ВЧ-динамики: зачем они нужны, какие имеют особенности

• Главная

|

• Статьи

|

• Как выбрать динамик | АКТОН

Существует много различных типов звукоизлучателей, однако наиболее распространены излучатели электромагнитного типа, или как их ещё называют, динамики.
Динамики являются основными конструктивными элементами акустических систем (АС). К сожалению, один динамик не способен воспроизвести весь слышимый диапазон частот. Поэтому для полнодиапазонного воспроизведения в акустических системах применяется несколько динамиков, где каждый рассчитан на воспроизведение своей полосы частот. Принцип работы низкочастотных (НЧ) и высокочастотных (ВЧ) динамиков одинаковый, отличия заключаются в реализации отдельных конструктивных элементов.

Принцип работы динамика основан на взаимодействии переменного магнитного поля создаваемого током, протекающим по проводу магнитной катушки, с магнитным полем постоянного магнита.

Несмотря на сравнительную простоту конструкции, динамики, предназначенные для работы в высококачественных акустических системах, имеют большое количество важных параметров, от которых зависит конечное звучание акустической системы.

Самым главным показателем, характеризующим динамик, является полоса воспроизводимых частот. Она может быть указана в виде пары значений (нижней граничной и верхней граничной частоты), или приведена в виде амплитудно-частотной характеристики (АЧХ). Второй вариант является более информативным. АЧХ представляет собой графическую зависимость уровня звукового давления, создаваемого динамиком на расстоянии 1 метр по рабочей оси, от частоты. АЧХ позволяет оценить частотные искажения, вносимые динамиком в исходный сигнал, а также, в случае использования динамика в составе многополосной системы – выявить оптимальное значение частоты раздела разделительного фильтра. Именно АЧХ позволяет классифицировать динамик как низкочастотный, среднечастотный или высокочастотный.

Выбор низкочастотного динамика

Для НЧ динамиков, помимо АЧХ, существенной группой показателей являются так называемые Тиль-Смолл параметры. На их основе производится расчёт параметров акустического оформления для динамика (корпуса акустической системы). Минимальный набор параметров резонансная частота — fs, полная добротность — Qts, эквивалентный объём — Vas.

Тиль-Смолл параметры описывают поведение динамика в области поршневого действия (ниже 500Гц), рассматривая его как колебательную систему. Совместно с акустическим оформлением (АО), динамик представляет собой фильтр высоких частот (ФВЧ), что позволяет при расчётах использовать математический аппарат, позаимствованный из теории фильтров.

Оценка значений Тиль-Смолл параметров динамика, и в первую очередь, полной добротности Qts, позволяет судить о целесообразности применения динамика в акустических системах с тем или иным типом акустического оформления (АО). Для АС с акустическим оформлением фазоинверсного типа в основном используются динамики со значением полной добротности до 0,4. Стоит отметить, что фазоинверсные системы являются наиболее требовательными, с точки зрения проектирования, по-сравнению с АС, имеющими закрытое и открытое АО. Данная конструкция чувствительна к ошибкам, допущенным в расчётах и при изготовлении корпуса, а также при использовании недостоверных значений параметров НЧ динамика.

При выборе НЧ динамика большую роль играет параметр Xmax. Xmax показывает максимально допустимое смещение диффузора, при котором в зазоре магнитной цепи динамика сохраняется постоянное количество витков провода звуковой катушки (см. рис. ниже).

Для сателлитных акустических систем подойдут динамики с Xmax=2-4мм. Для сабвуферов следует применять динамики с Xmax=5-9мм. При этом сохраняется линейность преобразования электрических колебаний в акустические на больших мощностях (и, соответственно, больших амплитудах колебаний), что проявляется в более эффективном излучении низких частот.

Если вы приняли решение об изготовлении акустической системы «своими руками», перед вами неизбежно встанет вопрос о выборе фирменных комплектующих, в частотности динамиков. Не имея опыта эксплуатации продукции различных производителей иногда сложно сделать оптимальный выбор. Приходится руководствоваться множеством факторов, сравнивать по многим параметрам, не только имеющих отношение к паспортным характеристикам. Динамики АКТОН удачно дополнят вашу АС, поскольку, помимо высокого качества, обладают рядом преимуществ:

• имеют оптимальное соотношение цена/качество в своём сегменте;
• динамики специально разработаны для профессиональных АС, используемых для озвучивания социально-культурных мероприятий;
• для динамиков разработана документация по изготовлению корпусов;
• взаимодействие потребителя с производителем осуществляется напрямую без посредников, что позволяет избежать проблем с доступностью любых запчастей и комплектующих;
• информационная поддержка по вопросам конструирования АС;
• высокая надёжность работы динамиков АКТОН.

С модельным рядом динамиков АКТОН вы можете ознакомиться здесь.

Басовые

Сабвуферы предназначены для работы с более низким диапазоном частот (звуковых волн) для акустической системы, и есть несколько различных типов, в зависимости от ваших потребностей. Хотя все они построены очень схожим образом, между каждым типом есть определенные различия:

• Стандартный низкочастотный громкоговоритель: стандартный низкочастотный громкоговоритель вырабатывает частоты от 20 до 2000 Гц (2 кГц или 2 кГц). Низкочастотный громкоговоритель часто характеризуется своим басовым звуком, который исходит от низкочастотной синусоидальной волны. Обычно вы будете видеть стандартные низкочастотные громкоговорители как часть высококлассных громкоговорителей, которые содержат либо низкочастотный громкоговоритель и высокочастотный динамик (настройка, известная как двухполосный громкоговоритель), либо низкочастотный громкоговоритель, высокочастотный динамик и среднечастотный громкоговоритель (настройка, известная как 3 динамик).
• Сабвуфер: Сабвуферы способны воспроизводить тоны с частотой ниже 200 Гц в пользовательских системах. Они состоят из одного или нескольких сабвуферов, часто устанавливаемых внутри деревянного корпуса. Хотя человеческое ухо может воспринимать только частоту до 12 Гц, сабвуферы, работающие на более низких частотах, могут ощущаться только, если не слышны. Сабвуферы являются наиболее распространенным дополнением к настройке колонок. Они, как правило, размещаются в своем собственном изолированном корпусе и обеспечивают низкий уровень шума, который вы просто не можете получить с помощью стандартных низкочастотных динамиков.
• Midwoofer: Midwoofers попадают прямо в середину диапазона «сабвуфера», начиная с 200 Гц -5 кГц. Обладая таким широким диапазоном частот, этот громкоговоритель будет воспроизводить звук наилучшего качества с частотой 500 Гц-2 кГц и начнет ухудшаться с обеих сторон спектра.
• Вращающийся НЧ-динамик : Вращающийся НЧ-динамик — это громкоговоритель в стиле НЧ-динамика, который использует движение катушки для изменения высоты набора лопастей вентилятора вместо использования формы конуса. Поскольку высота лопаток изменяется аудиоусилителем, требуемая мощность намного меньше, чем у обычного сабвуфера. Они также намного превосходят в создании звуков значительно ниже 20 Гц, ниже нормального уровня человеческого слуха, способного производить частоты до 0 Гц, сжимая воздух в закрытой комнате.

В большинстве пользовательских акустических систем вы, вероятно, найдете стандартный низкочастотный динамик в составе основных динамиков и, возможно, дополнительный, но отдельный сабвуфер.

Выбор высокочастотного динамика

При выборе ВЧ динамика, по АЧХ определяют нижнюю частоту воспроизводимого им диапазона. Необходимо чтобы полоса частот ВЧ динамика несколько перекрывала полосу частот НЧ динамика.

Некоторые ВЧ динамики предназначены для работы совместно с рупором. В отличие от ВЧ динамиков прямого излучения (или, как их называют, твиттеров), рупорные ВЧ динамики, благодаря свойствам рупора имеют более низкую граничную частоту воспроизводимого звукового диапазона. Нижняя граничная частота такого ВЧ динамика может составлять примерно 2000-3000Гц, что позволяет во многих случаях отказаться от СЧ динамика в АС.

Из-за конструктивных особенностей, ВЧ динамики, как правило, имеют более высокую чувствительность, по сравнению с НЧ динамиками. Поэтому на этапе проектирования фильтра, в нём предусматривают цепь аттенюатора (подавителя), необходимого для понижения избыточного излучения, который приводит значения чувствительностей ВЧ и НЧ динамиков к одинаковому уровню.

При выборе ВЧ динамика важно учитывать его мощность, которая выбирается исходя из мощности НЧ динамика. При этом мощность ВЧ динамика принимается ниже мощности НЧ динамика, что вытекает из анализа спектральной плотности звукового сигнала, соответствующей розовому шуму (имеющему спад в сторону высоких частот). Для практического расчёта мощности, рассеиваемой на ВЧ динамике в АС с частотой раздела 3-5кГц, можно воспользоваться калькулятором на нашем сайте.

Напомним, ВЧ динамики недопустимо использовать без фильтра высоких частот (ФВЧ), ограничивающего проникновение низкочастотной части спектра.

Как выбрать широкополосную акустику для автомобиля

Если автолюбитель слушает радио или музыкальные записи в фоновом режиме, то такая акустика будет подходящим вариантом. Водитель сможет слушать музыку и радиошоу и сэкономит на установке акустического оборудования.

При выборе акустики для автомобиля нужно оценить характеристики:

1. Типоразмер. Это стандарт, задающий геометрические размеры динамиков. В автомобилях заводской конструкцией предусмотрены штатные места для монтажа акустики. Эти точки рассчитаны на овальные или круглые динамики. Стандартные размеры – 10, 13, 16 см, но производитель может указать в дюймах. Модифицировать штатные места самостоятельно нельзя. Это приведет к нарушению герметизации, что означает ухудшение звучания. Чем больше размер динамика – тем меньше проблем с воспроизведением низкочастотного диапазона.
2. Частота. Производители указывают значение показателя в технической документации. Поскольку у такой акустики наблюдаются провалы в низко- и высокочастотном диапазонах, нужно искать колонки, у которых нижний предел составляет менее 20 Гц, а верхний – 48 кГц.
3. Чувствительность. Для авто этот показатель должен составлять 90 Дб. Если воспроизводящее устройство не отличается мощностью, нужно искать прибор с чувствительностью выше 90 Дб (устройства с показателем до 150 Дб хватит, иначе динамики начнут реагировать на электро- или радиопомехи, возникающие в автомобиле).
4. Показатели номинальной и пиковой мощности. Номинальная мощность – это та, при которой акустика воспроизводит звук без дефектов в течение продолжительного времени. Пиковая мощность – это предельный показатель, рассчитанный на подачу максимального тока в течение пяти минут. Поэтому рекомендуется выбирать устройство по номинальной мощности.
5. Добротность – это объективный физический показатель, отражающий способность контурного блока диффузора, изготовленного из резины, сохранять заданную амплитуду. Для динамиков, устанавливаемых в дверях автомобиля, рекомендуется значение выше 0,6.
6. Импеданс – электрическое сопротивление динамика или колонки. Значение показателя выбирают в соответствии с величиной, указанной в техпаспорте усилителя. Это снижает риск искажения сигнала.

Одновременно приобретают сабвуфер. Устройство работает в низкочастотном диапазоне и отвечает за воспроизведение баса. Устанавливают в сабвуфер в багажнике или под задним сидением. Такое расположение способствует равномерному распределению колебаний по объему салона, и басы не искажают звучание композиции.

Приобрести акустику – колонки, сабвуфер, наушники – можно в интернет-магазине. Перед покупкой онлайн нужно не только рассмотреть фото и почитать показатели, но и изучить условия поставки. Некоторые магазины предлагают доставку только по Москве, другие – по территории России. Нужно уточнить и условия оплаты, а также сроки гарантийного обслуживания.

Твитер

Понятно, что, если трудно воспроизвести весь диапазон одним излучателем, есть смысл разделить этот диапазон на несколько частот, в каждой из которых будет работать отдельный динамик. За верхние частоты в этом случае отвечает твитер (пищалка).

Этот динамик должен иметь диффузор (мембрану) небольшой площади, но достаточно жесткий и максимально легкий, ведь полоса излучения твитера, в большинстве случаев, не ниже 1,5 кГц. Среди динамиков наибольшее распространение получил купольный твитер. В нем центральное тело диффузора или элемент, который в полноразмерном динамике называется пылезащитным колпачком, занимает практически всю площадь излучающей поверхности.

Твитер колонки Apple HomePod

Мембрану купольного твитера чаще всего делают из ткани с пропиткой, повышающей ее жесткость. Применяют и более жесткие материалы, лучшим из которых по праву считается бериллий.

Важный параметр твитера — это частота его собственного резонанса. Разработчики стремятся к тому, чтобы она находилась ниже полосы его воспроизведения. В этом случае пищалка звучит максимально точно. Дело в том, что на частотах, близких к резонансу, комплекс усилитель-динамик начинает работать некорректно, «идет в разнос», и система становится плохо управляемой.

Результат — искажения, причем в той частотной области, в которой наш слух к ним особенно чувствителен. Выход оказался прост: кроссовер — устройство, ограничивающее частотный диапазон работы твитера, «обрезает» частоты его собственного резонанса, расположенные ниже рабочего диапазона твитера, который начинается, как правило, от 2–3 кГц.

Твитер с алмазной мембраной Seas Excel E0100-04

Второе требование к твитеру — повышенная верхняя граничная частота воспроизведения. В оптимальном случае она должна превосходить верхний частотный порог слышимого диапазона, т.е. быть выше 20 кГц. Казалось бы, зачем выше, если на этих частотах мы уже не слышим ничего?

Расширенный вверх предел частотного диапазона позволяет твитеру воспроизводить так называемые верхние гармоники, формируя максимально точное звучание высоких частот. До какого предела должен иметь возможность работать твитер — а зачастую высказываются мнения о величинах в 40, а то и в 60 кГц — вопрос, являющийся предметом дискуссий.

Названные два требования к конструкции твитера являются взаимоисключающими. Для понижения резонанса необходимо делать мембрану большего размера и веса, а для повышения верхней границы АЧХ — наоборот. Выход — максимальное соотношение жесткости и массы мембраны твитера, за которое и идет технологическая борьба.

Коаксиальные драйверы

В двух- трехполосной колонке твитер, среднечастотник и низкочастотный динамик устанавливаются отдельно, то есть, они разнесены в пространстве. Это является серьезным недостатком. Наш слух, который легко определяет направление на источник звука, бывает обманут тем, что средние частоты и высокие частоты поступают практически из разных точек.

Направление на низкочастотный излучатель определить труднее, но тем не менее его удаленность также вносит свою лепту. В результате, такая геометрия колонки ухудшает восприятие стереообраза.

В первый раз, когда ИллСиб перешли от «вы как та девочка» к «вы — та девочка», ариекаи заметно вздрогнули. Эта до странности аппетитная ложь «вы есть» родилась из ставшей уже привычной для них правды «вы похожи». А за ней и противоположное утверждение о том, что их враги также похожи на меня, как они сами. Мы показали им, как легко их собственные аргументы превращают в лжецов их самих.

Строение коаксиального драйвера KEF UniQ

Широкополосный динамик, о котором написано выше, просто в силу физики процесса имеет ограничения как по максимальной мощности, так и по частотному диапазону. Кроме того, для широкополосного динамика неизбежна высокая неравномерность АЧХ (выше 10–20 дБ), которую практически невозможно, да и нет смысла компенсировать электроникой либо акустическим оформлением.

Выходом из этой ситуации стал коаксиальный драйвер. На первый взгляд, такой совмещенный динамик выглядит достаточно просто. В двухполосном варианте твитер расположен в центре низкочастотного динамика — традиционные размеры пищалок вполне для этого подходят. Но с инженерной точки зрения такая конфигурация резко затрудняет разработку (расчет) и изготовление подобной системы.

Коаксиальный динамик TAD CST

И это отражается на ее стоимости. Есть варианты, которые позволяют упростить конструкцию: например, размещение твитера перед низкочастотным диффузором на специальном креплении. И все-таки именно «полновесные» коаксиальные системы создают наиболее точный стереоэффект. Поэтому во все времена разные разработчики и компании выпускали коаксиальные драйверы, которые присутствовали в составе их топовых систем.