Вы уже знакомы с основами: для чего нужны динамики и как они устроены, если вы читали наши предыдущие материалы. Мы также рассмотрели низко-, средне- и высокочастотные головки, но мир акустики не ограничивается ими.
Для решения конкретных, иногда очень узких задач были разработаны специальные динамики. Эти динамики могут быть огромными или, наоборот, крошечными, и они имеют необычную форму или принцип работы.
Вы узнаете, зачем нужны сабвуферы, что такое пассивные излучатели, как работают коаксиальные и рупорные динамики, а также в чем особенность планарных излучателей в этой статье. Это поможет вам понять, почему разные колонки звучат по-разному и как инженеры достигают желаемого звучания.
Широкополосник
Как уже говорилось, человеческий слух воспринимает частотный диапазон от 20 Гц до 20 кГц, поэтому логичным было бы иметь динамик, способный воспроизвести его полностью. Такие динамики называются широкополосными.
Возникает вопрос о том, насколько качественно они способны работать в крайних значениях частот этого диапазона. Дело в том, что классический диффузор динамика должен иметь достаточно большие размеры, чтобы эффективно воспроизводить низкие частоты. Например, диаметр диффузора должен составлять примерно 30 см для частоты 40 Гц, что достаточно просто реализовать.
Широкополосный динамик ScanSpeak 10F/4424G00
Однако такой диффузор просто не сможет передавать колебания по всей своей поверхности на высоких частотах. Таким образом, широкополосные динамики чаще всего являются результатом компромисса.
Зачастую в центр диффузора широкополосника вклеивается дополнительный высокочастотный диффузор, известный как «рупорок» или конус-визер или «дудка». Этот диффузор может производить «быстрые» колебания, но основной большой диффузор работает гораздо медленнее.
Для использования в аудиофильских системах широкополосники требуют чрезвычайно сложных инженерных разработок, граничащих с искусством. Используются материалы с максимально возможными параметрами и опытом, чтобы все же получить полнодиапазонный драйвер.
Широкополосный динамик Lii Audio 2PCS Fast-10
Воспроизведение крайних частот слышимого диапазона является наиболее сложной задачей для широкополосных динамиков. Если широкополосник может работать в диапазоне 60–16000 Гц с неравномерностью ± 10 дБ, это будет хорошим результатом.
При этом чувствительность акустических систем с широкополосником составляет от 90–92 дБ и выше благодаря простой конструкции и отсутствию кроссоверов или фильтров. Это делает колонки с широкополосниками популярными среди любителей ламповых усилителей с ограниченной мощностью.
Таким образом, голосовые катушки широкополосников имеют повышенное сопротивление. Стандартные значения для остальных динамиков, предназначенных для использования в акустических системах, колеблются от 2 до 8 Ом.
Кроме того, по своим параметрам широкополосный динaмик максимально приближен к точечному источнику звука, который является идеальным акустическим объектом с точки зрения его локализации. Слушатель может максимально точно определить направление источника звука благодаря минимальной площади источника звука в стереоканале.
Напротив, самый дешевый вариант — простая колонка с широкополосником, но в этом случае не нужно ожидать полнодиапазонного воспроизведения.
Твитер
Понятно, что в случае, если воспроизведение всего диапазона одним излучателем может быть сложным, есть смысл разделить этот диапазон на несколько частот, каждая из которых будет использоваться отдельным динамиком. В таком случае твитер, или пищалка, отвечает за верхние частоты.
Наиболее распространенным типом динамиков является купольный твитер, в котором центральное тело диффузора или элемент, называемый пылезащитным колпачком в полноразмерных динамиках, занимает почти всю площадь излучающей поверхности твитера. Эти твитеры обычно имеют полосу излучения не менее 1,5 кГц, что требует от них достаточной жесткости и легкости.
Твитер колонки Apple HomePod
Мембпана купольного твитера обычно изготавливается из ткани с пропиткой, повышающей ее жесткость; также используются более жесткие материалы, в частности бериллий.
Очень важный параметр твитера — частота его собственного резонанса. Разработчики хотят, чтобы пищалка звучала как можно точнее, потому что на частотах, близких к резонансу, комплекс усилитель-динамик начинает работать неправильно, «идти в разнос», и система становится плохо управляемой.
Это привело к искажениям в тех диапазонах частот, которые особенно чувствительны для нашего слухового восприятия. Выход был прост: кроссовер — это устройство, которое ограничивает частотный диапазон твитера, «обрезая» частоты собственного резонанса, которые находятся ниже его рабочего диапазона (обычно от 2 до 3 кГц).
Твитер с алмазной мембраной Seas Excel E0100-04
С другой стороны, твитер должен иметь более высокую верхнюю граничную частоту воспроизведения. В идеале она должна быть выше 20 кГц, что означает, что мы ничего не слышим на этих частотах.
Поскольку твитер имеет расширенный вверх предел частотного диапазона, он может воспроизводить так называемые верхние гармоники, что позволяет создавать звучание высоких частот с максимальной точностью. Часто говорят, что твитер может работать до 40, а то и 60 кГц, но эти пределы часто обсуждаются.
Когда речь идет о конструкции твитера, две названные требования являются взаимоисключающими: одна требует большего размера и веса мембраны, чтобы снизить резонанс, а другая требует большего размера и веса мембраны, чтобы повысить верхнюю границу АЧХ. В настоящее время технология борется за достижение оптимального соотношения массы и жесткости мембраны.
Среднечастотный динамик
По своей конструкции динамик, играющий средние частоты, обычно похож на классический динамик. Его также иногда называют мидренч или мидрейндж, термин, происходящий от английского среднего громкоговорителя, который пришел из автозвука. Важно, чтобы этот динамик воспроизводил человеческий голос в том диапазоне частот, на который наш слух особенно чувствителен к искажениям.
Пример поведения динамика, замеры получены лазерным интерферометром
Ахиллесова пята среднечастотника возникает из-за определенных деформаций диффузора, известных как изгибная волна. Эти деформации происходят, когда периферия диффузора не успевает за движениями центра, где крепится голосовая катушка. Разные зоны диффузора колеблются не синфазно, отставая одна от другой, как следовало бы из логики процесса.
Диффузор должен быть максимально жестким, потому что звук становится «рыхлым» и неточным. Если решить проблему в лоб, диффузор будет весить так много, что не сможет звучать. Таким образом, как и в твитере и широкополоснике, в конструкции диффузора находится сложнейший компромисс между легкостью и жесткостью.
Среднечастотный драйвер Morel SCM 634 с карбоновым диффузором
Дизайн диффузоров имеет решающее значение для коллонок высокого класса. В экзотических вариантах среднечастотники имеют диффузор из бериллия (почти такой же, как твитеры, но гораздо реже), но чаще всего в них используются диффузоры из композитных материалов на основе углеволокна, стекловолокна, кевлара, древесного волокна или классической целлюлозы.
НЧ-драйвер
Вуферы, часто называемые низкочастотными динамиками, являются самым большим по площади излучателем практически любого класса акустических систем. В полностью поршневой схеме диффузор движется возвратно-поступательно.
В этом случае проблема решается еще более радикально, чем в случае со среднечастотным драйвером. Это связано с тем, что слух наиболее подвержен искажениям на низких частотах, поэтому диффузоры увеличивают вес, чтобы обеспечить жесткость. Это связано с тем, что для диффузора вуфера наиболее важна амплитуда колебаний.
24-дюймовый басовый динамик в сабвуфере Pro Audio Technology
В некоторых случаях диффузоры могут иметь пространственную форму, напоминающую самолетное крыло из многослойного композита с легкими ячеистыми или сотовыми структурами внутри полостей, поскольку масса подвижной системы многих крупных сабвуферных динамиков может превышать 200 г.
Поскольку натренированный слух, как и все другие искажения, не любит низкочастотные искажения, диффузоры низкочастотного драйвера все еще используются в аудиофильских системах масс.
Вуферы имеют самую большую амплитуду кoлебаний среди всех перечисленных динамиков. Это связано с тем, что у них есть длинноходовая (удлиненная) голосовая катушка и резиновый внешний подвес, что позволяет диффузору совершать очень большую экскурсию, известную как смещение диффузора от центральной точки.
18-дюймовый басовый вуфер JBL
Низкочастотные драйверы, устанавливаемые в сабвуферы, особенно ярко демонстрируют «породу» низкочастотного динамика. Эти тяжелые, мощные устройства диаметром от 8 до 15 дюймов — наиболее распространенный диапазон для пользовательских АС — имеют мощные магнитные системы и относительно небольшой общий вес. Кроме того, низкочастотные драйверы, работающие от мощных полупроводниковых усилителей, часто имеют катушки с минимальным сопротивлением 2, а
В этом разделе мы рассмотрим, как устроены разные типы динамиков в акустических системах и за что каждый отвечает: например, вуферы отвечают за низкие частоты, мидранжеры отвечают за средние частоты, а твитеры отвечают за высокие частоты. Мы объясним просто, не используя сложных терминов, различия в конструкции и звучании этих динамиков, чтобы вы могли понять, почему их часто используют вместе в колонках.
Коаксиальные драйверы
В двух-трехполосной колонке твитер, среднечастотник и низкочастотник установлены отдельно, то есть разнесены в пространстве, что является важным недостатком. Средние частоты и высокие частоты поступают практически из разных мест, что обманывает наш слух, который легко определяет направление источника звука.
Несмотря на то, что направление низкочастотного излучателя трудно определить, его удаленность также играет роль. В результате такая форма колонки ухудшает восприятие стереообраза.
Строение коаксиального драйвера KEF UniQ
В связи с физикой процесса широкополосные динамики имеют ограничения как по максимальной мощности, так и по частотному диапазону. Кроме того, для широкополосных динамиков практически невозможно иметь высокую неравномерность АЧХ (более 10–20 дБ), которую невозможно компенсировать электроникой или акустическим оформлением.
Коаксиальный драйвер стал выходом из этой ситуации. На первый взгляд, такой совмещенный динамик выглядит достаточно простым, потому что твитер расположен в центре низкочастотного динамика и традиционные размеры пищалок вполне подходят для этого. Однако с инженерной точки зрения такая конфигурация сильно затрудняет разработку (расчет) и производство подобной системы.
Коаксиальный динамик TAD CST
И это влияет на цену, потому что есть варианты, которые упрощают конструкцию, такие как размещение твитера перед низкочастотным диффузором на специальном креплении. Тем не менее, наиболее точным стереоэффектом обладают «полновесные» коаксиальные системы, поэтому различные разработчики и компании постоянно выпускали коаксиальные драйверы, которые входили в состав их топовых систем.
Специализированные динамики
Для воспроизведения звука в условиях, отличных от комнатных, требуются динамики, учитывающие эту специфику в свей конструкции. Динамики для ландшафтного, шахтного и морского применения должны выдерживать повышенное содержание пыли, способной проникать в магнитный зазор, длительное солнечное излучение, повышенную влажность и воздействие морской соли, поэтому в конструкции вносятся серьезные изменения: выбираются материалы, которые не подвержены воздействию этих
Таким образом, мы собрали основные типы динамиков, которые составляют основу любой акустической системы. Будь то низкочастотный сабвуфер, среднечастотный драйвер или высокочастотный твитер, каждый из них выполняет свою функцию, и вместе они работают вместе, чтобы передать вам музыку или звук фильма во всей его полноте.
Когда вы выбираете колонки, вы теперь знаете, что некоторые динамики обеспечивают мощный бас, а другие — чёткий вокал и детали. Важно, чтобы все эти компоненты были сбалансированы.
Не существует идеального типа динамики для каждого случая жизни; это зависит от того, что именно вы хотите услышать, в каком помещении вы находитесь и для чего вы будете использовать акустику. Мы надеемся, что эти знания помогут вам выбрать более разумный и приятный выбор, который будет радовать ваш слух долгие годы.
