Статьи

Взгляд на динамик изнутри

     Меломаны всех пород, независимо от музыкальных пристрастий, за возможность слушать свои любимых певцов хоть триста раз кряду, в любой тональности и громкости, в первую очередь, должны благодарить А. Г. Белла и Т. Ватсона, создавших в конце семидесятых позапрошлого столетия первый телефон. Вся нынешняя электроакустика базируется на их произведении и, несмотря на то, что с тех пор прошло уже немало лет, сильных изменений в базе системы не произошло.

 

Первое прошение на регистрацию первого в истории патента, подтверждающего авторские права на электродинамическую конструкцию с подвижной катушкой, легло на бюрократический стол, через год после официального представления миру телефона, то есть в 1877 году. Официальное оформление прав на электродинамический громкоговоритель, произошло двадцать один год спустя. Но, как часто бывает с гениальными изобретениями, два этих устройства, появились на свет несколько рано. Уровень развития технического прогресса на тот момент, не позволял использовать устройства в практических целях. Сильного источника, способного раскачать головку с подвижной катушкой в громкоговорителе, тогда еще не придумали.

 

Электродинамические громкоговорители, приносящие реальную, материальную пользу своим изготовителям, стали появляться лишь в начале прошлого века, где-то в двадцатых годах, поскольку появились и ламповые усилители. Все тогдашние катушки в электродинамических громкоговорителях были с большим сопротивлением, подвешивались на тканой подвеске и оборудовались электромагнитами с постоянным электрическим питанием. Электромагнитная головка, очень похожая на нынешние динамики, была создана и официально зарегистрирована в 1925 году, компанией «General Electric».

 

Динамики, воспроизводящие звуки высокие, своим видом несколько отличаются от динамиков-низкочастотников, при этом состоят из одинаковых по своему составу материалов. Низкочастотники, в основном, оборудованы металлической рамой, но иногда, производители в этом случае могут использовать пластик. Рама для динамика в просторечии именуется корзиной, в специализированной литературе ее именуют диффузородержателем. Каждый из них имеют несколько окон, чья задача – обеспечение свободного перемещения воздуха в динамике с задней его стороны. Если бы корзина низкочастотного динамика не имела в своей конструкции окон, то не имеющий свободного выхода воздух, спровоцировал бы дополнительную акустическую нагрузку, из-за которой чистота низких звуков была бы хуже. Процесс и технология создания рамы динамика, зависит от задач, которые ему предстоит выполнять. Но, в любом случае, рама должна быть цельно вылитой. К готовой конструкции диффузодержателя, крепится бумажный конический диффузор. Некоторые производители могут применять для этих целей пластик, металл или даже керамику. С узкой стороны конуса устанавливается звуковая катушка, которую еще именуют гильзой.

 

В обмотке звуковой катушки чаще всего применяется медный или алюминиевый провод, имеющий эмалевую изоляцию, который наматывается на гильзу, после чего намотку закрепляют лаком. Для головок обычных, средней мощности, применяется провод с круглым сечением. В головках для крупных, мощных акустических систем, применяется провод, имеющий квадратное сечение, в обмотке с таким проводом, зазоров практически не бывает.

 

Подвижная часть динамика – сплошь современные материалы. Каркас самой катушки к диффузору крепится полимерным клеем, с обязательной, затем обработкой ультрафиолетовыми лучами. С главной платой, диффузор соединяется за счет проводов повышенной гибкости.

 

Хоть промышленность и в состоянии предложить, производителям низкочастоных и среднечастотных динамиков, схожих между собой в конструктивных узлах, но различающихся размерами, современные материалы, но конусовидные диффузоры, по-прежнему делаются из бумаги. Правда, в последнее время, создатели динамиков такого плана стали пробовать изготавливать диффузоры из сплавов легких металлов. Крупные промышленники, занимающиеся производством динамиков длительное время, имеющие собственные исследовательские лаборатории, занимаются поиском оптимальной конструкции для диффузоров, пытаясь создать комбинированные по своему составу. Самым знаменитым динамиком подобной конструкции, является среднечастотный динамик «B&W», имеющий тканый, пропитанный кивлер.

 

Конусы с прямолинейной образующей, давно уже не выпускаются, поскольку они выявились слишком мягкими и, грубо говоря, не поворотливыми, если этот термин можно применить в динамикам. Такой диффузор не поспевает за перемещениями катушки, а возникающие изгибные колебания приводят к появлению посторонних призвуков. Для борьбы с этой звуковой напастью, изобрели концентрической формы канавки, наносившиеся на конус в процессе его создания. Нынешние громкоговорители выпускают с целой вереницей дополнительных мер, направленных на избежание появления помех-призвуков. Помимо того, что теперешние диффузоры оборудованы криволинейной образующей, они еще и создаются из таких материалов, в которых становится невозможным продольные колебания. В качестве дополнительной меры, все диффузоры имеют различное, переменное сечение. Большее для катушки, заметно уменьшенное для подвеса. В случае если диффузор изготавливается из бумаги, ее предварительно пропитают специальным веществом. Динамик, имеющий слоистую структуру, а также динамик композитный, должен создаваться с учетом всех основных свойств выбранного для его производства материала. Крайне важно, для обеспечения качественного звучания, создать его максимально жестким, но, в то же время, и легким.

 

Внешний край диффузора - подвес, может быть цельным, а может быть автономным, в виде кольца из плотного материала, прикрепляемого к диффузору специальным клеящим составом. Для низкочастотников, гибкость подвеса – вопрос критичный. В результате гибкости подвеса, собственный резонанс низкой частоты доходит того минимума, после которого, производительность динамика при воспроизведении басов, стремится к нулю. Вторым важным свойством подвеса, является его линейная характеристика, которая не должны претерпевать изменения на всем этапе работы подключенного к сети динамика.

 

Длительный период времени, динамики-высокочастотники, оборудовались таким же диффузором конической формы, как и у низкочастоников. Но, сегодняшние динамики, воспроизводящие высокие частоты, имеют диффузор в форме купола. Материал такого диффузора может изготавливаться как из мягких материалов, так и из жестких. В первом случае, для дела может использоваться пропитанный специальным веществом текстиль, во втором – керамика или сплав из металлов. Чаще всего, купольный диффузор с подвеской, изготавливается цельным, а уже к нему клеится гильза с намотанной на нее катушкой. Центрирующей шайбы. Как у низкочастотного динамика, здесь нет. Магнитное оборудование ВЧ–динамика, располагается на переднем фланце.

 

Форма купольного диффузора, получает свою форму с помощью прессования. Причем материалом для этого может служить как синтетическое, так и натуральное сырье, которое потом обязательно пройдет этап пропитки. В настоящее время, весьма популярно, изготовление высокочастотных динамиков на основе полимерной пленки или фольги из металла. Чтобы поверхность диффузор получила необходимую жесткость, ее усиливают с помощью процесса осаждения паров из определенных видов металла. Для этого может использоваться бор или золото, иногда в дело пускается алмазы. Многие купольные диффузоры из керамики, имеет в своем основании металлические окиси.

 

Все низкочастотники, а также диффузоры, воспроизводящие волны средней длины, оборудованы центрирующей шайбой, с помощью которой обеспечивается нужное расположение звуковой катушки. Шайба обязательно должна иметь максимальную гибкость, при осевом изгибе, при этом линейность во всем графике перемещений - по умолчанию. При этом должна наблюдаться абсолютная жесткость при радиальном направлении. За всю историю существования головок, все они были оборудованы центрирующей шайбой, для которой применялись различные материалы. Сегодняшние головки снабжаются шайбами тканевыми, с выдавленными концентрическими канавками, прошедшие обязательный процесс пропитки специальным веществом.

 

Во многих аспектах, качественная работа электроакустической системы, базируется на ее магнитной системе. Она состоит из кольцевого магнита, место которого – между фланцами и керном, образующих определенное воздушное пространство между собой. В нем магнитная система головки, создает постоянное магнитное поле. Во время подачи сигнала на катушку, магнитные поля системы и катушки взаимодействуют, вследствие чего происходит перемещение этой самой катушки, двигающей за собой и сам диффузор. Воздушный зазор должен быть максимально минимальным, в этом случае обеспечивается лучшее взаимодействие между катушкой и магнитом.

 

Магнитное поле, наблюдаемое внутри электроакустической системы – может вредно сказываться на работе других устройств, таких как, например, телевизионный телескоп. Для их защиты, требуется обязательное наличие магнитного экрана, который выглядит как стакан из специального, магнитомягкого материала, с помощью которого полностью изолируется магнитная система.

 

Форма отверстий верхних фланцев и керн, корректоры магнитной индукции в имеющемся воздушном зазоре. От величины магнитов и объема воздушного зазора, зависит, насколько сильно будет греться катушка. Здесь наблюдаем наличие конфликтующих интересов. Чтобы усилить вентиляцию и, как следствие, уменьшить температуру нагрева, необходимо расширить воздушный зазор, что, в свою очередь, приведет уменьшению чувствительности головки. С этим можно бороться за счет увеличения массы магнита. Поиск компромиссного решения ведется в каждом конкретном случае. Например, для динамиков-низкочастотников, увеличен размер катушки, но и магнитная система усилена за счет введения в них двух магнитов.

 

Для низкочастотных головок, крайне важна изоляция звуковых волн друг от друга, внутри самого динамика. Для этого, отверстие в центре конусообразного диффузора, изолируется с помощью колпачка, который выполняет еще и пылезащитную функцию. В некоторых видах акустических систем, в главном сердечнике магнитного устройства динамика, проделывается отверстие, которое впоследствии затянется колпаком из материала, который имеет сильное акустическое сопротивление. Поршнеобразное движение диффузора, возможно лишь при максимальной его жесткости. В практике, эффективность диффузоров снижена из-за того, что возникают его продольные колебания. Даже в эталонном диффузоре, полоса имеет реально ограниченные границы, связанные с его размерами. Скорость распространения звука в воздушном пространстве, имеющем температуру равную комнатной, приблизительно равна 340 метрам в секунду. При определенной частоте, длине волн звуковых зависит от размера самого диффузора. В реальности, все это приводит к сужению диаграммы направленности, непосредственно, самой динамической головки, наблюдаемом при повышении частоты. Получается, чем больше увеличивается частота, тем больше расположение слушателя должно приближаться к оси самой головки, для того чтобы у него была возможность различать высокие частоты. В качестве примера: диффузор с диаметром 250миллиметров, имеет такую частоту, что его акустическое излучение сводится к тонкому, тонкому лучу с частотой в 1335 Гц. Самый распространенный динамик, имеет диаметр в 200 миллиметров, узость его луча составит 2015 Гц. 125-ти миллиметровый диффузор - соответственно 3316 Гц, 25 миллиметровый - 13680 Гц. На частотах низких и средних, разработчики стараются не эксплуатировать головки за их частотными пределами. Высокочастотные головки же, такому воздействию подвергаются специально. В таких диффузорах обязательно устанавливается рассекатель, форма которого напрямую зависит от запланированного расширения диаграммы направленности получаемого излучения. В высокочастотных динамиках используется рассекатель, имеющий шесть лучей, за счет которых происходит необходимое по объему рассеивание в обеих плоскостях. В головках, предназначенных для воспроизводства среднечастотных волн, применяются конусообразные рассекатели.

 

Для динамического громкоговорителя, важна его линейность в амплитудных параметрах – характеризующаяся как зависимость звукового давления от амплитуды, с которой проявляются колебания диффузора. При средних нагрузках на громкоговоритель, система работает нормально. При слабом входящем сигнале, взаимодействия внутрисистемных магнитных полей слишком мало, чтобы преодолеть упругость подвески. В ощутимых проявлениях это проявляется как ухудшение качества звучания низких частот, в случае если подаваемый сигнал мал. Большие амплитуды так воздействуют на катушку, что она начинает выходить за зону магнитного поля в воздушном зазоре, что приводит к сильным искажениям нелинейного характера. Чтобы амплитуда перемещения диффузора сохраняла линейность, необходимы совсем небольшие его перемещения. В низкочастотных динамиках граница перемещений составляет шесть миллиметров, в высокочастотных – 0, 3. Из-за такого небольшого пути, в ВЧ-головках, чтобы обеспечить хорошую теплопередачу внутри системы, воздушный зазор заполняется специальной, магнитной жидкостью. В ее состав входит силиконовая смазка и ферро-магнитный порошок. Но, из-за этого сокращается срок использования самого динамика, поскольку у наполнителя имеется нехорошее свойство – он быстро становится вязким.

 

Конечно же, выбор хорошей акустической системы очень важен, особенно при стремлении покупателя обеспечить себя максимально качественным воспроизведением музыкальных звуков. От запросов потребителя, предъявляемых к приобретаемой акустической системе, цена на последнюю может иметь большой разлет, начиная от 100 и до десятков тысяч долларов за каждую приобретаемую пару усилителей. Конечно же, у большинства обычных покупателей возникает вопрос: «Что может содержать в себе акустическая система, что бы настолько высокая стоимость дорогих усилителей была оправданной?». Понятно, что звуковые усилители, стоимость которых исчисляется пятизначными суммами, выпускается очень небольшими партиями, устанавливаемые в них головки, создаются по спецзаказу, многократно проверяются на согласованность, а их корпуса сделаны вручную, из ценных пород дерева или других дорогих материалов.

 

То есть и сами внешние данные дорогих усилителей, явно имеют отличия от общего вида акустических систем, чья стоимость не превышает нормальные в понятиях обычных, не продвинутых меломанов, цен. При подборе своего комплекса усилителей, необходимо обязательно ознакомиться с качеством работы хотя бы нескольких систем, чтобы была возможность сравнения и подбора наиболее оптимального варианта. Кто-то из слушателей предпочитает прокручивать любимые мелодии преимущественно в высоких тонах, кому-то нравится преобладание низких частот в слышимых мотивах. Хотя, в каждой современной акустической системе присутствует эквалайзер, помогающий пользователю настроить работу усилителей в режиме наиболее удовлетворительном для каждого конкретного слушателя. Но, тем не менее, потратить время на поиск именно «своего» усилителя следует в любом случае, чтобы покупка приносила лишь положительные эмоции, поскольку дело касается такой нежной сферы, как восприятие звука. А звук, издаваемый в определенных тональностях, может стать как лекарем, способным пробудить в человеке скрытые ранее силы и возможности, так и жестоким убийцей всего самого лучшего, имеющегося в каждом живом организме. Многочисленные опыты ученых неоднократно это доказывали. Достаточно вспомнить разрушительные силы Иерихонской трубы, явления почти мифического, но имеющего в основании реальные факты.

 

В современных усилителях звука, имеется общий вариант схемы движения диффузора, хотя способ, которым это достигается, может значительно различаться. Различаются по своей форме и диафрагмы в динамиках, они могут носить конусообразную, поршневидную, купольную, плоскую «внешность». Основателем учения об акустических системах, можно считать лорда Релея, написавшего труд «Теория звука», в котором он подробно описал свои наблюдения за работой жесткого цилиндрического поршня.

 

Работа первых громкоговорителей, была основана не на электромагнитных преобразователях, а на магнитоэлектрических. В них звуковые волны создавались с помощью металлических язычков, колебавшихся под влиянием электромагнитного поля, идущего от магнита, на который осуществлялась подача звукового сигнала. Производимый ними звук был отвратительного качества, поскольку сопровождался большим количеством шумов, получавшихся от резонанса этих самых язычков. К тому же, в первых усилителях напрочь отсутствовали басы и имелись сильные нелинейные искажения, возникающих из-за ограниченных колебаний язычков.

 

Симметричный привод был использован в усилителях лишь неполных сто лет назад. После замены конусных излучателей рупорами, резонанс снизился, но лишь на немного. Все равно усилители не в состоянии были производить частоты ниже, чем 120 Гц. Металлические мембраны и электромагниты для излучения звука, длительный период времени использовались в слуховых трубках обычных телефонов, которые постепенно начали пропадать из виду всего каких-то лет тридцать-сорок назад.