лучший широкополосный динамик с высокой чувствительностью
Акустические системы: типы динамиков (часть 3)
В прошлый раз мы разобрались, по крайней мере, в общих чертах, в конструкции динамика. Основные ее элементы — общие для всех типов динамиков, но главное, как всегда, кроется в различиях. О них и стоит рассказать подробнее.
Широкополосник
Частотный диапазон, воспринимаемый человеческим слухом, как уже говорилось, находится в пределах приблизительно от 20 Гц до 20 кГц. Логичнее всего было бы иметь такой динамик, который способен воспроизвести его полностью. И такие динамики есть. Они называются широкополосными.
Вопрос в том, насколько качественно они способны работать в крайних значениях частот этого диапазона. Дело в том, что для эффективного воспроизведения низких частот диффузор классического динамика должен иметь достаточно большие размеры. Например, для частоты 40 Гц его диаметр должен быть около 30 см. Это достаточно просто реализовать.
Широкополосный динамик ScanSpeak 10F/4424G00
Но на высоких частотах такой диффузор попросту не сможет «успевать» передавать колебания всей своей поверхностью. Именно поэтому чаще всего широкополосные динамики являются результатом компромисса.
Для качественного воспроизведения верхней части частотного диапазона в центр диффузора широкополосника зачастую вклеивается дополнительный высокочастотный диффузор — «рупорок» (конус-визер, «дудка»), который способен воспроизводить «быстрые» колебания в то время, как основной, большой диффузор работает гораздо медленнее.
Применяемые в аудиофильских системах широкополосники — предмет серьезных инженерных разработок, граничащих с искусством. Здесь используются материалы с максимально возможными параметрами, ноу-хау, позволяющие все-таки получить полнодиапазонный драйвер.
Широкополосный динамик Lii Audio 2PCS Fast-10
Наиболее проблемным для широкополосного динамика является воспроизведение крайних частот слышимого диапазона. Если широкополосник способен работать в диапазоне 60–16000 Гц с неравномерностью ± 10 дБ — это уже неплохой результат.
При этом в связи с простотой конструкции и отсутствием фильтров (кроссоверов) акустическая система с широкополосником способна демонстрировать высокую чувствительность — от 90–92 дБ и выше. Это делает колонки с широкополосными динамиками особо востребованными среди любителей ламповых усилителей, имеющих, как правило, ограниченную мощность.
В связи с этим голосовые катушки таких широкополосников обладают повышенным сопротивлением. Общепринятые значения для всех остальных динамиков, предназначенных для установки в акустические системы — от 2 до 8 Ом.
Кроме того, именно широкополосный динамик максимально приближен по своим параметрам к точечному источнику звука — идеальному акустическому объекту с точки зрения его локализации. Направление на источник в таком случае определяется слушателем максимально точно. Такой излучатель позволяет создать самую точную стереосцену (звуковую сцену), поскольку источник звука в стереоканале — всего один и он имеет минимальную площадь.
С другой стороны, простейшая колонка с широкополосником — самое дешевое решение, но говорить о полнодиапазонном воспроизведении в этом случае не приходится.
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.
Среднечастотный динамик
Динамик, который играет средние частоты (его еще иногда называют мидренч или, правильнее, мидрейндж — этот термин, от английского midrange speaker, пришел из автозвука), обычно наиболее близок по конструкции к классическому динамику. Важно, что этот динамик воспроизводит именно тот диапазон частот, в котором располагается человеческий голос и на котором наш слух особенно чувствителен к искажениям.
Пример поведения динамика, замеры получены лазерным интерферометром
Ахиллесовой пятой среднечастотника является эффект появления специфических деформаций диффузора — так называемой изгибной волны, когда периферическая область диффузора не успевает за движениями центральной зоны, где крепится голосовая катушка. То есть разные зоны диффузора (кстати, расположенные, как правило, пятнами, а не концентрически, как следовало бы из логики процесса) колеблются не синфазно — одни участки отстают от других.
Звучание становится «рыхлым», неточным. Значит, диффузор должен быть максимально жестким. Если решать проблему в лоб — получим действительно жесткий диффузор, который будет весить так много, что не сможет звучать. Поэтому, как и в твитере, и в широкополоснике, в конструкции диффузора заложен сложнейший компромисс — между жесткостью и легкостью.
Среднечастотный драйвер Morel SCM 634 с карбоновым диффузором
Для колонок высокого класса конструкция диффузоров — важнейший момент. В экзотических вариантах среднечастотники (так же, как и твитеры, но гораздо реже) получают диффузор из бериллия. Но гораздо чаще в среднечастотниках можно видеть диффузоры из композитных материалов на базе углеволокна, стекловолокна, кевлара, древесного волокна или классической целлюлозы.
НЧ-драйвер
Низкочастотный динамик часто еще называют вуфером. Для практически любого класса акустических систем вуфер, естественно, является самым большим по площади излучателем. Для низкочастотника предпочтительным является полностью поршневой режим работы, когда диффузор движется возвратно-поступательно, как единое целое.
Здесь проблема решается еще более радикально, чем в случае со среднечастотным драйвером. Диффузор делают максимально жестким, даже за счет его утяжеления. Дело в том, что на низких частотах наш слух наименее чувствителен к искажениям. И в случае, когда для диффузора вуфера прежде всего важна амплитуда колебаний, ради жесткости идут на увеличение веса.
24-дюймовый басовый динамик в сабвуфере Pro Audio Technology
Масса подвижной системы многих крупных сабвуферных динамиков может достигать 200 г и более. Диффузоры в некоторых случаях получают пространственную конструкцию наподобие самолетного крыла из многослойного композита с заполнением внутренних полостей легкими ячеистыми или сотовыми структурами.
Для аудиофильских систем массу диффузора низкочастотного драйвера по-прежнему стараются минимизировать, поскольку натренированный слух не любит низкочастотных искажений, равно как и всех остальных.
Причем амплитуда колебаний у вуферов — самая большая среди всех перечисленных динамиков. Для этого они оснащаются так называемой длинноходовой (удлиненной) голосовой катушкой. Внешний подвес делается из резины. Все это позволяет диффузору иметь очень большую экскурсию — так называют смещение диффузора от центральной точки.
18-дюймовый басовый вуфер JBL
Особенно ярко «порода» низкочастотного динамика проявляется в драйверах, которые устанавливаются в сабвуферы. Это тяжелое, мощное устройство диаметром от 8 до 15 дюймов (наиболее часто применяемый в пользовательской АС диапазон размеров). Они имеют очень мощные магнитные системы и, в связи с этим, немалый общий вес. При этом в низкочастотных драйверах, работающих от мощных полупроводниковых усилителей, часто устанавливаются катушки минимального сопротивления — 2, а то и 1 Ом.
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.
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.
Специализированные динамики
Воспроизведение звука в условиях, отличных от комнатных, требует применения динамиков, учитывающих эту специфику в свей конструкции. Динамики ландшафтного, шахтного, морского применения должны выдерживать повышенное содержание пыли, способной проникать в магнитный зазор, длительное солнечное излучение, повышенную влажность, воздействие морской соли и других негативных факторов. Для этого в конструкцию вносится серьезные изменения: выбираются материалы, защищаются уязвимые элементы.
Динамики наушников
Для наушников прежде всего пришлось разработать миниатюрные динамики: калибром от 6 до 12 мм для внутриканальных и до 50–60 мм максимум — для накладных моделей. В подавляющем большинстве случаев это широкополосные драйверы. Малый размер облегчает им задачу воспроизведения полного диапазона.
С другой стороны, производство осложняется именно минимальными размерами. Чаще всего диффузор такого динамика сделан из синтетического материала, хотя целлюлоза и другие натуральные волокнистые материалы тоже могут присутствовать. Ввиду требований компактности и низкого веса именно в наушниках наиболее часто используются неодимовые магниты, благодаря которым динамики могут демонстрировать высокую чувствительность — до 120 дБ и выше.
Динамик наушников Apple EarPods
Специфика применения требует, чтобы динамики наушников имели повышенное сопротивление. И если звуковые катушки динамиков акустических систем имеют сопротивление от 2 до 16 Ом (чаще всего от 4 до 8), то динамики наушников имеют сопротивление не ниже 16 Ом, а максимальное значение может достигать 600–800 Ом для профессиональных моделей.
В отдельных моделях наушников, даже внутриканальных, могут использоваться раздельные динамики для разных полос частот — но это редкий случай. Чаще встречается совместное применение излучателей разных типов — динамических и арматурных.
Другие материалы цикла «Акустические системы»:
Hi-Fi и High-End техника или энциклопедия звука и видео
ЗВУКОМАНИЯ
Hi-Fi и High-End техника или энциклопедия звука и видео
Самый лучший динамик и разные конструкции акустики
Самый лучший динамик и разные конструкции акустики
Все люди отдают предпочтение определенному типу и конфигурации акустики. Это предпочтение может быть основано на личном опыте, мнение рецензентов, свои или чужие технические знания, или, возможно, даже некоторые смогли сами сделать акустические системы. Есть много способов, сделать хорошую акустику. Тем не менее, я часто удивляюсь, как мало, а именно большинство людей (даже те, кто глубоко увлечены звуком) действительно не понимают, о последствиях применения различных конфигураций динамиков.
Самый лучший динамик и разные конструкции акустики
Чтобы понять, почему некоторые конфигурации драйверов работают лучше, чем другие в некоторых ситуациях, важно понять несколько общих принципов:
1) При прочих равных условиях, чем больше диаметр динамика, тем ниже частоты он может играть, и больше трудностей у него будет воспроизводить высокие частоты. Опять же, это общий принцип, правда, только тогда, когда все другие принципы/правила равны.
Focal Chora 826 динамик
2) Дисперсия динамика
(ровность, с которым он рассеивает звук во всех направлениях) в основном зависит от его диаметра — или, в случае овальной формы или прямоугольной формы динамиков, их горизонтальных и вертикальных размеров. Правило заключается в том, что дисперсия динамика начинает сужаться (или «луч») на частоте, длина волны которого соответствует размеру динамика.
Дисперсия имеет важное значение, поскольку она дает акустике большой, открытый, естественный звук. Если дисперсия динамика оставляет желать лучшего, то будет казаться больше похожим, что звук динамиков исходит из короба, а не от реального певца или инструмента. Плохая дисперсия акустики средней ценовой категории также может создавать много окраски или звук как будто певцы поют под одеялом.
Вы, наверное, уже поняли, что самая большая дилемма настройки акустических систем: чем меньше динамик, тем шире его дисперсия (см. измерения диаграммы ниже); Тем не менее, чем меньше динамик, тем меньше он может работать с низкими частотами. Это может привести к осознанию того, что «чем проще, тем лучше» но ведь — это редко применяется в акустических системах. Чем проще динамик, тем больше вероятность того, чтобы может иметь некоторую комбинацию неравномерной частотной характеристики, плохой дисперсии, отсутствие баса и / или высоких частот, и / или высокой искажений.
Давайте рассмотрим плюсы и минусы некоторых из наиболее популярных конфигураций различных типов динамика.
Примечание: Есть бесчисленное множество факторов, влияющих на производительность динамиков, включая проектирование диффузора и материалов, конструкции корпуса и материалов, нагрузки баса на саму корзину, кроссоверов и т.д. Тем не менее, некоторые вопросы выходят за рамки данной статьи, которая касается конкретно конфигурации динамика.
Один динамик в акустике (полный диапазон частот, широкополосные динамики)
Некоторые аудиофилы и меломаны стремятся слушать звук акустики с одним динамиком, обычно это широкополосные динамики, потому что они считают, что устранение схемы кроссовера для разделения звукового сигнала на низких и высоких частотах обеспечивает большую чистоту звука.
Проблема заключается в том, что это происходит немного другим способом. Большие полнодиапазонные динамики имеют не ровную АЧХ в высоких частотах. Поэтому в основном акустика с широкополосными динамиками комплектуется пищалкой. Меньшие полнодиапазонные динамики, например, такие как 3,5-дюймовые могут иметь довольно гладкую АЧХ и даже неплохую дисперсию, где — то между 5 и 7,5 кГц, так что они могут звучать хорошо — но потому, что резонансные частоты этих динамиков, как правило, 100 Гц или выше, но они будут предлагать мало баса, либо вообще их не будет.
Тем не менее, в продуктах по выгодной цене, динамики широкополосные (полнодиапазонные) иногда лучший выбор. Особенно в паре ламповым усилителем.
Многие колонки (акустика) с использованием более крупных динамиков можно считать высокой точности воспроизведения. Некоторые аудиофилы, относятся к таким динамикам более философски, чем музыкально. Частотная характеристика и дисперсия этих динамиков на мой слух естественна и нейтральна, хотя график АЧХ не особо хорош. Некоторым из этих динамиков добавляют супер-твитер для более лучших высоких частот, но их общая частотная характеристика будет по-прежнему грубая и их дисперсия узкая в нижней и верхней части высоких частот, а также средних частот.
Martin Logan Electromotion ESL
Есть также колонки полнодиапазонные электростатические и magnetoplanar магентопланарные панели, такие каки Magnepan. Они излучают звук вперед и назад, что помогает противодействовать проблемам дисперсии, вызванные большими излучающими поверхностями панелей. Многие из этих колонок используют изогнутые панели, чтобы расширить их дисперсию. Они не могут выдать глубокие басы при высокой громкости, но некоторые аудиофилы считают эти акустические системы одними из лучших. Впрочем, их комплектуют сабом.
Двух полосная акустика (НЧ/ВЧ)
Акустические системы, сочетающие 1 НЧ-динамик и 1 твитер являются наиболее распространенными, и некоторые аудиофилы считают их лучшими, часто ссылаясь » чем проще, тем лучше». Да, двух полосные АС, как правило, проще, чем 3-полосные модели, но их простота требует компромисса, которая имеет тенденцию происходить на частотах от двух до четырех кГц, где ухо наиболее чувствительно.
Проблема с двумя полосами происходит в точке пересечения, частоты, при которой звук передаётся от низкочастотного динамика до твитера. Как мы уже говорили выше, чем больше низкочастотный динамик, тем больше его дисперсия начинает сужаться на более высоких частотах. От средних частот до высоких частот, дисперсия сужается по мере приближения к точке пересечения, а затем снова открывается широкий звуковой переход к твитеру, который, как правило, 1 или 0,75 дюйма в диаметре и, таким образом, в целом звук хорошо рассеивается вверх до верхней октавы высоких частот (от 10 до 20 кГц).
Клон Naim NAP 200 + внешний ЦАП
Одним из решений является использование меньшего НЧ-динамика, в этом случае вы жертвуете басами. Или вы можете переместить точку кроссовера ниже, тогда сабвуфер будет не активен на высоких частотах.
Очевидно, что многие дизайнеры и звукоинженеры акустических систем сделали этот компромисс успешно, потому что существуют бесчисленные двухполосные колонки, которые звучат великолепно. За некоторыми исключениями, мне нравятся двухполосные колонки с одним-дюймовым высокочастотным динамиком и широкополосным или НЧ-динамиком размером не более 5,25 дюймов с кроссовером около 2,2 кГц или около того. Конечно, любая двухполосная акустика может быть дополнена сабвуфером.
Хотя есть два исключения. Во-первых, некоторые высокочастотные динамики имеют достаточный отклик вниз в среднем диапазоне, и они могут озвучивать более низкую частоту, как правило, от 800 Гц до 1,5 кГц. К ним относятся рупорная пищалка с использованием драйверов сжатия (не купольные твитеры с рупором в форме волновода), некоторые ленточные твитеры, и электростатические и (magnetoplanar) магнетопланарные панели. Вот почему двухполосная конструкция работает хорошо, например, рупорные колонки от JBL и Klipsch, а также двухсторонние электростатические колонки от ЗМ.
Электростатическая акустика Статик ЗМ +усилитель клон НАИМ
Другое исключение является то, что крупные вуферы с низкой движущейся массой и высокой чувствительностью могут воспроизводить естественное звучание на средних частотах и могут относительно хорошо озвучивать высокие частоты. Часто, такой динамик будет иметь гофрированный диффузор. Примеры, профессиональные мониторы JBL M2.
Трехполосная акустика (НЧ — динамик/СЧ/ВЧ)
Большинство дизайнеров и звукоинженеров акустики препочитают именно трехполосную акустику. Конструкция «трехполосная акустика» дает вам использовать преимущество маленьких, полнодиапазонных динамиков, описанных выше: мертвой плоской частотной характеристикой и последовательной дисперсии через большую часть голосового диапазона. Это потому, что точки кроссовера обычно составляет около от 300 до 600 Гц между НЧ-динамиком и средней частотой и от 2,8 до четырех килогерц между СЧ и ВЧ-динамиком.
Focal 725 ОБЗОР
Вы получаете широкий разброс с одно- или 0,75-дюймовым высокочастотным динамиком без каких-либо опасений по поводу искажений звука твитера или какой либо неудачи. Дизайнер или звукоинженер также свободно использует больший низкочастотный динамик (или два или три), чтобы получить более глубокие басы. Хорошо продуманная трехполосная акустика может обеспечить высокую коммутируемую мощность, очень естественный звук без резкого аномалий тонального баланса, который близок к совершенству.
Но трехполосная акустика не совершенна во всех отношениях. Акустические системы множества производителей, использующие динамик на средних частотах, обычно ужасного качества, НЧ-динамик или является общим; они будут играть громче, чем акустика с меньшими динамиками среднего уровня, но они, как правило, не доставляют, последовательной широкой дисперсии средних частот, что делает голоса звучат неестественно раздутыми, потому что они идут с большим низкочастотным.
Также трудно сделать трехполосную акустическую систему при низких денежных затратах. Конструктор должен добавить динамик, среднечастотный в отдельном внутреннем корпусе для СЧ, а также такая акустика должна иметь большой корпус в целом, и, как правило, две или три дополнительных катушки индуктивности, два или три дополнительных конденсатора, а также дополнительный резистор. Умножьте стоимость этих дополнительных частей пять или шесть раз, чтобы получить увеличение розничной цены, а затем добавьте немного больше за более дорогостоящую перевозку груза, и вы начинаете понимать, почему существует много трехполосной акустики по цене ниже 20 000 рублей за пару с убогой «комплектухой» внутри.
Общий вариант на трехполосной акустике: 2 или 2,5 полосы. Такая акустика как правило, использует один высокочастотный динамик и два или три соответствующих вуфера. Низкочастотный динамик ближе всего к твитеру. НЧ-динамики под нижние частоты фильтруются, как правило, от 300 до 800 Гц, так что они увеличивают низкие частоты на выходе верхнего низкочастотного динамика, но в основном держаться подальше от средней ценовой категории.
Акустика Focal
Такой способ конструкции как (2,5 полосы) два с половиной даст вам больше баса, чем сопоставимые двухполосные модели, но они до сих пор представляют одни и те же проблемы, как две полосы, когда речь идет о выборе правильной точки кроссовера между низкочастотным и высокочастотным динамиком.
Четырехполосная акустика и многое другое
Кстати, в более дорогих моделях, более навороченных применяют даже четыре- и пять-полос, но в наше время такие АС стали обычным явлением. По большей части, это в основном трехполосные модели с добавленым большим низкочастотным динамиком для более глубокого баса. У них есть все преимущества трехполосной акустики с еще более глубокими басами, но при более высокой стоимости.
Таким четырехполосным акустическим системам особенно полезно применять фильтры первого порядка в кроссоверах.
Я осветил лишь поверхность этой темы, но она довольно обширная, так что подписывайтесь на наш сайт Звукомания. Желаю удачи найти лучшую акустику в мире!
По всем вопросам Пишите мне на эл. почту: anl555@bk.ru или ВК https://vk.com/id104002989 или https://ok.ru/aleksandr.levchuk2
Не бойтесь меня и добавляйтесь в ВК, Ютуб, Одноклассники, FK
Если вы хотите узнать больше об этой теме, и быть в курсе, пожалуйста, подпишитесь на наш сайт
Не забывайте сохранять нас в закладках! (CTRL+SHiFT+D) Подписывайтесь, комментируйте, делитесь в соц.сетях. Желаю удачи в поиске именно своего звука!
На нашем сайте Звукомания есть полезная информация по звуку и видео, которая пригодится для каждого, причем на каждый день, мы обновляем сайт «Звукомания» постоянно и стараемся искать и писать только отличную, проверенную и нужную информацию.