Из чего состоит колонка

Устройство динамика: схема, размеры, назначение

Электродинамический громкоговоритель – это устройство, преобразующее электрический сигнал в звуковой посредством движения катушки с током в магнитном поле постоянного магнита. С этими устройствами мы сталкиваемся повседневно. Даже если вы не большой поклонник музыки и не проводите в наушниках по полдня. Динамиками оснащаются телевизоры, радиоприемники в автомобилях и даже телефоны. Этот привычный для нас механизм на самом деле является целым комплексом элементов, а его устройство – это настоящее произведение инженерного искусства.

В этой статье подробнее рассмотрим устройство динамика. Обсудим, из каких составных частей состоит этот прибор и как они работают.

Дня начала небольшой экскурс в историю изобретения электродинамика. Громкоговорители похожего типа использовались еще в конце 20-х годов прошлого века. Телефон Белла работал по схожему принципу. В нем была задействована мембрана, которая перемещалась в магнитном поле постоянного магнита. У этих динамиков было множество серьезных недостатков: частотные искажения, потери звука. Чтобы решить проблемы, связанные с классическими громкоговорителями, Оливер Лордж предложил использовать свои наработки. Его катушка двигалась поперек силовых линий. Чуть позднее двое его коллег адаптировали технологию для потребительского рынка и запатентовали новую конструкцию электродинамиков, которая задействована и по сей день.

Устройство динамика

Динамик имеет довольно сложную конструкцию и состоит из множества элементов. На схеме устройства динамика (см. ниже) изображены ключевые детали, благодаря которым громкоговоритель функционирует правильно.

Устройство акустического динамика включает в себя следующие составные части:

• подвес (или краевой гофр);
• диффузор (или мембрана);
• колпачок;
• звуковая катушка;
• керн;
• магнитная система;
• диффузородержатель;
• гибкие выводы.

В разных моделях динамиков могут быть использованы разные уникальные элементы конструкции. Классическое же устройство динамика выглядит именно так.

Рассмотрим каждый отдельный элементы конструкции более подробно.

Краевой гофр

Этот элемент также называют «воротником». Это пластиковая или резиновая окантовка, описывающая электродинамический механизм по всей площади. Иногда в качестве основного материала применяют натуральные ткани со специальным, ослабляющим колебания покрытием. Гофры делятся не только по типу материала, из которого они изготовлены, но и по форме. Самый популярный подтип – полутороидальные профили.

К «воротнику» предъявляют ряд требований, соблюдение которых говорит о его высоком качестве. Первое требование – высокая гибкость. Резонансная частота гофра должно быть низкой. Второе требование – гофр должен быть хорошо закреплен и обеспечивать только один тип колебаний – параллельный. Третье требование – надежность. «Воротник» должен адекватно реагировать на перепады температуры и «нормальный» износ, сохраняя свою форму длительное время.

Для достижения наилучшего баланса звучания в низкочастотных колонках используют резиновые гофры, а в высокочастотных — бумажные.

Основным излучающим объектом в электродинамике является диффузор. Диффузор динамика представляет собой некий поршень, который двигается по прямой вверх-вниз и поддерживает амплитудно-частотную характеристику (далее АЧХ) в линейном виде. При повышении частоты колебаний диффузор начинает изгибаться. Из-за этого появляются так называемые стоячие волны, которые, в свою очередь, приводят к провалам и подъемам на графике АЧХ. Для минимизации этого эффекта конструкторы используют более жесткие диффузоры, изготовленные из материалов меньшей плотности. Если размер динамика составляет 12 дюймов, то диапазон частот в нем будет варьироваться в пределах 1 килогерца для низких частот, 3 килогерц для средних и 16 килогерц для высоких.

• Диффузоры могут быть жесткими. Они сделаны из керамики или алюминия. Такие изделия обеспечивают наименьший уровень искажения звука. Динамики с жесткими диффузорами стоят гораздо дороже аналогов.
• Мягкие диффузоры делают из полипропилена. Такие образцы обеспечивают наиболее мягкое и теплое звучание за счет поглощения волн мягким материалом.
• Полужесткие диффузоры представляют собой компромиссный вариант. Они делаются из кевлара или стеклоткани. Искажения, провоцируемые таким диффузором, выше, чем у жестких, но ниже, чем у мягких.

Колпачок представляет собой оболочку из синтетики или ткани, основная функция которой – защита динамиков от пыли. Помимо этого, колпачок играет немаловажную роль в формировании определенного звучания. В частности, при воспроизведении средних частот. С целью наиболее жесткого закрепления колпачки делают округлой формы, придавая им небольшой изгиб. Как вы наверняка уже поняли, разнообразие материалов как раз-таки связано с тем, чтобы достичь определенного звучания. В ход идет ткань с различным пропитками, пленки, композиции целлюлозы и даже металлические сетки. Последние, в свою очередь, выполняют еще и функцию радиатора. Алюминиевая или металлическая сетка отводит излишки тепла от катушки.

Иногда её также называют «пауком». Это увесистая деталь, расположенная между диффузором динамика и его корпусом. В задачи шайбы входит поддержание стабильного резонанса для низкочастотных динамиков. Это особенно важно, если в помещении наблюдаются резкие перепады температуры. Шайба фиксирует положение катушки и всей подвижной системы, а также закрывает магнитный зазор, предотвращая попадание пыли в него. Классические шайбы представляют собой круглый гофрированный диск. Более современные варианты выглядят немного иначе. Некоторые производители намеренно меняют форму гофр так, что повысить линейность частот и стабилизировать форму шайбы. Такая конструкция сильно влияет на цену динамика. Шайбы изготавливают из нейлона, бязи или меди. Последний вариант, как и в случае с колпачком, выполняет функцию мини-радиатора.

Звуковая катушка и магнитная система

Вот мы и добрались до элемента, который, собственно, и отвечает за воспроизведение звука. Магнитная система располагается в небольшом зазоре магнитной цепи и вместе с катушкой преобразует электрическую энергию. Сама магнитная система – это система из магнита в виде кольца и керна. Между ними в момент воспроизведения звука перемещается звуковая катушка. Важная задача конструкторов – создание равномерного магнитного поля в магнитной системе. Для этого производители динамиков досконально выверяют полюса и оснащают керн медным наконечником. Ток в звуковую катушку поступает через гибкие выводы динамика – обычную проволоку, намотанную поверх синтетической нитки.

Принцип работы

С устройством динамика разобрались, переходим к принципу работу. Принцип работы динамика заключается в следующем: ток, идущий на катушку, заставляет ее совершать перпендикулярные колебания в пределах магнитного поля. Эта система увлекает за собой диффузор, заставляя его колебаться с частотой подаваемого тока, и создает разряженные волны. Диффузор начинает колебаться и создает звуковые волны, которые могут быть восприняты человеческим ухом. Они в виде электрического сигнала передаются в усилитель. Отсюда и появляется звук.

Диапазон воспроизводимых частот напрямую зависит от толщины магнитопроводов и размера динамика. При большей величине магнитопровода увеличивается зазор в магнитной системе, а вместе с ним увеличивается и эффективная часть катушки. Именно поэтому компактные динамики не справляются с низкими частотами в пределах 16-250 герц. Их минимальный порог частотности начинается с 300 Герц и заканчивается на 12 000 герц. Вот почему динамики хрипят, когда вы выкручиваете звук на максимум.

Номинальное электрическое сопротивление

Провод, подающий ток на катушку, обладает активным и реактивным сопротивлением. Для выяснения уровня последнего инженеры измеряют его на частоте в 1000 герц и прибавляют к получившейся величине активное сопротивление звуковой катушки. В большинстве динамиков уровень сопротивления составляет 2, 4, 6 или 8 Ом. Этот параметр необходимо учитывать при покупке усилителя. Важно согласовать уровень нагрузки.

Диапазон частот

Выше уже было сказано, что большая часть электродинамикой воспроизводит лишь часть частот, которые может воспринимать человек. Сделать универсальный динамик, способный воспроизводить весь диапазон от 16 герц до 20 килогерц невозможно, поэтому частоты поделили на три группы: низкие, средние и высокие. После этого конструкторы начали создавать динамики отдельно для каждой частоты. Это значит, что низкочастотные динамики лучше всего справляются с басами. Они работают на диапазоне 25 герц – 5 килогерц. Высокочастотные созданы для работы с визжащими верхами (отсюда нарицательное имя – «пищалка»). Они работают в частотном диапазоне 2 килогерца – 20 килогерц. Среднечастотные динамики работают в диапазоне 200 герц – 7 килогерц. Инженеры все еще предпринимают попытки создать качественный широкополосный динамик. Увы, цена динамика идет вразрез с его качеством и совершенно не оправдывает его.

Немного о мобильных динамиках

Динамики для телефона отличаются от «взрослых» моделей конструктивно. Расположить такой сложный механизм в мобильном корпусе нереально, поэтому инженеры пошли на хитрость и заменили ряд элементов. Например, катушки стали неподвижными, а вместо диффузора используется мембрана. Динамики для телефона сильно упрощены, посему ожидать от них высокого качества звучания не стоит.

Диапазон частот, который способен охватить такой элемент, значительно сужен. По своему звучанию он ближе именно к высокочастотным устройствам, так как в корпусе телефона нет дополнительного пространства для установки толстых магнитопроводов.

Устройство динамика в мобильном телефоне отличается не только размерами, но и отсутствием независимости. Возможности устройства ограничиваются программным обеспечением. Это сделано для защиты конструкции динамиков. Многие снимают этот лимит вручную, а потом задаются вопросом: "Почему хрипят динамики?"

В среднестатистическом смартфоне устанавливают два таких элемента. Один разговорный, другой музыкальный. Иногда их объединяют для достижения эффекта стерео. Так или иначе, достичь глубины и насыщенности в звучании можно лишь с полноценной стереосистемой.

Основы электроакустики

Устройство акустических колонок

Итак, мы выяснили, что сами по себе акустические излучатели (громкоговорители) не способны обеспечить хорошее качество звучания в широком диапазоне частот — прежде всего в области низких частот. На первых порах роль акустического оформления играл ящик, или корпус, электроакустических устройств — например, проигрывате­лей, радиоприемников или магнитофонов. Однако такое акустическое оформление редко было удачным — помимо динамиков корпус был забит шасси устройства, многочис­ленными печатными платами, проводниками и т. д. Неред­ко они имели свои частоты резонанса, что вело ко всяким призвукам (например, дребезжанию) и снижению эффек­тивного объема ящика, ухудшающему воспроизведение нижних частот. К тому же акустическая вибрация элект­ронных компонентов ухудшала их работу и нередко (осо­бенно у проигрывателей грампластинок) вела к акустичес­кому самовозбуждению.

В современных электроакустических устройствах (кро­ме телевизоров и миниатюрных проигрывателей и прием­ников) используются отдельные акустические системы — колонки. Они поставляются вместе с магнитолами и музыкальными центрами или продаются отдельно. От качества звуковых колонок, прежде всего, зависит качество звучания вашей аппаратуры. Поэтому полезно знать осо­бенности колонок разного типа, особенно если вы имеете возможность приобрести их отдельно .

Роль звуковых колонок так же уникальна, как и микрофонов. Они являются конечным элементом элект­роакустического тракта и обеспечивают преобразование электрических сигналов вновь в звуковые волны. Вопреки эмоциональным возгласам о звучании усилителей, тюне­ров, проигрывателей всех мастей и т. д. на самом деле звучат лишь звуковые колонки да головные телефоны. Естественно, если подаваемый на них сигнал искажается другими устройствами, это сказывается на общей оценке качества звучания.

Но и этого мало — две (или несколько) звуковых колонок должны создавать звуковое поле, которое реаль­но создается множеством (подчас десятками) источников звука, реально расположенных в пространстве. А это, в отличие от приема звуков двумя микрофонами — «уша­ми», куда более сложная задача. К тому же излучатели колонок работают с сигналами высокого уровня (напря­жения — вольты и десятки вольт, токи — амперы и десятки ампер). Поэтому проблема обеспечения линейности зву­кового тракта стоит очень остро.

Никакой усилитель с множеством наворотов или CD-проигрыватель с его мощью цифровых преобразований не может дать мало-мальски качественное звуковоспроизведе­ние, если совместно с ними используются низкокачествен­ные звуковые колонки. Впрочем, чтобы получить действи­тельно натуральный звук, нужно применять качественные элементы во всем тракте звуковоспроизведения — как изве­стно, даже обычная цепочка рвется в том месте, где у нее слабое звено.

Акустическая, или звуковая, колонка представляет собой один или несколько излучателей звука (чаще всего динамиков), размещенных в общем корпусе — ящике. Основное назначение корпуса — устранение акустическо­го короткого замыкания для звуков в области низких частот, разделение в пространстве отдельных излучателей и устранение влияния их друг на друга, акустическое демпфирование излучателей и, наконец, придание колон­ке соответствующего эстетического вида .

Схема, устройство колонок

Как известно, для воспроизведения звуковых волн в большинстве акустических систем применяются динамические излучатели, или динамики. Они занимаются преобразованием электрического тока в звуковые волны путем движения специальной мембраны. Но сами по себе они не могут образовывать звук достаточно высокого качества – в комплекте с ними идет целый комплекс электротехнических устройств, заставляющих динамик работать. Если все эти детали встроены в корпус источника звука – магнитофона или телевизора – в области низких частот широкополосные динамики работают менее эффективно. Звук наполняется искажениями из-за резонансного эффекта.

Чтобы микросхемы, трансформаторы и полупроводники не мешали звуковым волнам, в большинстве современных акустических систем динамические излучатели выносятся в отдельные корпуса – колонки. Разнообразие их форм-факторов, дизайна и прочих особенностей исполнения велико, но все они имеют ряд общих черт. Как же устроены привычные для большинства пользователей колонки?

На первый взгляд может показаться, что корпус – это маловажная часть колонок, и то, как он выглядит и из чего сделан, имеет мало разницы. На самом же деле, правильная форма и материал исполнения корпуса колонок играет одну из важнейших ролей в деле производства высококачественного звука.

Все, как и было упомянуто вначале, упирается в резонанс и его эффект. От особенностей конструкции корпуса сильно зависит сила этих эффектов – наложений частот, посторонних звуков, особенно дребезжания.

В целом, корпус выполняет следующие задачи:

• устраняет акустическое короткое замыкание, улучшая качество воспроизведение низкочастотного звука;
• разделяет отдельные динамики в пространстве, мешая им негативно воздействовать друг на друга;
• создание условий для акустической усадки динамических излучателей;
• эстетическая роль – придание колонке определенной формы и стиля.

Для полноценного выполнения этих задач перед инженерами стоит задача правильно подобрать форму и материал, из которого будет изготовлена коробка для размещения излучателя, а также правильно расположить в пространстве все детали устройства.

Форма корпуса может быть самой разной, и от правильного ее подбора сильно зависит эффективность создания звуковых волн. Варианты могут быть следующими:

• Прямоугольник – стандартные колонки обычно именно такие, могут быть в форме параллелепипеда или куба. Несмотря на свою традиционность, такие колонки издают далеко не идеальный звук, поскольку прямоугольная форма располагает к созданию резонанса и сопутствующих ему эффектов.
• Форма с непрямыми углами – трапеция, пирамида.
• Круглые формы – эллипс или шар. Для широкополосных колонок скругленные стенки подходят лучше всего.

Таким образом, для обычных колонок, которые отвечают за основной диапазон звуковых частот, наиболее пригодны круглые формы. Эта особенность часто используется инженерами для компенсации качества дешевых колонок. В них передняя стенка делается прямой, а задняя и боковые объединяются в одну изогнутую поверхность, что позволяет эффективно отражать и направлять звуковые волны в сторону слушателя.

Сабвуферы же чаще кубические – это связано с особенностями воспроизведения низких частот. Также в них гораздо чаще, чем в обычные колонки, встраивается фазоинвертор – полая труба, насквозь проходящая сквозь одну из стенок и фокусирующая звуковые волны.

Материалы так же могут быть разными. В основном это, конечно, пластмасса или древесина разных типов. Могут встречаться следующие варианты исполнения корпуса колонок:

• ДВП, ДСП, фанера средней плотности. Колонки из продуктов деревоперерабатывающей промышленности получаются, по мнению многих аудиолюбителей, наиболее качественными и издают мягкие, чистые звуки. Однако используется такой вариант не слишком часто – особенно он был распространен в старых советских акустических системах. Колонки из дерева получаются массивными, поэтому они чаще всего напольные.
• Дорогие специальные полимеры. Несмотря на худшие показатели звукоизоляции, пластик, разработанный специально для производства колонок, неплохо подходит для формирования корпусов этих устройств. Однако устройства из высококачественного пластика имеют весьма высокую стоимость.
• Дешевый пластик – обыкновенный полистирол. Такие колонки зачастую совсем не поглощают звук, что приводит к множеству посторонних шумов. На большой громкости гулы и гудения слышны особенно отчетливо.

Изнутри стенки корпуса обычно отделываются дополнительным звукоизоляционным материалом – чаще всего самым простым поролоном. Это позволяет несколько улучшить характеристики даже самого дешевого материала.

Динамические излучатели – это главная часть схемы устройства колонок. Именно они занимаются производством звуковых волн. Динамика их заключается в работе подвижной катушки. Как же работает эта часть колонки?

Схема динамика довольно проста, в нее входят самые основные электротехнические части.

Работает весь этот комплекс деталей также весьма просто. На корпусе колонки надежно закрепляется постоянный магнит – в отличие от электромагнита, это позволяет непрерывно создавать магнитное поле в любых условиях. В дешевых моделях используются старые материалы – магниты из обычного феррита. Более современные, технологичные и дорогие колонки оснащаются качественными неодимовыми магнитами, создающими статичное поле. Несравнимо более высокое качество таких устройств и до сих пор не слишком широкая их распространенность позволяет производителям указывать использование неодима как отличительную особенность своей продукции.

Постоянное магнитное поле окружает катушку из медного провода, находящегося под действием переменного тока, исходящего от электрической сети, аккумулятора или USB-порта в зависимости от типа колонок. Стоит отметить, что устройства работают с высокоуровневыми токами – напряжение измеряется в вольтах, десятках и, в некоторых случаях, даже тысячами вольт, а сила тока – в амперах и десятках ампер. Это создает необходимость для обеспечения линейности сигнала.

Поток электронов модулируется акустическим сигналом и, в соответствие с законами физики, создает вокруг себя электромагнитное поле. Его взаимодействие со статичным полем от постоянного магнита придает катушке динамику. Движение катушки, в свою очередь, приводит к вибрированию диффузорной мембраны, вибрации вызывают колебания воздуха, которые и воспринимаются человеческим ухом как звук.

Материал исполнения мембраны может быть разным: используются как искусственные полимеры, так и натуральные соединения, например целлюлоза. В дорогих моделях колонок может применяться тонкая титановая пластина. От этого параметра, конечно, сильно зависит качество издаваемого динамическим излучателем звука.

Динамики различаются по воспроизводимому ими диапазону звуковых частот. Существуют следующие виды излучателей:

• низкочастотные (сабвуферы) – излучают звук в диапазоне 20-120 Гц;
• среднечастотные – занимаются воспроизведением основной массы звука, вплоть до 5 кГц;
• высокочастотные (твиттеры) – излучают самые высокие звуки, от 2 до 20 кГц в зависимости от технических особенностей.

Все эти динамики различаются не только особенностями исполнения элементов конструкции, но и размерами. Так, сабвуфер обычно самый большой – от величины его диаметра зависит качество исполнения низких частот. Твиттер, наоборот, маленький, чтобы волны получались как можно более короткими.

Колонки могут быть активными или пассивными. В колонки первого типа встраивается собственный усилитель звука – устройство, которое преобразовывает поступающий сигнал, подстраивая его под мощность колонок. Без усиления колонки звучали бы слишком тихо.

Если используемые колонки относятся к пассивному типу, усилитель подключается к ним отдельно посредством акустических кабелей с клеммами. Усилители бывают разными и не только занимаются собственно преобразованием мощности сигнала, но и сбором и объединением сигналов от разных колонок в многоканальных акустических системах. Помимо усилителя, преобразованием может заниматься такое устройство, как ресивер.

Применение правильных материалов, снижение силы искажений звука приводит к существенному повышению качества акустической системы. Инженеры обязаны уделять разработке колонок максимум внимания, ведь колонки должны не просто издавать звук – их задача состоит в том, чтобы правильно создать звуковое поле, соответствующее десятку реальных источников звука, используя всего лишь несколько громкоговорителей.

Другие статьи раздела Колонки: устройство, характеристики

Важные характеристики колонок

Несмотря на весьма распространенное мнение, что на качество акустической системы влияет буквально каждый ее элемент: источник звука, ресивер, усилитель и даже сами акустические провода и кабели, звук. 9619

Размеры колонок, мощность колонок

Ассортимент колонок – устройств, являющихся совокупностью динамических излучателей, их корпусов и дополнительной электроники – на сегодняшнем рынке неимоверно широк. В магазинах можно встретить самые. 6088

Активные и пассивные колонки

На удобство пользования акустической системой, а также на сложность подключения ее элементов друг к другу и способ введения системы в эксплуатацию влияет целый ряд параметров. Это и количество. 4696

Популярные статьи

Телевизор – это одно из тех устройств, которые, как правило, требуют наиболее качественной. 41012

Наушники незаменимы во множестве ситуаций – они применяются в домашних условиях, когда необходимо. 33980

Программное обеспечение, которое занимается управлением звуковой картой, нужно обновлять после. 33154

Чтобы воспроизвести любимые мелодии, человеку нужны не только сами музыкальные файлы и устройство. 27039

Наушники – это весьма простые устройства, и, как правило, они надежно защищены от различных. 26950

На сегодняшнем рынке акустической техники представлено множество звуковых систем – они могут быть. 25875

Наушники – это полезное во множестве ситуаций устройство, которое, при должном качестве, вполне. 24534

В наше время ни одна хоть сколько-нибудь качественная звуковая система не обходится без хорошего. 21293

ЧТО ВНУТРИ JBL BOOMBOX ?