рупорный динамик

История и виды динамиков

Стандартный динамический громкоговоритель, который мы знаем сегодня, был разработан в 1920-х годах и использует магнитное поле для перемещения катушки или магнита, который соединен с диафрагмой. Конечно есть и другие виды динамиков, которые зависят от типа устройств усилиения, помимо стандартных круглых динамиков, в этой статье мы рассмотрим немного основных типов: рупорные(рожковые), пьезоэлектрические, магнитострикционные динамики, электростатические, ленточные и плоские магнитные колонки, волновые, плоские панельные колонки, «преобразователи воздушного движения», плазменные динамики, и цифровые колонки.

1. Рожковые (рупорные) динамики

Данные динамики были самой первой формой для усиления звука. Им не нужно электричество для усилиения. Данные динамики использовали в своих конструкциях например: Томас Эдисон, Magnavox, и Victrola. Период их использования примерно 1880 по 1920.

рупорный динамик

Основной их недостаток в том, что они не могут качественнои мощно производить усиление.В будующем их полностью вытеснят динамики и устройства основанные на электричестве. Сегодня они интересны лишь в качестве экспоната для коллекционеров, правда есть современные разработки, которые полностью или частично используют принципы рупорных динамиков.

рупорный динамик

2. Электродинамические (современные) динамики        

электродинамические динамимики принцип Что такое электродинамический динамик? Это устройство, которое использует электромагнитную катушку и диафрагму для создания звука. Это наиболее распространенный тип динамиков в современном мире.

Как это работает?

Современный динамик использует электромагнит, чтобы преобразовывать электрические сигналы разной силы в движение диффузора. Катушка из медной проволоки движется в магнитном поле. Это работает используя принцип индукции. Катушка подключена к конусу из картона, бумаги, винила или другого материала. Конус диафрагмы вибрирует вместе с электромагнитной катушкой. Звук создается и усиливается непосредственно самой диафрагмой. Особенность данных динамиков заключается в том, что каждый тип динамиков производится для определенного диапазона частот, т.к это зависит от типа магнитов, материала и предназначения динамиков.

Немного о звуке:

Звук является одной из форм энергии, проходящий через газ или жидкую среду.  Есть два основных параметра для измерения звука: частота и уровень громкости (децибелы). Частота несет ответственность за качество звука в динамике,  децибелы за громкость звука.

Люди могут слышать звук частотой с 20 — 20.000 Гц. Герц является количеством циклов в секунду. Звук представляет собой волну в диапазоне от 0 уровня энергии до бесконечности.

Если посмотретьт на музыку , то любая нота не звучит на постоянной частоте , это звуковая волна, которая достигает максимума, для ноты До диез 1 октавы например каждые 277-278 раз в секунду.Частотный спектр воспринимаемый человеком (примерно) от 20Hz до20 kHz,
наибольшая чувствительность в диапазоне от 2 до 4 KHz.
Динамический диапазон (от самых тихих воспринимаемых звуков до самых громких) около 96 dB (более чем 1 к 30000 по линейной шкале).
Общеизвестно, что человек в состоянии различить изменение частоты на 0.3% на частоте порядка 1kHz.
Если два сигнала различаются менее чем на 1дб по амплитуде – они трудноразличимы. Разрешение по амплитуде зависит от частоты и наибольшая чувствительность наблюдается в диапазоне от 2 до 4 KHz.
Пространственное разрешение (способность к локализации источника звука) – до 1 градуса у человека.
Звуки различной частоты распространяются в воздухе с разной скоростью. В результате высокочастотная часть спектра от источника находящегося на удалении от слушателя несколько запаздывает.
Человек не в состоянии заметить внезапное исчезновение высоких частот, если оно не превышает порядка 2ms.
Некоторые исследования показывают, что человек в состоянии ощущать частоты выше 20kHz. С возрастом частотный диапазон сужается.

Для человеческой речи частотный спектр, несущий информацию: от 500 Hz до 2 kHz
Низкие частоты в нашей речи это басы и гласные, высокие частоты – согласные.
Так как нейрон может возбуждаться не чаще чем 500 раз в секунду, то для получения информации о более высоких частотах слуховой аппарат человека прибегает к некоторым «ухищрениям»: на частотах до 500 Hz — колебания непосредственно переходят в нервные импульсы.
Примерно до 1.5кГц проблема решается подключением одновременно до 3 нейронов к одному нервному окончанию. Нейроны в данном случае возбуждаются последовательно, один за другим и, соответственно, помогают улучшить частотное разрешение в 3 раза.
На более высоких частотах регистрируется лишь амплитуда сигнала.
Таким образом бинауральный слух, играющий большую роль в локализации источника звука, лучше всего развит на частотах меньших 1.5кГц. Выше этой частоты источником информации о местоположении служит лишь разница амплитуд сигнала для левого и правого уха.

Основные этапы развития  современных динамиков:

1861 — самый простой тип электронных громкоговорителей был разработан Johann Philipp Reis — учитель в городе Friedrichsdorf, Германия. Динамик был способен грубо очень «грубо» воспроизводить звук. Это был первый опыт использования электродинамического громкоговорителя.

1876 ​​- Александр Грэм Белл также делает опыты с созданием динамика, основываясь на работе Рейса.

1877 — идея электромагнитной катушки для использования в  динамиках осуществленная Вернером фон Сименсом, он использовал её для преобразования входных сигналов постоянного тока телеграфа. У него небыло решения для  усиления звука, но он предположил, что это в конечном счете может быть сделано в ближайшем будующем.

1877-1921 — Различные изобретатели и инженеры работают с идеей электродинамических громкоговорителей, но пока получается создать только грубые, искаженные звуки. Промышленность продолжала выпусать рупорные динамики.

C.W. Rice из  General Electric и E.W. Kellogg из AT&T вместе работали в Скенектади, Нью-Йорк, над улучшением электромагнитных динамиков и первой электрической системой усиления. Они создали рабочий прототип в 1921 году. Райс и Келлог смогли решить окончательно все проблемы, которые привели их к хорошиму, четкому звуку. Предыдущие попытки сделать громкоговоритель давали плохое, неприемлемое, приглушенное звучание. Этот приглушенный звук не был достаточно хорош, чтобы конкурировать с звуком рупорного динамика, который был хорошо известен на рынке. Райс и Келлог смогли в полной мере понять что необходимо для воспроизведения всех частот, необходимых для создания точного звука. Их прототип обладал достаточно большим динамическим диапазоном частот, чтобы быть лучше, чем диапазон рупорного динамика, обладая при этом возможностью значительно увеличить громкость. В 1925 году они подали на патенты и выступил с речью в Сент-Луисе на конференции  AIEE(American Institute of Electrical Engineers). После нескольких лет работы они усовершенствовали его как первый коммерческий продукт в своем роде и назвали громкоговоритель Радиола № 104. Она продавалась в 1926 году за $ 250 (около $ 3000 сегодня). Динамик продавался под брендом RCA.

Электродинамические громкоговорители сейчас производятся под несколько задач и делятся на основные категории:

Пищалки (Tweeter) — 2 кГц — 20 кГц, используются для производства всей верхней линейки высоких частот.Большинство  пищалок сделаны по принципу электродинамических громкоговорителей, однако есть пьезоэлектрические, электростатические и плазменные высокочастотные динамиками.

Динамики средней частоты (Mid-range) — 300 — 5 кГц. Этот диапазон охватывает большую часть человеческого голоса вместе с большинством музыкальных инструментов.

Низкочастотный динамик (Woofer) — для частот 40 — 1 кГц.

Сабвуфер (Subwoofer) — 20 — 200 Гц. Очень низкие частоты. Человеческое ухо может слышать только до 20 Гц. низкочастотного диапазона. Это означает, что он может быть размещен в любом месте комнаты и быть услышанным из любой точки с тем же качеством звука. Сабвуферы также производят звуковые волны, которые проникают легко через стены. Шум от этого типа динамиков может даже проникнуть вертикально через 5 и более полов из бетона в жилых домах. Излишне говорить, легко попасть в неприятности с местными постановлениями шума. Сабвуферы были разработаны в 1960-х годах.

3. Плоские панельные колонки

Здесь выделяется NXT-технология.NXT колонки

NXT-панели – это один из вариантов исполнения плоско-панельных громкоговорителей. В основу легли разработки для военной промышленности, однако, основное применение подобные устройства нашли в потребительской электронике. Компании Parrot использует данную технологию в устройствах MINIKIT SLIM, MINIKIT CHIC и MINIKIT L.E.

Говоря об особенностях, выгодно отличающих систему, нам следует назвать те, которые важны при использовании устройства в ограниченном пространстве:

  • практически безукоризненное излучение звука во всех направлениях;
  • малая зависимость акустического давления при удалении от панели NXT. То есть качество звука не падает при перемещении пользователя.

В отличие от обычных громкоговорителей, NXT — это технология плоских панелей, где ее возбуждение осуществляется из одной точки с помощью подвижной катушки, пьезоэлемента или другого возбудителя. Привод NXT максимизирует резонансное поведение панели, например, благодаря выбору материала поверхности и определению места установки возбудителя.

Основная идея заключается в получении максимально случайного характера движения любых двух соседних точек поверхности панели относительно друг друга — и это основной прорыв NXT.

В очень жесткой панели системы NXT после возбуждения, основанного на обычном электродинамическом или электростатическом принципе, на всей ее поверхности происходят сложные вибрационные процессы. При этом резонансные свойства, связанные со структурой материала и точкой возбуждения, становятся более интенсивными, соседствующие элементы материала начинают произвольно вибрировать. Научное название этого явления — «режим распределенной вибрации». Постарайтесь себе представить трассу скоростного спуска, на которой бугры переходят в углубления и наоборот. Необходимо, чтобы структура вибраций во всем частотном диапазоне была бы как можно более сложной и плотной.NXT колонки

В отличие от обычных многополосных громкоговорителей, для воспроизведения всего звукового диапазона используется одна панель NXT, возбуждаемая при помощи одного-единственного преобразователя. При площади 0,6 кв. м нижняя граничная частота составляет 100 Гц, а верхняя 18 кГц. И отклонения частотной характеристики при этом имеют такой же порядок, как и у обычных громкоговорителей. При увеличении площади до 1,5 кв. м низкочастотная граница уменьшается до 60 Гц. Панели NXT могут работать при размерах от 25 кв. см до 100 кв. м! Самые маленькие могут быть использованы в системе мультимедиа совместно с ноутбуком, а самые большие в кинотеатрах, служа одновременно экраном. И при этом открывается совершенно безбрежное море применений от автомобильной акустики и портативных устройств (Parrot MINIKIT SLIM) до совершенно незаметной (для глаз, но отнюдь не малых размеров) встроенной акустики, имитирующей даже архитектурные фрагменты помещения.

У системы NXT практически не существует никакого ограничения мощности, хотя контролировать температуру преобразователей все же приходится. С другой стороны, сами панели одновременно играют роль охладителя. Более того, форму панели можно приспособить к подставке, на которую она будет поставлена. При этом не следует забывать о потерях энергии одной стороной панели. Субъективное впечатление от звучания панелей системы NXT можно охарактеризовать как прозрачное с детальным распознаванием и передачей кратковременных сигналов без искажений.

Панели NXT могут работать при размерах от 25 кв. см до 100 кв. м! Самые маленькие могут быть использованы в системе мультимедиа совместно с ноутбуком, а самые большие в кинотеатрах, служа одновременно экраном. И при этом открывается совершенно безбрежное море применений от автомобильной акустики в виде полки под задним стеклом до совершенно незаметной (для глаз, но отнюдь не малых размеров) встроенной акустики, имитирующей даже архитектурные фрагменты помещения. Говоря о параметрах, выгодно отличающих систему, следует назвать прежде всего практически безукоризненное излучение звука во всех направлениях, качество которого несколько снижается на низких частотах по сравнению с классическими диффузорными громкоговорителями. Кроме того, зависимость акустического давления при удалении от панели NXT значительно меньше. И если измеренное традиционными методами звуковое давление на расстоянии 1 метра у них на 4 дБ меньше, чем у среднего динамического громкоговорителя (за которое мы принимаем 90 дБ SPL), то при перемещении на 3,5 м для NXT оно уменьшится всего на 4 дБ против 11 для акустики с традиционными преобразователями источника сигнала. Так что при передвижении слушателя по помещению практически невозможно обнаружить никаких изменений ни частотного спектра, ни громкости. Во время демонстрации поворот панели на 90° или помещение за спину демонстрировавшего ее специалиста практически не влияли на качество воспроизведения. Благодаря микроскопическим перемещениям характер импеданса возбудителя для панели будет просто резистивным, что значительно облегчает работу усилителя.

У системы NXT практически не существует никакого ограничения мощности, хотя контролировать температуру преобразователей все же приходится. С другой стороны, сами панели одновременно играют роль охладителя. Более того форму панели можно приспособить к подставке, на которую она будет поставлена. При этом не следует забывать о потерях энергии одной стороной панели. Субъективное впечатление от звучания панелей системы NXT можно охарактеризовать как прозрачное с детальным распознаванием и передачей кратковременных сигналов без искажений. Что касается воспроизведения Hi-Fi, то к относительным недостаткам можно отнести некоторое ограничение полосы низких частот, а также утрату точной локализации. Эти недостатки вызваны так называемой «диффузностью» звукового поля, которая сама по себе недостатком не является, а для тыловой акустики домашнего театра ТНХ даже необходима, но тем не менее от нее можно будет избавиться в процессе совершенствования системы NXT.

NXT колонкиNXT колонки

4. Мембранные колонки

мембранные колонки

Принцип действия заключается в том, что используются магнитные поля для перемещения звуковоспроизводящего элемента (диафрагма). В таком динамике катушка монтируется непосредственно на диафрагму. Основное достоинстов таких динамиков это большая мощность, широкий диапазон воспроизводимых частот и компактные, особенно по толщине, размеры.

мембранные колонки

 

5.  Колонки на основе плазменной дуги

Плазма представляет собой ионизированный газ, или ток в газе. Плазма реагирует на электрические поля, поэтому вы можете включить электрический сигнал (звук)  в электрическое поле, которое манипулирует плазмой. У плазмы есть масса и она будет вибрировать создавая звук, это похоже на то, как в диафрагме движется воздух для получения звука. Такие динамики визуально довольно интересны, но ограниченны в качестве звука. Подобные разработки имеют проблемы с надежностью и поэтому пока остаются только в качестве концепта или устройств для любителей.

6.  Пьезоэлектрические колонки

Пьезоэлектрические динамики ограничены в частотной характеристике поэтому они пьезоэлектрические динамикииспользуются только как твитеры (пищалки) в небольших электрических устройств, таких как часы, чтобы воспроизводить простые звуки. Такие динамики сделаны по твердотельной технологии, что делает их очень прочными, это отличное решение для использования в качестве микрофона под водой. В них звуковые волны создаются за счет изменения геометрии жесткого и упругого, чаще всего плоского, элемента, изготовленного, обычно, из пьезокерамики (типа титаната бария). Эти излучатели хорошо воспроизводят звуки на резонансных частотах и почти не воспроизводят на всех остальных.

7. Электростатические динамики

К высококачественным громкоговорителям класса High-End относятся электростатические громкоговорите­ли, ласково именуемые электростатами. Принцип дей­ствия их прост — притяжение плоской мембраны к наряженной пластине. Увы, для заметного проявления этого эффекта приходится использовать очень высокие напряжения — примерно до 10 кВ. Но и в этом случае эффект проявляется настолько слабо, что для получения приемлемой громкости звучания на низких частотах пло­щадь мембраны должна быть порядка 1 квадратного метра, а то и больше, что определяет большие габариты громкоговорителей. Отрадно, что хоть толщина их может быть малой — порядка 10—15 см. Разумеется, конструкто­рам приходится не забывать о мерах безопасности при работе со столь высоковольтными агрегатами.Фирма Sony — одна из немногих упорно ведущих разработку электростатов. Габа­риты колонок (1,5 метра в высоту и 0,8 метра в ширину), а также рабочее напряжение в 9 кВ говорят сами за себя. Зато колонки неплохо воспроизводят низкие частоты — для этого в них используются две мембраны размером 50×27 см. Мембраны поменьше служат для воспроизведе­ния средних и высоких частот. Электростаты не только громоздкие, но и очень дорогие излучатели. Вряд ли они представляют практический интерес для подавляющего большинства наших меломанов и любителей электроакустики. Так же, как и некото­рые типы излучателей, использующих особые физические эффекты, ведущие к генерации звуков, например, генера­цию звуковых колебаний плазмой. Однако картина меняется, если электростаты исполь­зовать только для воспроизведения средних и высоких частот, а почетную миссию воспроизведения низких частот оставить за хорошо апробированными динамическими громкоговорителями. По этому пути пошла и фирма Sony, применяющая ВЧ-электростаты в целом ряде своих музы­кальных центров. Диапазон эффективно воспроизводимых частот простирается от самых низких частот звукового диапазона до десятков килогерц (любопытно, что точные данные фирма пока не указывает). Все эксперты едино­душно сходятся на том, что эти системы дают особенно прозрачный и естественный звук, к качеству которого невозможно придраться.

 

 

.

 

 

Подробнее о 

Разработка, изготовление уникальных, программируемых блоков питания для педалей эффектов гитар.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *