Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое громкоговоритель, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое громкоговоритель, динамик, звуковая колонка, акустические системы, акустическая система, бесконечный экран , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Акустроэлектроника и акустооптика.
громкоговоритель — устройство для преобразования электрических сигналов в акустические (звук) и излучения их в окружающее пространство (обычно — воздушную среду). Состоит из одной или нескольких излучающих головок, которые собственно и являются источниками звука, а также акустического оформления, необходимого для более эффективного излучения звука в заданной полосе частот.
Функционально к громкоговорителям близки телефоны (наушники), однако, в отличие от громкоговорителей, они не предназначены для излучения звука в открытое пространство.
Электронный символ для динамик
Акустическая система
Абонентская радиоточка
Акустическая система
Абонентский громкоговоритель
Уличные громкоговорители
Основным рабочим узлом электродинамического громкоговорителя является диффузор(диафрагмма), который выполняет преобразование механических колебаний в акустические. Диффузор громкоговорителя приводится в движение силой, действующей на жестко скрепленную с ним катушку, находящуюся в радиальном магнитном поле. В катушке течет переменный ток, соответствующий аудиосигналу, который должен воспроизвести громкоговоритель. Магнитное поле в громкоговорителе создается кольцевым постоянным магнитом и магнитной цепью из двух фланцев и керна. Катушка под действием силы Ампера свободно движется в пределах кольцевого зазора между керном и верхним фланцем, а ее колебания передаются диффузору, который в свою очередь создает акустические колебания, распространяющиеся в воздушной среде.
Автомобильный компрессионный рупорный ВЧ-громкоговоритель Hertz ST 25
Устройство рупорного громкоговорителя, применяющегося в мегафонах и уличных системах оповещения
Рупорные громкоговорители чаще всего применяется в случаях, когда требуется большая громкость, но не требуется высокого качества звука — в таком случае достаточно просто создать рупорный громкоговоритель небольших габаритов, развивающий значительное звуковое давление при небольшой подводимой мощности (а значит — имеющий высокий КПД).
Рупорный громкоговоритель состоит из электродинамической головки прямого излучения и рупора. Чаще всего применяется в составе мегафонов для озвучивания массовых мероприятий на открытом воздухе (в парках, на улицах и площадях), как наружное устройство для массового оповещения на производственных объектах, для излучения сигналов тревоги; сеть таких громкоговорителей имеется в распоряжении подразделений ГО и ЧС. Использовались в прошлом в многополосной акустике, преимущественно в киноиндустрии, для воспроизведения средних и высоких частот, от 1000 до 20 000 Гц, но в дальнейшем от рупорных громкоговорителей здесь отказались, так как для рупорных громкоговорителей сложно добиться высокого качества звука при небольших габаритах. Для более низких частот такие громкоговорители неприменимы, так как требуется рупор слишком большого размера.
В настоящее время рупоры с компрессионными драйверами иногда применяются и в бытовой Hi-Fi индустрии (Klipsch, Cerwin-Vega!), в сфере профессионального аудио (JBL pro), а также довольно широко распространены в нише так называемого Hi-End Audio — эксклюзивной аудиоаппаратуры для бытового пользования (Avantgarde Acoustic, Acapella Audio Arts, Cessaro), где чаще всего применяются крупногабаритные сферические рупоры на высоко- и среднечастотных диапазонах, а на низкие частоты работает активный НЧ-блок на динамических головках (хотя есть примеры полностью рупорных систем во всем диапазоне слышимых частот). Подобные изделия эксклюзивны и отличаются чрезвычайно высокой стоимостью[1].
Александр Грэм Белл запатентовал свою первую электромагнитную головку (капсюль) как одну из составных частей своего телефона, в 1876-1877г. В 1878 г. конструкция была усовершенствована Вернером фон Сименсом. Никола Тесла в 1881 г. также заявил об изобретении подобного устройства, но не патентовал его. В то же время Томас Эдисон получил британский патент на систему, использовавшую сжатый воздух в качестве механизма усиления звука в его ранних валиковых фонографах (см. сирена (акустика)), но в конечном итоге установил обычный металлический рупор, колебания воздуха в котором вызывались мембраной, связанной с иглой. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . В 1898 г. Х. Шорт запатентовал конструкцию громкоговорителя, управляемого сжатым воздухом, и затем продал права Чарльзу Парсонсу, получившему ранее 1910 г. еще несколько британских патентов.
Несколько компаний, включая Victor Talking Machine Company и Pathe, выпускали проигрыватели, использующие головки, управляемые сжатым воздухом. Однако подобные устройства (головки косвенного излучения) нашли лишь ограниченное применение ввиду плохого качества звука и неспособностью воспроизводить звуки низкой громкости. Разновидности подобных систем использовались в звукоусилительных установках (для больших площадей, стадионов и т. п.) и значительно реже в промышленности в испытательной технике вибростенды, например, для тестирования космического оборудования на устойчивость к низкочастотным вибрациям, производимым стартующей ракетой.
Современная конструкция головки с подвижной катушкой разработана в 1898 г. Оливером Лоджем. Принцип был запатентован в 1924 г. Честером У. Райсом и Эдвардом У. Келлогом.
Первые ГД с электромагнитами были очень больших размеров, а мощные постоянные магниты — труднодоступны ввиду значительной стоимости. Обмотка электромагнита, называемая полевой, намагничивается за счет тока, проходящего по другой обмотке головки (катушке подмагничивания). Такое включение имеет двоякую роль, ибо выполняет фильтрацию напряжения, питающего усилитель, к которому подключена данная акустическая система. Проходя по обмотке, фон переменного тока усиливается; однако, частоты переменного тока стремятся промодулировать аудиосигнал, поданный на звуковую катушку и складывающийся с слышимым шумом включенного устройства звуковоспроизведения.
Качество акустических звуковоспроизводящих систем до начала 1950-х годов было сравнительно низким. Продолжающееся до сих пор улучшение дизайна корпусов и материалов привело к существенному улучшению качества звуковоспроизведения. Наиболее значительными усовершенствованиями являются: усовершенствование рамы, открытие технологии высокотемпературной адгезии, улучшение технологии изготовления постоянных магнитов, усовершенствование измерительной техники, и наконец проектирование и анализ элементов при помощи компьютера.
Проектирование низкочастотных громкоговорителей (НЧ ГГ), как и всей конструкции в целом, так и их отдельных элементов, исходит из специальных требований, основные из которых следующие:
Для удовлетворения таким требованиям при проектировании НЧ ГГ уделяется большое внимание конструктивной и технологической разработке всех элементов: подвеса, шайбы, диффузора, пылезащитного колпачка, звуковой катушки, гибких выводов звуковой катушки, магнитной цепи и диффузородержателя.
Количество и мощность громкоговорителей рассчитывается исходя из геометрических параметров помещения. При этом, как правило, учитывается только площадь той части помещения, где находятся слушатели.
В закрытых помещениях рекомендуется устанавливать потолочные громкоговорители, поскольку они позволяют добиться наиболее равномерного распределения звука. При озвучивании галерей, коридоров и открытых площадей используются рупорные громкоговорители благодаря высокой степени направленности звука и высокому КПД.
При озвучивании помещений необходимо учитывать, что звуковая волна от потолочного громкоговорителя на высоте ушей слушателей покрывает собой площадь, радиус которой принимается равным разности высоты крепления громкоговорителя и расстояния от пола до ушей слушателей. Для равномерного озвучивания помещения следует устанавливать громкоговорители так, чтобы эти площади слегка перекрывали друг друга.
При высоте потолков до 5 м расчет необходимого количества потолочных громкоговорителей производится по упрощенным формулам. Расстояние между громкоговорителями не должно превышать расчетного значения; в противном случае звуковое давление будет распределяться неравномерно, и в некоторых областях помещения может значительно ухудшиться качество звука от громкоговорителей. При повышении мощности звука в этом случае не только повышается полезная громкость, но также возрастает уровень реверберационного фона (эхо). Чтобы компенсировать этот эффект, пол и стены помещения покрывают коврами или другими звукопоглощающими материалами.
Еще одна проблема связана с размещением громкоговорителей в помещениях с высокими потолками. Близко расположенные громкоговорители являются источником мощной помехи друг для друга. Если расположить громкоговорители на большем расстоянии и увеличить мощность звука, то возрастет реверберационный фон. В таких случаях часто опускают громкоговорители на шнурах или устанавливают настенные громкоговорители – врезные или колонного типа.
В коридорах, галереях и других протяженных помещениях рекомендуют устанавливать рупорные громкоговорители. Такие громкоговорители располагают в середине коридора и направляют в противоположные стороны. Дальность звучания рупорного громкоговорителя составляет несколько десятков метров
Усилия разработчиков мембран динамиков направлены на достижение одной цели: увеличение жесткости диффузора и одновременно – снижение его массы. Если диффузор оказывается слишком тяжел и слишком мягок, он не способен точно следовать за перемещением магнитной катушки. Он просто не успевает полностью отклониться и вернуться, а изгибные колебания порождают призвуки и дополнительное окрашивание звука. При этом крайне желательно, чтобы собственные резонансы были малы либо находились за пределами рабочего диапазона частот.
Классическими материалами для изготовления диффузора считаются целлюлоза для низкочастотных динамиков и шелк для высокочастотных. Однако сейчас, кроме них, активно применяются и пластик, и металл, и прочая экзотика.
Конструкция диффузора, изготовленного по технологии RDT II
Отдельно стоит отметить гибридные конструкции: например, когда на основу из привычного бумажного конуса крепится алюминиевый полигональный (ELAC Concentro AS-XR). Еще один вариант «сэндвича» – сотовый арамид с внутренним слоем из углеволокна и внешним из сплава алюминия и магния с керамическим покрытием (Monitor Audio Platinum RDT II). По сравнению с традиционными «однородными» решениями, такая «комбинированная» диафрагма легка, прочна и способна быстрее реагировать на сигнал, не деформируясь.
Воспроизвести широкий диапазон звука одним динамиком практически невозможно, отсюда и появляются самые различные многополосные конструкции, состоящие из нескольких динамиков, каждый из которых отвечает за свою частотную полосу общей звуковой картины. Однако в таких системах используются разделительные фильтры (кроссоверы), в процессе работы которых вероятно возникновение нежелательного эффекта: динамики разных полос могут начать работать несинхронно, один будет запаздывать относительно другого.
Акустическая система классической многополосной конструкции
Разработки же широкополосного динамика, в которых не нужен кроссовер, пока не дают приемлемых результатов: фактически, ни один из подобных образцов не лишен ограничений как по краям АЧХ (что приводит к искажениям сигнала самых низких и самых высоких частот), так и по перегрузочной способности (возможности колонки адекватно воспроизводить музыкальный сигнал на высокой громкости).
Другой проблемой многополосной конструкции, порождаемой разнесением в пространстве динамиков, воспроизводящих звуковые волны разных диапазонов, могут стать интерференционные волновые искажения (усиление звуковых колебаний в одних точках пространства и ослабление их в других точках в результате наложения двух или нескольких звуковых волн), знакомые нам еще по школьному курсу физики.
С этой проблемой помогает справиться коаксиальная конструкция динамика, которая подразумевает расположение твитера на акустической оси вуфера. Ее можно назвать неким промежуточным вариантом между обычной многополосной системой и широкополосным излучателем: кроссовер в составе колонки по-прежнему присутствует, а вот источник излучения можно считать точечным.
|
С учетом возраста концепции динамического излучателя и, как следствие, накопленных в отношении него опыта и знаний, сегодня он – нечто вроде кинескопного телевизора на пороге появления плазмы (ну или как двигатель внутреннего сгорания накануне прихода «Теслы»). Понятно, что новые технологии рано или поздно победят (об этом – ниже), но сейчас они еще в начале пути, а динамик – на пике формы. Так что если вам нужна громкость и не нужны искажения, вдобавок желательны широкий частотный и динамический диапазоны (разница между самым тихим и самым громким звуками, которые способна воспроизвести система) – то ответ может быть только один: многополосная диффузорная классика. |
Чаще всего – различные пленочные излучатели, в первую очередь – ленточные и электростатические. Металлическая или металлизированная лента имеет крайне низкое сопротивление, поэтому для работы с усилителем ей требуется согласующий трансформатор с широкой АЧХ и малыми потерями, а большая площадь поверхности излучения подразумевает большое количество мощных стержневых магнитов, что существенно увеличивает стоимость готового изделия.
Ленточный динамик в разрезе
Изодинамический излучатель – это вариант ленточного, в нем на пленку нанесена токопроводящая дорожка в форме меандра, за счет длины которой сопротивление вырастает до приемлемых значений. Если же пленку сложить гармошкой, получится излучатель Хейла, в числе преимуществ которого – большая прочность (за счет ребер жесткости) и громкость (по причине большей площади излучающей поверхности). Именно такие ВЧ-излучатели используются в некоторых колонках ELAC.
В электростатических излучателях пленка закреплена между перфорированными статорами, на них подается высокое напряжение и возникающее электростатическое поле двигает мембрану.
Акустические системы с электростатическими излучателями и их АЧХ и внешний вид
Преимуществом пленочных излучателей является относительно низкая величина нелинейных искажений, а недостатки – сложный характер нагрузки для усилителя, узкая и одновременно дипольная диаграмма направленности, но самое главное – очевидный недостаток НЧ-составляющей. Попытки решить эту проблему гибридными схемами с использованием диффузорного НЧ-звена выявляют еще одну особенность пленки: она является линейным источником звука с плоским фронтом волны. Динамик же – точечный источник со сферическим фронтом. В первом случае имеем падение уровня звукового давления при удвоении расстояния на 3 дБ, во втором – на 6 дБ.
Так же существуют и гораздо более экзотические излучатели – например, роторный сабвуфер или ионофон. Но их специализация – узкие диапазоны АЧХ.
Звуковая волна, которую мы слышим, возникает благодаря колебанию диффузора динамика. Для правильного воспроизведения требуется, чтобы для всех слышимых частот звуковое давление было одинаково. Однако принципиальная проблема всех динамиков заключается в том, что они излучают звук как вперед, так и назад с одинаковой интенсивностью. Чтобы устранить эту проблему, динамической головке создают акустическое оформление, то есть помещают в корпус.
Рупор (постоянно расширяющаяся труба) с древних времен был естественным средством усиления звука, обладающим очень высоким КПД. Однако его сечение увеличивается по экспоненте, и чем ниже воспроизводимая частота, тем большим должен быть размер выходного отверстия: уже на 60 Гц потребуется раструб диаметром 1.8 м!
Рупорные акустические системы способны поразить своими габаритами
К тому же, имеет место характерная рупорная окраска звучания, особенно заметная в вокальных партиях. Побороть эти недостатки удается только в очень дорогих и громоздких конструкциях.
В идеалная конструкция звууково системы называется бесконечным экраном. Он подразумевает, что воздух с тыльной стороны диффузора не препятствует его движению и, в то же время, излучение этой тыльной стороны никак не влияет на излучение фронтальной, находящейся с ним в противофазе. Другими словами, в практической реализации – это закрытый ящик такого объема, влиянием воздуха в котором при движении диффузора можно пренебречь. .
бесконечный экран и изобарическая схема
При их параллельном подключении к усилителю нагрузка на тыльную сторону диффузора внешнего динамика будет компенсироваться аналогичными колебаниями внешней стороны диффузора динамика внутреннего. Этот вариант акустического оформления называется изобарическим. Минусы? Динамиков для колонки нужно вдвое больше, и усилителю работать с двумя динамиками вдвое сложнее.
лабиринта, отделанного звукопоглощающим материалом. Это акустическое оформление также называют четвертьволновым резонатором (вспомните колонки Cambridge Audio R50), по той простой причине, что для эффективной работы до определенной частоты его длина должна составлять не менее четверти длины волны этой частоты, например для заветных 20 Гц это больше 4 м. В этом случае банальный корпус превращается в самое настоящее произведение столярного мастерства с вытекающей из него стоимостью.
принцип работы которого отражается в его названии. Установленная в корпус колонки трубка строго рассчитанной длины и диаметра обеспечивает поворот фазы излучения тыльной стороны динамика до его совпадения с фазой излучения фронтальной стороны.
Наиболее распространенные варианты акустического оформления: закрытое (1), фазоинвертор с простым отверстием (2), фазоинвертор в виде трубы (3), лабиринт (4)
Иногда, чтобы минимизировать возможные призвуки воздушного потока через порт, его закрывают пассивным радиатором, то есть фактически – еще одним динамиком, но без магнитной системы.
Все остальные нюансы, изложенные нами выше, важны в том случае, если вы уверены в их правильной для себя интерпретации. Другими словами, можно выбирать колонки исходя, например, из материалов диффузоров или конструкции разделительных фильтров, но только тогда, когда вам однозначно ясно их влияние на то звучание, которое вы ищете.
Естественно, для оценки звучания необходим личный опыт прослушивания той или иной модели. И если ставить перед собой реальные цели, я бы отводил на подготовительный этап две-три недели и закладывал бы в roadmap посещения салонов не более пяти наиболее привлекательных лично вам образцов. Выбор из десятков различных моделей колонок рискует превратиться в бесконечный аттракцион, поэтому имеет смысл изначально задать себе строгие ценовые и функциональные рамки и действовать исключительно в их пределах.
Качество звучания – безусловно, главный, но не единственный критерий оценки. Обязательно обращайте внимание на внешность колонок: ведь эстетическая составляющая также играет важную роль. И гармонично вписывающиеся в интерьер помещения акустические системы с хорошим звуком доставят своему владельцу больше удовольствия, чем отлично звучащие, но нелепо выглядящие образцы.
Исследование, описанное в статье про громкоговоритель, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое громкоговоритель, динамик, звуковая колонка, акустические системы, акустическая система, бесконечный экран и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Акустроэлектроника и акустооптика
Комментарии
Оставить комментарий
Акустроэлектроника и акустооптика
Термины: Акустроэлектроника и акустооптика