диффузор в колонке что это
Диффузор динамика
Многие люди знают, что такое акустическая система, колонки и сабвуфер, но понятия не имеют, из каких деталей состоят эти конструкции, и какой элемент за что отвечает. Разберем с вами, что такое диффузор, для чего нужен и из чего изготовляют.
Основным элементом в конструкции динамика является диффузор – это излучающая звук поверхность. Материал для изготовления диффузора может быть разным, для динамиков с низкой и средней частотой используют полипропилен с наполнителем или бумагу также распространено применение кеврала и стекловолокна.
Материал и форма диффузора динамика
Производители до сих пор не нашли идеального материала для изготовления диффузоров и продолжают экспериментировать. Все потому что один материал должен соответствовать противоположным характеристикам: иметь малый вес и повышенную жесткость. Высокая жесткость диффузора динамика требуется, чтобы не происходила деформация детали при высоких и резких колебаниях. А легкость детали нужна для чувствительности и подвижности, чтобы диффузор реагировал на любое колебания и стремительно двигался при малейшем звуке, все должно происходить за доли секунды, и в случае применения тяжелого материала, здесь просто нет времени на «раскачку» системы.
Форма диффузора динамика может быть различной, в редких случаях применяется квадратная, но в основном овальная и круглая. Диффузор в форме купола применяют для высокочастотных акустических систем, он может изготавливаться из металлокерамики, алюминия и шелка, в более дорогих динамиках может применяться такие высокопрочные материалы, как бериллий и титан. У жестких и мягких куполов диффузора динамиков есть свои любители и ценители. Жесткий купол будет выдавать более высокие частоты и насыщенный звук – такие динамики придутся по душе любителям дискотек. А если использовать мягкий и шелковый купол, то в результате владелец такой системы получает натуральное и мягкое звучание, часто применяется для «живых» стилей музыки.
Крепление диффузора динамиков
При помощи подвеса резины или каучука происходит крепление диффузор динамиков к корзине или как по-другому называют диффузор держатель. Корзина для диффузора может изготовляться несколькими способами из металла: это методом штамповки, а в более дорогих системах применяется литая. Двум требованиям должна отвечать корзина – это не резонировать и быть крепкой.
Диффузоры Шредера — акустика по-дилетантски
Как обычно, запись будет длинная и нудная. Кому теория неинтересна — перематывайте в самый конец, там будут картинки )))
Все описанное придумано не мной, а собрано на просторах сети. Область знаний совсем не моя, надеюсь нигде не напортачил, если кто какой криминал найдет — поправляйте!
COVID-19 провоцирует на работу с проектами второго, третьего, девятого и двадцать третьего эшелонов. Вот и я неожиданно добрался до акустики в квартире.
Несмотря на любовь к качественному звуку дома, по части акустической подготовки я никогда особенно не заморачивался — все-таки в квартире в первую очередь должно быть удобно жить, это же не концертный зал. Поэтому при ремонте 8 лет назад «акустическая подготовка» свелась к шумоизоляции стены от соседей. Ну и место размещения акустических систем я выбрал на этапе планировки, чтобы не пристраивать их куда-нибудь в угол потом. В остальном обычная жилая комната: диван, полки с книгами, шкаф с посудой, рабочий стол, телевизор.
Но в начале февраля этого года стало интересно, а как на самом деле обстоят дела с акустикой помещения?
Известно, что два уха человеку даны чтобы определять положение звука в пространстве. Делается это мозгом автоматически, по разнице во времени между поступлением сигнала слева и справа. Например, справа от меня что-то бамкнуло, и звук прилетел в правое ухо. А в левое ухо он прилетит позже, либо обогнув голову (за счет дифракции), либо отразившись от стен и предметов. Вот по этой разнице мозг и поймет, что источник находится справа.
По мере снижения частоты (= увеличения длины волны) этот эффект снижается, так как размер головы в районе 20-25 см сопоставим с длиной звуковой волны частотой 1,3-1,6 кГц; соответственно снижение частоты приведет к тому, что разность фаз между двумя ушами будет все сложнее уловить. Именно поэтому низкочастотные источники в пространстве позиционируются хуже — комара на слух поймать можно, а грохот поезда идет как будто бы со всех сторон.
Но музыку мы слушаем обычно не в чистом поле, а в помещении. Значит огромное количество звуковой информации будем получать от отраженного сигнала. Понятно, что при отражении часть энергии сигнала расходуется, и он постепенно ослабевает. Если отражающие поверхности хорошо отражают сигнал — то он будет отражаться многократно, слабо при этом затухая. Комната при этом гудит и звенит, это называется реверберация.
Бывают, конечно, студии звукозаписи и шоурумы для прослушивания — там выполняется акустическая подготовка с уклоном в поглощение звука, а не в рассеивание. Но жить в таком помещении очень неуютно, так как элементарный бытовой вопрос ориентирования в пространстве на слух становится трудноразрешимым. В темноте просто невозможно определить насколько далеко еще до стены 🙂
Поэтому для домашнего аудио, в бытовой квартире без специализированного помещения обычно стараются акустическую подготовку выполнять локально, для конкретных источников звука (акустических систем). Для этого используются разные прибамбасы, об одном из которых я и расскажу — о диффузоре Шредера.
Манфред Шредер был специалистом в области акустики (насколько я понимаю, одним из первых); проводил исследования концертных залов. В частности, им была разработана вот такая шкала для звукового диапазона частот (спасибо, doctor-sound.com.ua!)
Диапазон А — это частоты, длина волны которых превышает длину волны помещения. То есть никаких резонансов и стоячих волн образоваться не может принципиально. Это область звукового давления, то есть звук не локализуется совсем. Для моей комнаты 6х4 метра предел этого диапазона F1 = 55 Гц.
Диапазон B — в нем работает волновая акустика, то есть собственные резонансы комнаты и гармоники низших порядков. Сверху он ограничен частотой Шредера — F2, она определяется по формуле, к ней позже вернемся.
Диапазон С — в нем все еще влияют резонансы комнаты (вернее уже их гармоники высших порядков), но уже начинает работать геометрическая акустика, то есть отражение сигнала и разность фаз. Верхняя граница примерно равна четырем F2.
Диапазон D — область работы исключительно геометрической акустики. Длина волны настолько мала, что никаких стоячих волн не может быть принципиально, звук обязательно отразится под углом.
Частота Шредера зависит от размера помещения (его объема V) и времени реверберации RT60 (то есть затухания звука). Второй параметр позволяет учесть как раз «общую акустическую подготовку» — покрытие стен, потолка и пола, наличие мебели, параллельность поверхностей. Чем меньше время реверберации — тем быстрее будет затухать звук и тем ниже будет частота Шредера.
Почему так важно, чтобы частота Шредера была пониже? Потому что со стоячими волнами бороться труднее. А если они образуются в том диапазоне частот, где мы привыкли ориентироваться по фазе звука, о «сцене» можно забыть.
ЧАСТЬ 2. Расчеты и измерения
Значит, нужно определить RT60. Не буду вдаваться в подробности методики, но смысл примерно такой: необходимо подать в комнату звуковой сигнал, а потом измерить, сколько времени потребовалось на его затухание. Желательно, на разных частотах, но если такой возможности нет — используют частоту 500 Гц. Я пользовался софтом Room EQ Wizard v5.19. Он распространяется свободно. Для измерений нужно со звуковой карты подать сигнал на усилитель, а измерительным микрофоном снять отклик помещения. Вместо измерительного микрофона я использовал шумомер по шкале С — это не совсем годится для измерений АЧХ, но для реверберации вполне сойдет.
Получилась вот такая картинка — это график изменения времени реверберации по частотам. Вот тут подробнее про него. Графиков так много потому, что есть различные методики расчета RT60, но основной разброс у них в частотах ниже 200 Гц, это не так принципиально. Выше этой частоты все графики болтаются в районе 0,4 с. Для комнаты в 72 м3 это неплохой результат (для комнат до 50 м3 рекомендуется 0,3 с, от 50 до 200м3 — 0,4-0,6 с).
Теперь у нас есть величина RT60 = 0,4 с, объем комнаты известен — 72 м3, можно посчитать частоту Шредера. У меня получилось F2 = 2000 * SQRT(0,4/72) = 149 Гц. Это прекрасно! Это значит, что в НЧ диапазоне акустические проблемы со стоячими волнами и резонансами ограничены частотой, где на них можно практически забить. Но это не мешает поработать с СЧ диапазоном, где содержится большая часть звуковой информации — речь, вокал и большинство инструментов.
Для этого нужно понять, где в комнате находятся «площадки первых отражений» — области, от которых сигнал от источников звука поступает к слушателю минимально ослабленным. Так как мы решили, что в этом диапазоне действуют правила геометрической акустики, то эти площадки можно построить по принципу «угол падения равен углу отражения» вручную. Однако удобнее воспользоваться онлайн-калькулятором, например вот тут.
К сожалению, калькулятор не меняет масштабы чертежа в соответствии с заданными размерами (у меня акустика стоит вдоль длинной стены), но суть от этого не меняется.
Вот именно в красных областях на стенах, полу и потолке должны располагаться разнообразные рассеиватели — тогда звук до слушателя будет доходить в первую очередь из источников, а комната мало будет на это влиять. Появится «сцена», «стереопанорама» и прочие аудиофильские радости.
Мне, в некоторой степени, повезло. Слева область первых отражений попала как раз в дверь соседней комнаты, которая никогда не закрывается. Значит, все, что туда попало — пропало. Справа эта область упирается в окно с глубоким подоконником и плотной шторой. Все это тоже работает как рассеиватель.
С полом делать особенно нечего — пышные ковры в силу избытка дома аллергиков завести не получится. С потолком тоже вряд ли — правда, он натяжной, соответственно имеет небольшую кривизну и должен слегка рассеивать. Кроме того, как раз в этом месте висит большая люстра.
Остаются две проблемные зоны — между акустикой спереди и за спиной слушателя. Дайте-ка угадаю, что у Вас дома между акустикой? Телевизор? И с этим ничего не сделать, разве что раздвижной экран для него. Правда, в моем случае он висит на полметра выше акустики и наклонен, но вряд ли это сильно поможет. Акустика стоит шире, чем края телевизора, поэтому там, на стенах, можно разместить те самые рассеиватели — диффузоры Шредера. Тут есть еще один фокус: ширина зоны (и не только этой, кстати), зависит от расстояния между стеной и акустикой. Если акустику отодвинуть от стены, то область сузится, а если придвинуть — расширится. Обычно при прослушивании я акустику инстинктивно от стены отодвигал на метр, но так жить неудобно, все вечно норовят споткнуться. Если же голую стену защитить от отражений, то акустику можно придвинуть без потери качества.
За спиной слушателя ровная стена. С картиной. Но если обратиться к размерам, станет очевидно, что область первых отражений имеет ширину всего-то 60 см. Поэтому пока будем считать, что картины и подушки на спинке дивана достаточно.
ЧАСТЬ 3. ДИФФУЗОР ШРЕДЕРА
Проектирование и изготовление этой конструкции много где широко освещается — например, вот статья, или вот отчет. Есть даже промышленные образцы. Но это, конечно, не наш путь.
Смысл устройства такой: за счет точно рассчитанной глубины «колодцев» одинаковой ширины формируются многократные отражения волн внутри них, что приводит к их значительно задержке по времени. То есть звук, попавший в такую штуку, попадет к слушателю позже, что условно «раздвинет границы» помещения. Кроме того, диаграмма рассеивания диффузора имеет форму полуцилиндра, то есть звук от одного источника, вошедший под одним углом, полетит обратно под разными углами. Добиться такого эффекта просто нанесением на стену неровностей, типа ячеек для яиц, нельзя, так как размер будет несопоставим со здравым смыслом.
Диффузоры Шредера делаются не от балды, а рассчитываются. Сначала нужно определиться с порядком — количеством колодцев. Их может быть 7, 11, 13, 17, 23 — ряд простых чисел. Чаще всего встречаются самые простые, N7. Увеличение порядка позволяет получить более равномерную диаграмму рассеивания.
Далее выполняется расчет глубины под конкретную частоту. Или наоборот, частоты при выбранной глубине. Я пошел вторым путем, так как исходил из эстетических соображений, а частотный диапазон в любом случае достаточно широкий, чтобы перекрыть интересующую меня область средних частот.
Для расчетов я скачал калькулятор QRDude. Там все наглядно и понятно, можно поиграть с размерами.
Выбрав удобоваримую полную толщину и ширину, а так же толщину стенок колодцев (обратите внимание, это важно, исходите из доступного материала — я закладывал фанеру 6 мм), можно посмотреть, что получилось.
Итак, моя конструкция перекрывает диапазон от 372 до 4648 Гц, более чем достаточно: нижняя граница попадает в фа-диез первой октавы, это половина диапазона гитары или певца-тенора. В калькуляторе есть прикольная кнопочка 
Ну ладно, размеры есть, разрешение от жены получено — поехали делать!
ЧАСТЬ 4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ
Изначально я думал заказать распил у знакомых фрезеровщиков. Но грянул карантин, и на даче стало настолько нечего делать, что дошли руки и до этого. Заказал в Леруа Мерлен с доставкой на дачу материал (фанеру лиственницы на декоративные детали, березовую 6мм на перегодки) и приступил к работе.
На изготовление двух диффузоров высотой 1220 мм и шириной 482 мм мне потребовался один лист фанеры лиственницы 2,44х1,22 м и два листа березовой 1,525х1,525, а так же несколько реек 30х20.
Для распила использовал универсальную пилу — торцовку-циркулярку. Конечно, если есть стационарный станок с большой плитой — получится ровнее и аккуратнее, но тут задача просто ровно пилить по прямой. Из лиственницы изготовил внешний корпус и донышки колодцев. Из березы — перегородки. Рейка пошла на всякие вспомогательные элементы.
После того, как распил готов — самое нудное, разметка. Но торцевых деталях корпуса (в моем случае верхней и нижней) нужно начертить будущие колодцы в точном соответствии с картинкой из калькулятора. На месте донышек я приклеил кусочки рейки шириной 37 мм (как колодцы в калькуляторе). Обязательно нужно учесть толщину донышка — то есть к глубине колодца прибавить еще 9 мм. Чтобы не провтыкать с шириной перегородок — сделал из обрезков фанеры полоски, которые вкладывал при склеивании. Клеил все на столярный ПВА.
Теперь нужно к боковым панелям корпуса приклеить бруски, чтобы собрать сам корпус. Это единственные детали в моей конструкции, которые дополнительно держатся на саморезах, причем в боковые стенки саморезы вкручены изнутри, чтобы не было видно шляпок. На переднем плане — варианты окраски имеющимися лаками и морилками.
Собираем корпуса. Очевидно, что фанера из лиственницы большим спросом не пользуется — листы приехали довольно здорово гнутые, хранились неправильно. Из-за этого длинные стенки выгибались внутрь, и для жесткости пришлось добавить изнутри продольные ребра из рейки — так же прикрученные саморезами.
Но какая же фанера красивая!
Перед дальнейшей сборкой все нужно окрасить, потом это будет очень неудобно. Корпуса были покрыты смесью двух морилок — «красное дерево» и «венге», чтобы примерно попасть в цвет отделки комнаты. Отделка довольно пестрая, поэтому не так важно, на самом деле, как именно будет. После покрытия морилкой корпуса оставил сушить с распором изнутри, чтобы пока фанера влажная немного ушло напряжение. Не знаю, мне кажется, что помогло.
Корпуса и перегородки покрывал мебельным лаком НЦ-222М, он быстро сохнет и не имеет цвета практически. Донышки покрыл лаком НЦ-218М — он дает желтоватый оттенок, хотя и довольно долго источает противный запах, за что я его недолюбливаю.
Ну а дальше начинаем вклеивать перегородки. Для экономии материала и веса изделия я их делал разной глубины, соразмерно колодцам. Но по переднему краю они все должны быть выровнены! Приклеивал к брускам на торцах, так же вкладывал бруски внутри, чтобы выдерживать ширину.
Когда все перегородки на месте — вклеиваем донышки. Если все сделано точно, то ничего подрезать не придется. Минимальные зазоры ни на что не влияют — здесь важна перпендикулярность и размеры колодцев.
Вот что получилось.
Крепежа ни с какой стороны не видно — шляпки саморезов есть только на верхней и нижней стенках, они скрыты от зрителя. Кстати, на этих стенках фанера установлена «изнанкой наружу», чтобы внутри колодцев был красивый рисунок.
На стену все это предполагается крепить с помощью металлических полочных консолей — с обратной стороны они прекрасно поместятся в колодцах, и ничего не будет видно. Собственный вес конструкция держит — а ведь получилось по 14 кг!
К сожалению, пока домой привез только один — не хотел оба сразу в багажник наваливать, боялся побить. Поэтому оценить в интерьере сложновато. Ясно только, что с цветом можно было не заморачиваться, очень уж все пестрое в комнате. Но красивая фанера, слов нет!
Анатомия акустических систем: металлокерамика и композиты — о диффузорах Monitor Audio
Если речь заходит о высокой верности воспроизведения в акустических системах, то приходится признавать, что многие технические решения являются компромиссом между КПД системы и способностью точно воспроизводить записанный звук. При этом существуют производители, которые не просто довольствуются удачным использованием очевидных конструктивных подходов, но и применяют собственные разработки, чтобы преодолеть существующие ограничения высокой верности.
C-CAM — металлокерамика для диффузоров
C-CAM — технология производства металлокерамических диффузоров, разработанная Monitor Audio в 80-х годах 20-го века и усовершенствованная в следующие 30 лет. Применяется в продуктах компании по сей день и не имеет точных аналогов. Всё началось с того, что в 1988 году перед конструкторами и технологами стала задача разработать ВЧ-излучатель с частотой первого резонанса далеко за пределами частот, которые способен услышать человек.
Для этого было решено использовать металлические твитеры компании, которые состояли из алюминиево-магниевого сплава. Их решили покрыть керамическим слоем, толщиной около 50 микрон. Металлический диффузор проходил процедуру снятия остаточного напряжения, а после этого при помощи анодирования создается внешний керамический слой.
Таким образом достигалась устойчивость диффузора к деформации, изгибам и возникновению резонансов в слышимом спектре частот. Частоту первого резонанса отодвинули в область 35 кГц. Также жесткость излучающей поверхности обеспечила плавную переходную характеристику, что субъективно проявилось в точной передаче частот, т.е. ощущении реалистичности звучания ВЧ-спектра. Золотистый цвет твитеров и название Gold Metal Dome (позже — Gold Dome C-CAM) породили легенду о том, что при производстве использовано золото, на самом деле это лишь распространённый миф.
Освоив производство твитеров по новой технологии инженеры компании решили применить её также для СЧ и НЧ динамиков. Результат оказался впечатляющим. Экспериментальные диффузоры не уступали, а часто превосходили целлюлозные, полимерные и текстильные образцы. Маркетологи разработали новый бренд — C-CAM, имя под которым эти динамики известны и сегодня.
Rigid Surface Technology — оригами для диффузора
RST (Rigid Surface Technology) сравнительно новая технология, которая позволила уменьшить толщину металлических диффузоров, не снижая их прочности, а также увеличить звуковое давление при сохранении низких искажений, антирезонансных свойств и низком распространении стоячих волн.
Принцип, который был использован инженерами, был заимствован в японском искусстве оригами. На металлический диффузор динамика наносятся небольшие полусферические вмятины, диаметр которых увеличивается от центра к периферии. Таким образом создаются дополнительные ребра жесткости, обеспечивающие прочность, и, соответственно, без существенных потерь в верности воспроизведения растет максимальная амплитуда диффузора, а значит громкость.
По данным stereo.ru, наибольший коэффициент нелинейных искажений у таких динамиков при тесте Monitor Audio Silver RX 6, отмеченный в резонансном пике на частоте 2 кГц при критическом режиме на максимальной громкости, не превысил 4%. Общий же КНИ существенно ниже и находится в пределах 0,4 — 0,5 % практически во всём спектре воспроизводимых частот.
MMP (Metal Matrix Polymer)
MMP — технология, увидевшая свет в 2003 году, в качестве альтернативы C-CAM. Представляет собой производство металлополимерного диффузора при помощи вплавления частиц металла в полипропилен под высоким давлением.
По данным некоторых экспертов, несмотря на низкую стоимость, почти не уступает С-САМ в антирезонансных свойствах и звуковом давлении. Успешно применяется в динамиках для бюджетных АС Monitor Audio.
RDT: и ещё раз композиты
RDT (Rigid Diaphragm Technology) появилась несколько лет назад и используется во флагманской серии Platinum. Удавшаяся попытка создать сверхпрочный, очень тонкий и при этом демпфированный диффузор.
Суть технологии в том, что при помощи анодирования металлокерамический слой наносится на ячеистую структуру полимерного материала Nomex, который состоит из прочных волокон. Таким образом удается снизить толщину диффузора до 40 микрон (200 в C-CAM), уменьшить массу и при этом увеличить прочность в 150 раз. Технология может применяться для ВЧ, так и СЧ, НЧ излучателей и гарантирует высокую громкость, работу динамика в поршневом режиме при минимальных искажениях и неощутимом на слух резонансном факторе.
Помимо описанных технологических технологий, связанных диффузорами, в копилке Monitor Audio масса передовых для своего времени решений, таких как использование особой конструкции труб фазоинвертора для предотвращения турбулентных явлений и временных задержек и многое другое. Надеюсь описания технологий, которые используются компанией достаточно понятны и будут полезны для тех, кто остановил свой выбор на Monitor Audio. Буду субъективен в оценке, на мой взгляд, серия Silver от Monitor Audio — это одна из лучших линеек на рынке по соотношению “цена-качество” и одна из самых наукоемких в части обеспечения высокой верности воспроизведения.
Традиционный рекламный блок
В нашем каталоге представлено множество акустических систем высокой верности воспроизведения, в числе прочих и Monitor Audio. Мы также создали специальную страницу, на которой можно подробно ознакомиться с ассортиментом компании.
Акустические системы: строение динамика (часть 2)
В первой части мы говорили о сущности, природе звука, особенностях его распространения и восприятия. Пора переходить к устройствам, которые способны этот звук воспроизвести. Наиболее распространенный по сей день вариант — динамик. Это устройство в свое время вызвало настоящий переворот в области музыкальной инженерии. Его принципиальная простота и, одновременно, сложность деталей, однозначно достойны пристального внимания.
Появление динамика
С началом активного использования электричества появилась возможность передавать звуковой сигнал, преобразуя его в электрический и обратно. В разное время изобрели много способов этого преобразования. Среди них — электродинамический, электростатический, изодинамический, ленточный, излучатель Хейла, пьезо и даже плазменный излучатель.
Они работают на разных физических принципах, различаются спецификой применения. Но самым первым все-таки было устройство, реализующее электродинамический принцип. Оно и остается самым распространенным. Динамик, электродинамическая головка, динамический драйвер — все эти термины являются синонимами к одному и тому же изобретению.
Физические принципы, на которых работает динамик, основаны на электромагнетизме, открытом Хансом Эрстедом и описанном впоследствии целой плеядой физиков 19-го века. Тот факт, что проводник с током выталкивается магнитным полем, а в проводнике, движущемся в этом поле, наоборот, возникает ток, собственно, и привел к изобретению динамика.
Первое устройство, в котором применены все основные конструктивные принципы современного динамика, было запатентовано в 1898 году Оливером Лоджем после приблизительно тридцати лет самых разных попыток нащупать эффективный способ реализации. А сам динамик, в том виде, к которому мы все привыкли, появился спустя еще приблизительно тридцать лет.
С тех пор принципы его работы и основные элементы конструкции остаются неизменными. При этом, — вот что особенно удивительно, — не проходит и года без информации об очередном революционном усовершенствовании динамика, позволяющего ему работать еще лучше.
Устройство динамика
Любой современный динамик включает в себя каркас [1], который еще называют корзиной или даже пауком. На нем держатся все остальные части конструкции.
В тыльной части корзины крепится магнитная система, которая состоит из кольцевого магнита [2] и магнитного керна [3] — вместе они образуют кольцевой зазор. Этот магнитный зазор, кольцевая щель между двумя магнитами, должна быть минимальной для создания максимально мощного магнитного поля.
В зазоре расположена так называемая голосовая (звуковая) катушка [4], которая может совершать возвратно-поступательные движения под воздействием магнитного поля, поскольку по ней протекает переменный ток, соответствующий по форме воспроизводимым звуковым колебаниям. Она, как правило, состоит из проволоки, покрытой изолирующим лаком и намотанной на тонкостенный цилиндр, который называют каркасом [5] звуковой катушки.
Он крепится к диффузору [6] — тонкостенному элементу конструкции, который, колеблясь, собственно, и воспроизводит звук. Для этой цели диффузор должен иметь возможность двигаться. Для этого установлены так называемые подвесы [7, 8]: верхний (наружный) и нижний. Это шайбы из тонкого и гибкого материала с концентрическими выпуклостями. Благодаря такой форме, подвесы позволяют диффузору двигаться вдоль оси симметрии всей конструкции вперед-назад.
Он делает это потому, что его толкает голосовая катушка, на которую действует электромагнитная сила, пропорциональная силе переменного тока, который подается на катушку по гибким безмоментным проводникам [9]. С другой стороны эти провода заканчиваются клеммами [10], к которым подсоединяется акустический кабель, идущий от усилителя.
Завершает картину пылезащитный колпачок [11], который крепится к диффузору спереди и, что понятно из названия, защищает магнитный зазор от проникновения в него частичек пыли.
Разнообразие динамиков огромно. Они различаются по мощности, рабочему диапазону воспроизводимых частот, сфере применения и по множеству других параметров. Естественно, от этого зависят технологии и материалы, применяемые в производстве каждой из частей. Их мы и рассмотрим по отдельности.
Диффузор
Изначально диффузор делался из целлюлозы — бумаги или картона. Из того же материала выполнялся и пылезащитный колпачок (если он был предусмотрен). Целлюлозные диффузоры очень часто применяются до сих пор. Бумага хороша своим сочетанием легкости и жесткости. Влагоустойчивости, прочности и долговечности ей добавляют с помощью пропитки синтетическими материалами.
В этом смысле хорош пластик, но чисто пластиковый некомпозитный диффузор имеет ряд недостатков. Для их исправления применяются композитные материалы с разнообразными компонентами: от древесных или стеклянных волокон до кевлара или даже графена. Повышенную жесткость имеют металлические диффузоры. Чаще всего они делаются из алюминиевых сплавов.
Одними из лучших параметров обладает бериллий, но, ввиду повышенной стоимости материала и технологий его обработки, такой вариант достаточно дорог. В так называемых купольных высокочастотных динамиках чаще всего применяется ткань с пропиткой, иногда армирующая слой максимально жесткого композита, с жестким наполнителем, вплоть до алмазного порошка.
Важнейшие требования к диффузору — минимум собственных резонансов и максимальная жесткость, при которой становится возможным «поршневой» режим движения диффузора по всей его площади. Эти параметры должны сочетаться с важнейшими требованиями к весу подвижной системы динамика — он должен быть минимальным. Таким образом, качественный диффузор всегда является компромиссом взаимоконфликтующих условий.
Подвес динамика
Внутренний (ближний к магниту) подвес динамика еще называют центрирующей шайбой. Чаще всего эту деталь формуют на прессе с нагреванием из легкой, крепкой на разрыв ткани с эластичной синтетической пропиткой — прочно и подвижно. В некоторых мощных низкочастотных динамиках применяются две центрирующие шайбы, расположенные одна за другой.
С внешним подвесом все немного сложнее. Изначально он делался в виде концентрических волн (гофров) по внешнему краю бумажного диффузора. Так в некоторых случаях поступают и сейчас, добавляя синтетическую пропитку зоны гофров. Для больших амплитуд колебаний внешний подвес делают из резины, чаще всего это — искусственный бутадиеновый каучук. Резиновый подвес в сечении, в большинстве случаев, представляет собой выпуклую дугу. Есть варианты и «многоволновых» резиновых подвесов, либо применения других профилей, в том числе и переменных по углу.
Оба подвеса должны обеспечить строго плоско-параллельное возвратно-поступательное движение всей подвижной системы динамика с минимальными отклонениями в сторону от его оси.
Звуковая (голосовая) катушка
Эта катушка, работающая в магнитном зазоре динамика, намотана на каркас — цилиндр, который часто делается из плотной бумаги. Для каркаса также применяется устойчивый к нагреву пластик: каптон, текстолит, либо другие композитные материалы. Для большей плотности и температурной устойчивости (при серьезной нагрузке, т. е. громкости, катушка нагревается) используют сплавы на основе алюминия и даже титан.
Проволока, которой наматывается голосовая катушка, чаще всего, медная. Алюминиевая проволока легче, и это в данном случае — плюс, но она имеет свои недостатки (большее электрическое сопротивление при меньшей температурной устойчивости) и применяется реже. Есть вариант с биметаллической алюминиевой проволокой с медным покрытием, что улучшает проводимость.
Для более плотного расположения витков проволоку иногда делают в сечении прямоугольной либо шестиугольной. Для получения нескольких вариантов сопротивления катушки при параллельном или последовательном соединении ее частей или использования раздельных усилителей, звуковая катушка, чаще всего в низкочастотных динамиках, может разделяться на отдельные секции, намотанные на общем каркасе.
Для лучшего охлаждения голосовой катушки магнитный зазор в некоторых высокочастотных динамиках заполняется специальной жидкостью с наполнителем из мелкодисперсного магнитного порошка. Это повышает эффективность системы и улучшает отвод тепла.
Магнитная система
Эффективность магнитной системы динамика определяется, в первую очередь, материалом магнита. Самый распространенный — феррит. В середине прошлого века были распространены магниты из сплава AlNiCo (железо-алюминий-никель-кобальт), в отдельных случаях этот вариант до сих пор применяется. В новейший исторический период все большее распространение получают неодимовые магниты, создающие гораздо более сильное магнитное поле. Проблемой здесь стало получение неодимовой заготовки нужных размеров: неодим — материал труднообрабатываемый. Кроме того, стоимость неодимовых магнитов в последнее время растет.
Корзина динамика
Самый распространенный и максимально технологичный вариант корзины, или каркаса динамика — штампованная деталь из мягкой стали. Каркасы небольшого размера могут быть выполнены из пластика. Более совершенное, прочное и, что самое главное, точное в своей геометрии изделие получают методом литья, чаще всего из алюминия, с последующей обработкой на металлорежущих станках.
Важно понимать: чтобы добиться минимального магнитного зазора, звуковую катушку, расположенную в этом зазоре, нужно заставить двигаться, не задевая его краев. Для этого ее движение должно быть идеально соосным магнитному зазору вдоль всей возможной амплитуды колебаний. Расположение катушки в магнитном зазоре должно быть идеально симметричным. Это накладывает высокие требования на точность изготовления и сборки всех частей.
Все компоненты динамика соединяются с помощью клея на специальном оборудовании.
Каждый динамик, согласно примененным в нем материалам и технологиям, размерам, весу, электрическим и механическим параметрам, имеет свое в точности определенное назначение. О этом предназначении и обо всем, что с ним связано — в следующей части.
Другие материалы цикла «Акустические системы»: