Класифікація автомобільних динаміків
Відповідно до класифікації, прийнятої в міжнародних та вітчизняних стандартах (IEC 268-5 та ГОСТ 161122-88), термін "Динамік" застосовується до пристроїв, призначених для ефективного випромінювання звуку в навколишній простір у повітряному середовищі. Таким чином, цей термін означає будь-який акустичний перетворювач, що випромінює звук у повітряне середовище.
Класифікація Динаміків проводиться за різними ознаками:
1. Принципу дії (електродинамічні, електростатичні, п'єзокерамічні, плазмові) 2. Спосіб випромінювання (прямого випромінювання, рупорні) 3. Смузі переданих частот (низькочастотні, середньочастотні, високочастотні, широкосмугові) 4. Області застосування (телевізійні, автомобільні, студійні, домашні)
Вимірювання основних параметрів Динаміків виробляються за стандартами ГОСТ16122-87 та IEC 268-5. У сучасних каталогах зазвичай вказуються такі параметри:
1. Ефективно відтворюваний діапазон частот Гц (Frequency range) визначається з виміряної вглушеної камери амплітудно-частотної характеристики (АЧХ), тобто. залежності рівня звукового тиску від частоти.
2. Номінальна потужність , Вт (Rated Input Power) - потужність, коли акустична система може працювати без пошкоджень протягом 100 годин на шумовому сигналі.
3. Максимальна короткочасна потужність, Вт (Max Input Power)
4. Чутливість , дБ/Вт/м (Sound Pressure Level) - рівень звукового тиску при потужності 1 Вт, що підводиться, на відстані 1м.
5. Номінальний опір Динаміка, Ом (Nominal Impedance)
6. Резонансна частота Динаміка без акустичного оформлення Гц - (Free Air Resonance Frequency)
7. Добротність (Total Qts factor) - електрична та механічна добротність
8. Максимально допустиме зміщення звукової котушки, мм (Maximum Linear Excursion)
Динамік складається з трьох основних частин: рухомої системи, магнітного ланцюга та підвісу. У свою чергу рухлива система включає гофрований підвіс, дифузор, центруючу шайбу, пилезахисний ковпачок, звукову котушку і контакти. Магнітний ланцюг складається з магніту (кільцевого або кернового), верхнього та нижнього фланців та керна. Залежно від призначення головки гучномовця конструкція та технологія виготовлення всіх цих елементів відрізняється дуже значно.
Низькочастотний Динамік (woofer)
При проектуванні низькочастотних динаміків, як усієї конструкції в цілому, так і її окремих елементів, виходять із спеціальних вимог. . У зв'язку з цим, для забезпечення необхідного звукового тиску в області низьких частот, вони повинні витримувати значні потужнісні навантаження (200 Вт і більше) при збереженні теплової та механічної міцності. забезпечення ефективного відтворення низькочастотних складових сигналу, що вимагає високої лінійності пружних характеристик гнучких елементів (підвісу та шайби), аж до великих зсувів рухомої системи (до ±12. 15 мм). Як матеріали для підвісів застосовують натуральні гуми, пінополіуретани (поролон), проріз тканини, натуральні та синтетичні тканини зі спеціальними демпфуючими покриттями. Ці конфігурації та матеріали дозволяють отримати задовільну лінійність пружних характеристик та необхідне, залежно від виду низькочастотного акустичного оформлення,значення гнучкості підвісу.
Дифузори низькочастотних динаміків виготовляються з різних складних композицій на основі натуральної довговолокнистої целюлози з різними добавками, що підвищують її міцність, жорсткість і демпфуючі властивості, наприклад, волокна вовни, льону, вуглескловолокна, графітові луски, графітові луски, графітові луски, Про рівень складності таких композицій можна судити з того, що в них використовується до 10-15 складових.
Пилозахисний ковпачок (купол) відіграє істотну роль у НЧ-гучномовці, тому ретельно вибирається його конфігурація та матеріал. Ковпачок, виконуючи функцію захисту робочого зазору магнітного ланцюга від попадання пилу, є кільцевим ребром жорсткості. Крім того, ковпачок є випромінюючим елементом, що робить свій внесок у формування АЧХ динаміка, особливо у верхній частині його діапазону. Ковпачки для забезпечення конструктивної жорсткості виготовляються, як правило, куполоподібної форми з різними радіусами кривизни. Як матеріал використовують композити целюлози, синтетичні плівки, тканини з просоченнями. У потужних НЧ-динаміках іноді застосовують ковпачки з металевої (алюмінієвої) фольги, що дозволяє використовувати їх як додатковий елемент відведення тепла від звукової котушки.
Центруючі шайби призначені для утримання звукової котушки точно в центрі магнітного зазору. Вимоги до конструкції та матеріалів центруючих шайб НЧ-динаміків високоякісних акустичних систем також надзвичайно високі: вони повинні забезпечувати стабільність резонансної частоти в умовах великих динамічних і температурних навантажень, зберігати лінійність пружних характеристик при великих зміщеннях рухомої системи, запобігати зміщенню звукової котушки.радіальному напрямку і не допускати "провисання" рухомої системи. В якості матеріалів для шайб застосовують натуральні тканини (типу міткалю, бязі і т.п.), просочені бакелітовим лаком, синтетичні тканини на основі поліамідів, поліестеру, нейлону та ін. У деяких динаміках застосовуються шайби, в матеріал яких вплітаються металеві мідні) нитки, що забезпечують підвищений тепловідведення від теплопровідного каркаса звукової котушки до масивного металевого дифузороутримувача.
Звукові котушки - найважливіша частина гучномовця. Конструкції звукових котушок НЧ-динаміків розробляються з урахуванням необхідності розсіювання значної кількості тепла, що виділяється в них під час роботи динаміків від потужних підсилювачів (100 Вт і більше). Розрахунки і досвід розробок дозволили встановити кількісний зв'язок між діаметром котушки і тепловою енергією, що не розсіюється нею. Так, наприклад, звукові котушки діаметром 25 мм здатні без застосування особливо термостійких та тепловідвідних матеріалів витримувати довготривалу електричну потужність до 25 Вт, а котушки діаметром 50 мм – до 100 Вт. Для зниження нелінійних гармонійних спотворень, що виникають у гучномовцях, зокрема, за рахунок нелінійності та несиметричності магнітного поля в магнітному ланцюгу, часто застосовуються звукові котушки з довжиною намотування, що в 2. 2,5 рази перевищує висоту робочого зазору магнітного ланцюга (довжину ). Число застосовуваних шарів намотування звукової котушки зазвичай дорівнює двом, хоча зустрічаються котушки з чотирма шарами. У сучасних динаміках застосовують дроти для намотування звукових котушок, різні за формою перерізу: традиційні круглі, квадратні та плоскі. Останні дві форми забезпечують вищу щільність заповнення робочого зазору дротом, що підвищуєефективність динаміка.
Дифузороутримувачі наші інженери іноді називають напівжаргонно "кошиком", хоча в англійському basket для цього елемента конструкції - назва офіційна. Істотне значення для НЧ-динаміка має жорсткість та міцність дифузороутримувача. Дифузороутримувач служить для підтримки та з'єднання елементів рухомої системи та магнітного ланцюга, а також для закріплення гучномовця в корпусі. Його конструкція повинна забезпечувати не тільки стійкість динаміка до механічних впливів (ударів, трясіння), не допускаючи зміщення масивного магнітного ланцюга від осі симетрії гучномовця, а й, по можливості, усувати резонанси самого власника, які можуть мати місце в області робочих частот НЧ-динаміка (200. 600 Гц). Як правило, дифузороутримувачі виготовляють з алюмінієвих сплавів литтям під тиском, при цьому для зниження маси їх роблять порівняно тонкими, але з ребрами жорсткості. Для НЧ-динаміка невеликої потужності та з невеликими магнітними ланцюгами дифузороутримувачі можуть виготовлятися із сталевого листа завтовшки 0,8. 1,5 мм методом штампування. Крім цього, конструкція дифузороутримувача повинна забезпечити достатній розмір "вікон" між ребрами з метою запобігання появі "повітряної подушки" позаду дифузора.
Гнучкі висновки (контакти), що забезпечують підведення електричних сигналів від клем до звукової котушки, є одним із найменш надійних елементів динаміків. Клеми, як правило, закріплюються через ізолюючі прокладки прямо на дифузоротримачі або на спеціальній планці. Контактні висновки динаміка, крім впливів великих електричних струмів, безперервно зазнають значних змінних механічних навантажень. При цьому їх гнучкість повинна перевищувати гнучкість підвісу та центруючої шайби, щоб не впливати нарезонанс динаміка. Крім того, гнучкі висновки можуть бути джерелом призвуків. Тому вибору матеріалів для них та конструкції кріплення до клем та дифузору приділяється серйозна увага. Як матеріали для висновків застосовуються багатожильні дроти з тонких мідних або срібних ниток, в які вплітаються основи - бавовняні або синтетичні нитки. Типи плетив ниток у цих проводах можуть бути найрізноманітнішими. Способи кріплення гнучких висновків до дифузору застосовують також різні: від пришивання нитками до підпаювання до металевих заклепок на дифузорі. Місця зіткнення з дифузором заливають різними вібродемпфуючими матеріалами, наприклад, натуральними латексами. Місця паяння гнучких висновків до клем, щоб уникнути обламування, як правило, намагаються захистити за допомогою амортизаторів різних конструкцій.
Магнітні системи зазвичай складаються з магніту, керна, нижнього та верхнього фланців. Як магнітні матеріали в сучасних моделях в НЧ-динаміків, крім традиційних ферит-барію (у вигляді кілець різної товщини і діаметрів) або дорожчих кобальтовмісних сплавів, застосовується новий високоефективний магнітотвердий матеріал на основі сплаву неодим-залізо-бор Ма-Fе-В (вітчизняна назва таких сплавів - "неомакс")
Середньочастотний Динамік (mid-range)
Основні принципи конструювання окремих елементів та вузлів СЧ-динаміків аналогічні до тих, що застосовуються в НЧ-динаміках, проте існує і своя специфіка. Так, наприклад, випромінюючий елемент - дифузор в СЧ динаміках виготовляють як у вигляді криволінійних конусоподібних рупорів, так і у вигляді куполів. Конусоподібні дифузори використовуються, як правило, у СЧ-динаміках, що відтворюють частоти від 200. 400 Гц (їх іноді називають Mid-Bass). Діаметритаких гучномовців становлять 125. 200 мм, а верхні частоти, що відтворюються, доходять до 3...5 кГц. Однак, такі динаміки намагаються використовувати у більш вузькій смузі, оскільки через порівняно великі розміри діафрагм вони мають вузьку спрямованість. Купальні дифузори мають, зазвичай, діаметри 40. 80 мм. СЧ-динаміки з ними мають кращу спрямованість, і застосовуються зазвичай у високоякісних акустичних системах для відтворення частот від 600. 1000 Гц до 6. 8 кГц. Форма купольного дифузора жорстко пов'язана з матеріалом, що застосовується для неї. Як правило, дифузори виготовляються або з "м'яких" (просочені тканини, синтетичні плівки, целюлоза тощо), або з "жорстких" матеріалів (алюмінієва, титанова, берилієва фольга, різні їх високомодульні сплави, наприклад, з бором, і т. п.).
Слід-динаміки з м'якими дифузорами, особливо при малих рівнях вхідного сигналу, забезпечують незабарвлене, природне по тембру звучання. Однак, за більших рівнів, у них може виникнути втрата динамічної стійкості і, відповідно, чутні спотворення. У СЧ-динаміках з жорсткими купольними дифузорами забезпечується розширений діапазон частот, що відтворюється (до 12 кГц) при практично поршневому характері коливань, що дає малі рівні перехідних спотворень і чисте звучання.
Високочастотний динамік (tweeters)
У сучасних акустичних системах високочастотні динаміки використовуються, як правило, в діапазонах частот від 1,5 ... 3 кГц до 30. 40 кГц (навіщо потрібен такий широкий діапазон частот, якщо межа слуху становить 20 кГц, та й то в ранній молодості - це предмет численних обговорень у психоакустиці). Забезпечити рівноцінне якісне відтворення звуку в такому широкому діапазоні за допомогоюодного випромінювача надзвичайно важко. Тому більшість ВЧ-динаміків, що випускаються в даний час, застосовуються в діапазонах від 2.5 до 16.18 кГц, а в деяких акустичних системах встановлюються додаткові малогабаритні ВЧ-випромінювачі (supertweeter), що відтворюють частоти від 8.10 до 30.40 кГц.
Зазвичай у ВЧ-випромінювачах використовуються купольні дифузори (діаметром 15...40 мм). І виготовляються з тих самих "м'яких" або "жорстких" матеріалів, відповідно гарячим пресуванням або штампуванням, з електронно-вакуумним напиленням. Як матеріали використовується алюміній, титан або шовк. Підвіси у ВЧ-випромінювачів виготовляють зазвичай з того ж матеріалу, що і дифузор (хоча зустрічаються і комбіновані конструкції), плоскої або синусоїдальної форми. Для запобігання виникненню резонансних коливань обсягу під дифузором, підвіс, як правило, заповнюється матеріалом, що демпфує.
Звукові котушки ВЧ-динаміків часто намотуються алюмінієвим (іноді срібним) плоским проводом, що дозволяє за рахунок меншої питомої ваги порівняно з мідним збільшити рівень звукового тиску в області верхньої граничної частоти на кілька децибел. лінз" (еквілізаторів, концентраторів), що встановлюються перед дифузором, і забезпечують вирівнювання АЧХ у певних діапазонах, та зміну характеристики спрямованості.
На закінчення хотілося б відзначити, що за 80 років з моменту винаходу динамічного гучномовця аудіотехніка пройшла величезний шлях: від фонографа до DVD - а динамік конструктивно принципово не змінився. Радикально змінилася лише технологія його виготовлення та матеріали. Враховуючи, що перед такою простою конструкцією (що складається всього зкількох елементів: дифузора, котушки та магнітного ланцюга) стоїть величезне завдання - передати звучання симфонічного оркестру - можна тільки дивуватися і захоплюватися геніальністю конструкції наймасовішого акустичного виробу, мільярди екземплярів якого використовуються у всьому світі.