pohyb. Papírový závěs obvykle neumožňuje velký pohyb membrány, proto se používá převážně u středotónových reproduktorů. U basových reproduktorů bývá závěs často z impregnovaného textilu, gumy, pěnové pryže, molitanu[zdroj?] a podobných poddajných materiálů.
Aby se mohla kmitací cívka pohybovat poměrně přesně v úzké mezeře magnetického obvodu, musí být zejména u reproduktorů větších rozměrů membrána zavěšena i kolem svého středu. Používá se na to středící prvek, montovaný ke koši nebo magnetickému obvodu. Tento díl je obvykle z impregnovaného textilu, mívá soustředně vylisované vlnky (vlnovec). Brání zároveň vnikání nečistot do mezery mag. obvodu. Svou poddajností se podílí na vlastnostech reproduktoru. U rozměrově malých reproduktorů, sluchátek a měničů s kalotovou membránou tento prvek nebývá.
Pro připojení ke zdroji signálu jsou reproduktory vybaveny různými svorkami. U levných a miniaturních reproduktorů to bývají jednoduchá pájecí oka. Často se používají fastony (někdy i různého rozměru pro nezáměnnost připojení – polarita), u dražších i tlačné nebo šroubovací svorky. Kladná svorka bývá označena obvykle červenou barvou nebo znaménkem +. Smluvně platí, že při přivedení napětí souhlasné polarity se membrána pohybuje dopředu.
Vývody od kmitací cívky ke svorkám mohou být jak vodičem, kterým bývá vinuta vlastní cívka (u některých vysokotónových měničů a levných miniaturních reproduktorů), většinou je však vývod z mechanických důvodů zesílen. U dražších vysokotónových měničů se často používají páskové vývody, napojené v těsné blízkosti kmitací cívky, nebo přímo na vlastním formeru. Často se používají laněné vývody. U reproduktorů s větší výchylkou jsou to měkká ohebná lanka mezi připojovacími svorkami a membránou. Někdy jsou letmo ukotvena ke středicímu vlnovci. Lanka musí být dostatečně dlouhá, aby membráně umožnila plnou výchylku a současně aby nedocházelo k jejich mechanickému namáhání, případně pazvukům.
Kvalitu a použití reproduktoru určují následující vlastnosti:
Pro popis a simulaci chování elektrodynamických reproduktorů na nízkých frekvencích se používají tzv. Thiele-Smallovy parametry. Jejich omezení spočívá v předpokladu, že se membrána chová jako ideální píst a nedochází k její deformaci a na dalších zjednodušujících předpokladech.
kde ρ je hustota vzduchu (1.184 kg/m3 při 25 °C), a c je rychlost zvuku (346.1 m/s při 25 °C).
Obrázky, zvuky či videa k tématu reproduktor na Wikimedia Commons 
Slovníkové heslo reproduktor ve Wikislovníku
