Что такое широкополосный динамик?
По мере развития прогресса было придумано множество изделий, излучающих звуки самых разных диапазонов, но наиболее популярным стал электродинамический громкоговоритель. Устройство динамика довольно проста и универсальна. На катушку, находящуюся внутри постоянного магнита, подается напряжение звуковой частоты. Колебания, выдаваемые катушкой, передаются на диффузор. Механические колебания, возбуждаемые катушкой, передаются в воздух. Ухо улавливает данные механические колебания и человек слышит звук.
Учитывая, что слушать музыку и прочие передачи, сопровождаемые звуком, хочется всегда и везде, то появляется необходимость в создании универсального звукового излучателя. Специализированные динамики прекрасно работают в узком диапазоне, но это нужно далеко не сем и не всегда. А вот средние частоты востребованы больше всех.
Именно поэтому появилась необходимость в создании популярных широкополосных динамиков, которые наряду со средними частотами воспроизводят и низкие, и высокие. Безусловно, весь диапазон звуков на одном излучателе воспроизвести невозможно, но востребованность таких динамиком обуславливается рядом причин. Прежде всего тем, что конструкция узкоспециализированных излучателей часто бывает довольно громоздкой. Кроме того, цена у таких изделий выше, ведь за качество приходится платить. Не каждому это по карману.
А вот попсу с новостями, а также музыку в автомобиле вполне можно слушать без кроссовера через дешевый широкополосный динамик. Этим и объясняется устойчивая популярность именно широкополосных систем. Бытовая техника, смартфоны, телевизоры, портативные колонки — везде нашли своё применение широкополосные динамики.
Кроме того, универсальные излучатели, рассчитанные на широкий звуковой диапазон, устанавливаются в рупорных системах и трубах Войта.
Конструкция широкополосного динамика
Выделяют два основных вида универсальных широкополосных динамиков — с центральным колпачком и конус-визером «дудка».
Первая конструкция больше похожа на обычный динамик с одним конус-куполом.
Рис. 2. Широкополосный динамик Visaton B 200/6 с центральным колпачком
А вот строение второй вариации динамика сложнее,опять тот же 4А-28. Такой излучатель содержит два конуса: большой как в обычных динамиках, и второй, встроенный внутри большого.
Диафрагма должна быть среднего размера с умеренными колебаниями. В противном случае большего искажения получит звук с высокой частотой. Что касается басов, то тут решение в увеличении размеров конуса, при сохраненном ходе, но при качественном диффузоре.
На сегодняшний день существует множество не только вариантов исполнения широкополосных динамиков, но и материалов, используемых при изготовлении диффузоров. Чтобы добиться минимизации искажений, производители идут на любые ухищрения. Одни излучатели, имеющие высокую эффективность, искажают низкие частоты, другие — требуют применения специального короба, для повышения басов. Применяя в конструкциях широкополосных динамиков усилители до 3 Вт, достигается высокая производительность.
Так как при использовании широкополосников хочется качественно (насколько это возможно) прослушивать весь диапазон частот (высокий, средний, низкий), то производители применяют при изготовлении диффузора бумагу или современную альтернативу ей — кевлар. Так удается добиться гораздо более высокого результата.
Кроме того, есть уникальный опыт применения в качестве подвеса … кожи. Например, при изготовлении широкополосной акустики Кондо RUTHY-1-2-4 и Ongaku speakers используется замш для подвеса. Необычный подход, но достигается отличная чистота звука. В частности, проведено исследование широкополосника ADVENT, 2 полосы: 25 см + пищалка, закрытый ящик 60 литров.
Конструктивной особенностью динамика является неравномерное натяжение кожи в подвесе RCA-TELEFUNKEN. Чем ближе в диффузор — тем натяжение выше. Как итог — превосходный по своей чистоте тихий звук.
Рис. 3. Кожаный подвес в широкополосном динамике
Подробнее про кожаный подвес читаем в статье «Достоинство тихих звуков».
Также интересны исследования акустики, изготовленной с подмагниченными динамиками . В совокупности с ламповым усилителем и дополнительным рупором также достигнут невероятный уровень качества звука. Познакомиться с оригинальным опытом можно в статье «Telefunken» — жизнь после смерти».
Помимо бумаги, кевлара и кожи в широкополосниках, для достижения качества звука в разных диапазонах, можно использовать даже алюминий и смолу. Бумага все же предпочтительнее, так как, не обладая повышенной жесткостью, она способна уменьшить резонанс. Особенно эффект заметен при покрытии бумаги лаком.
Глава 2 про динамики.
Когда динамик новый, его диффузор лучше не трогать, потому что у КинАп(овских) динамиков и новосибирских 10ГД-36 уже нанесены необходимые пропитки и рефление, препятствующее распространению «вредных» колебаний.
Другое дело, когда попадаются динамики старые со следами насилия — вмятинами на диффузоре, эти вмятины надо покрыть, например, жидким раствором герлена с наружной и по возможности с внутренней стороны. Осталась самая малость — подравнять частотную характеристику сверху и снизу. Тут ни чего нового нет.
Для сглаживания АЧХ снизу надо поработать над гофром диффузора, если этот гофр бумажный. Гофр, как правило, делают с синусным профилем с двумя «периодами». Глушить лучше по методу Шорова, то есть герленом, но намазывать не весь гофр, а только первый ближний к центру полупериод и прилегающую к гофру полоску шириной 0,5 см. Герлен должен быть разведен до такой консистенции, которая не образует на поверхности наплывов и подтёков.
Он должен растекаться ровным слоем. Оставшиеся полупериоды гофра лучше пропитать маслом растительного происхождения для увеличения гибкости подвеса. Это снизит частоту основного резонанса и подровняет АЧХ. Для динамиков с резиновыми или пенополиуретановыми гофрами «пропитка» может только навредить.
Хорошие результата по снижению резонансной частоты даёт установка динамиков в один корпус, при этом динамики надо включать параллельно. Показательные результаты по улучшению линейности динамиков даёт подключение в параллель каждому из парных динамиков резисторов, равных по величине активному сопротивлению катушки.
У широкополосных динамиков для увеличения отдачи на высоких частотах применяют дополнительные излучающие конуса. АЧХ таких динамиков в основном в области высоких частот определяется геометрией конуса, но и тут можно кое что улучшить. Я теперь конуса пропитываю и обмазываю клеем БФ-6.
Это увеличивает жёсткость конуса, что приводит к расширению полосы частот и сглаживанию АЧХ. Так для динамиков 4А-28 удаётся расширить полосу до 17…18 кГц. Пропитка производится в три слоя с наружной стороны конуса и один раз ОСНОВАНИЕ конуса с внутренней стороны обмазывается клеем, внутреннюю сторону лучше не трогать, за исключением узкой полоски 2 мм по краю конуса.
Время высыхания одного слоя клея 6 часов, полное высыхание занимает неделю, в это время на динамик не рекомендуется подавать сигнал. БФ-6 образует особую пленку, которая препятствует распространению продольных волн. Некоторые пользуются для этих же целей цапон-лаком, от его применения меня останавливает чрезмерно жёсткая полимерная пленка, которую он образует. На динамиках 4А-хх защитный колпачок сделан из формованной ткани, его лучше не замазывать клеем, но если клей попадет на края колпачка, то ни чего страшного не будет
Пропитка клеем основания диффузора у низкочастотных и среднечастотных динамиков тоже будет иметь только положительный результат.
Рупорные акустические системы
Пытаясь с помощью широкополосных динамиков «укротить» как можно больший диапазон звуков изготовители сталкиваются с рядом проблем. Все зависит от того какой диапазон звуков необходимо произвести.
Низко чувствительные системы демонстрируют узкий динамический диапазон, особенно при понижении громкости. Выражается это в пропаже высоких и низких составляющих, которые «забиваются» среднечастотным звуком. Отчасти это происходит благодаря строению человеческого уха, наиболее оптимально приспособленного для восприятия именно средних звуков.
Что касается высоких частот, то звук, излучаемый маленькой диафрагмой высокочастотного динамика с небольшой амплитудой, просто теряется на фоне тех же средних частот. Решение данной проблемы находят в применении дополнительных устройств (темброблоки, АЧХ корректоры, тон компенсаторы и прочее), ухудшающих звуковоспроизведение.
Альтернативой выступает принципиально иной способ улучшения воспроизведения звука — улучшение КПД акустических систем с помощью рупоров (горнов). Такая оригинальная конструкция позволяет соотнести давление внешней воздушной среды и звукового давления диафрагмы излучателей. То приводит к минимизации искажений и выравниванию амплитудно-частотных характеристик широкополосных динамиков.
В Советском союзе очень любили создавать рупорные акустические системы на базе широкополосников 4А-28, например: Акустический агрегат с повышенным КПД на низких частотах.
Рис. 1. Широкополосные динамики 4А-28
Широкополосная АС на «150 ГДШ-35-8 Ноэма»
За основу были взяты динамики Ноэма 150 ГДШ-35-8.
Корпуса сделаны из фанеры толщиной 21 мм, передние стенки двойные. Все собрано на саморезах и герметике, зашпаклевано, отшлифовано с последующим фанерованием шпоном файн-лайн (палисандр) на контактный клей. Габаритные размеры корпуса: 842х382х313 мм. Финишно корпус покрыт яхтным лаком в несколько слоев со шлифовкой каждого слоя, лак очень крепкий. Изнутри стенки оклеены в два слоя материалом дарнит (по типу ватина, используется для прокладки под асфальтовое покрытие). Внутри приклеен большой кусок синтепона в марле, для гашения внутренних резонансов. Порт фазоинвертора настроен на частоту 44 Гц.
Размеры можно делать и другие, главное чтобы чистого внутреннего объема было 65 литров. Грязный объем у меня 70 л, из которых 2,9 л занимает объем динамика, еще 1 л ушел на объем фазоинвертера и остальное на дарнит с синтепоном.
Фазоинвертор – это один из вариантов оформления, написанный в паспорте, есть еще вариант на 120 литров, но это уже будет корпус размером с холодильник, а по моему мнению смещение нижней частоты на 4 Гц того не стоят.
Изначально конструкция была собрана в корпусе ЗЯ, но из за крикливой середины, баса по ощущениям не слышно вообще. Среднюю частоту в любом случае нужно давить, я планирую использовать режекторный фильтр с параметрами: R=4,8 Ом, С=4,7 мкФ, L=0,56 мГн.
Этим динамикам нужны высокочастотники, потому что играют они по уровню -10 дБ всего до 15000 Гц. Сам производитель “Ноэма” рекомендует к ним ВЧ динамки Beyma CP16, они имеют чувствительность 105 дБ и довольно ровную полку. Согласовав по чувствительности и отрезав все лишнее, можно получить действительно неплохие высокие частоты.
Хотелось бы расссказать и о минусах данного динамика 150 ГДШ-35-8:
- Крикливая середина. если взять за 0 уровень в 95 дБ, то выпирает она на 6 дБ, и есть один горб на 10 кГц, который выпирает больше чем на 10 дБ. Это очень много, очобенно если выкрутить громкость по-больше, то ни о каком нормальном прослушивании речи быть не может, хочется не то, чтобы сделать потише, а выключить совсем, поэтому это нужно давить.
- Узкая направленность на высоких частотах. Так как динамик имеет довольно большой диффузор, то его направленность очень узкая, шаг в сторону и звук уже глуховат.
В целом динамики звучат приятно, даже с горбом на середине, если не включать громко, имеют очень хорошую сцену, первое время казалось, что звук идет откуда то сбоку, с улицы, но потом постепенно привык, сравнивал в лоб с динамиком 4А-28, то у советского старичка по ощущениям нет такой четкости по верхним частотам, да и из-за высокой добротности кинапский динамик не выдает такого баса. Если выражаться аудиофильскими выражениями, то 150 ГДШ звучит детальней по верхам и по низам.
Итого потрачено 2 месяца работы по выходным. По себестоимости вся система вышла примерно в 30000 рублей, не считая инструмента и работы. Делал подобное первый раз, с инструментом не на ты. Самым сложным оказалась приклейка шпона на контактный клей, было много косяков, и со шпоном одному не справиться, нужна помощь.
P.S. я дилетант в звуке, много еще не понимаю, возможно сделал много ошибок, мое мнение не претендует на правильность, оно абсолютно субьективно.
Недостатки широкополосников
Проблемы широкополосных динамиков известны:
- нелинейные амплитудно-частотные характеристики;
- провалы в границах частотного раздела
- высокий уровень гармоник;
- интермодуляционные искажения;
- «горб» в области средних частот;
- урезание низких частот;
Попытки расширить спектр качественного звучания в сторону низких частот приводит к увеличению площади излучателя.
Закрытая форма акустической системы не позволяет использовать фазоинверторную конструкцию колонок, для расширения низкочастотного диапазона. А применение динамиков с высокой чувствительностью еще больше разбалансирует АЧХ.
Автомобильная широкополосная акустика
Прослушивание музыки в современных автомобилях — это целый спектр особенностей акустических систем. И здесь широкополосные динамики также занимают существенную долю, так как ограниченный объем авто не позволяет развернуться любителям по-настоящему качественного звука, требующего сложных конструкций.
В автомобиле с задачей передачи приемлемого звука вполне справиться широкополосник в диаметр диффузора 8,10 или 12 см. Стоит сразу отметить, что низкие и высокие частоты на таком динамике воспроизводятся без применения кроссовера — специального разделительного фильтра звуковых частот.
При выборе широкополосного динамика для своего автомобиля следует акцентировать внимание на некоторых аспектах. Так, в зависимости от размера салона и свободного объема важен размер динамика, а также общие требования к высоким и низким частотам
Рассеивание звука во всех направлениях (дисперсию) также необходимо учитывать. Так, если рассеивание плохое, то звучание будет глухим, а вот если еще на стадии покупки вы слышите естественный звук, то все в порядке. Для басов нужен дополнительный сабвуфер, который выступает в качестве компенсатора низких частот. Таким компенсатором могут выступить 10-ти дюймовые колонки. Помимо всего прочего, следует прослушать звучание на разных уровнях громкости.
Так как в авто не всегда достаточно места для крупногабаритных колонок, то качество звучания среднеразмерных конструкций можно улучшить с помощью звукового процессора, встроенного в современные магнитолы.
Глава 5.На всякий случай про доводку 5ГДШ4
Очень коротко о доработке динамика 5ГДШ4-4. Для работы потребуются:
- Замазка оконная не засыхающая — меньше брикета;
- Касторовое масло (продаётся в аптеке) — меньше пузырька;
- Клей БФ-6;
- Клей «88»;
- Спирт 96% — грамм 10 (для наружного употребления);
- Пара кисточек канцелярских;
- Резиновые уплотнители круглого сечения (5…6 мм).
Любой динамик отечественного производства требует той или иной работы по улучшению его свойств. (Хочу предупредить, что внешний вид при этом не улучшается.) Одним динамикам это на пользу — другим, как об стену горох. 5ГДШ4 относится к первой категории. Радует то, что этот динамик не требует полной разборки, можно ограничиться косметическими средствами:
Необходимо отклеить пылезащитный колпачок — основной источник посторонних призвуков (и больше никогда не приклеивать). Делается это с помощью обильного смачивания краёв колпачка спиртом. После размачивания клея колпачок аккуратно отдирается тонким пинцетом или скальпелем.
Необходимо укрепить магнитную систему, тщательно проклеив все наружные соединения. Для этого разводится клей БФ (БФ-6) 96 % спиртом и мягкой кисточкой заливается в щели и под заклёпки. Высушивается в течении 12 ч.
Аккуратно срезаются скальпелем все бумажные уплотнители под самый корешок в месте, предназначенном для крепления динамика к корпусу АС. Делать это надо уккаратно, не повреждая гофра.
Вершина конуса диффузора (где диффузор крепится к катушке) промазывается тремя слоями клея БФ-6. Начинать надо от самой катушки и заканчивать, не доходя 5 мм до точек соединения гибких проводников с проводниками катушки. Время просушивания каждого слоя 0,5–6 часов.
Необходимо на гофр диффузора нанести 0,2 мм слой вязкой массы. Эту массу можно приготовить из оконной не засыхающей замазки, размягчённой в касторовом масле. Количества небольшие: пара щепоток замазки и несколько капель масла. Размягчать надо до образования однородной массы, по консистенции напоминающей густую сметану. Наносить эту гадость надо тонким слоем, заезжая на 5 мм на сам диффузор и не попадая на место под уплотнитель.
Необходимо приклеить резиновый уплотнитель, независимо от способа крепления динамика (наружное или внутреннее). Уплотнитель можно составить из плотно состыкованных отрезков сантехнического, резинового, круглого уплотнителя (5…6 мм диаметр сечения). Уплотнитель приклеивается на клей «88». Уплотнитель должен быть плотно прижат к краю металлического корпуса диффузородержателя.
Гибкие проводники и центрирующую шайбу надо смазать касторовым маслом с помощью тонкой кисточки.
По желанию можно облепить корпус оставшейся замазкой.
Обладая генератором звукового диапазона можно на слух контролировать промежуточные этапы работы и завершающий этап. Для этого надо подать с генератора сигнал амплитудой 0,5…2 В, частотой 70…80 Гц. Звучать должен чистый тон без дребезга. Улучшенный динамик по своим частотным свойствам не уступит доработанному 4А28. У 5ГДШ4 верхняя частота среза простирается даже выше, чем у 4A28.
Улучшение головок громкоговорителей →
← Улучшение звучания 35АС-012 (S-90)
Глава 3
Большое значение на равномерность АЧХ оказывает акустическое оформление — корпус акустических систем. Если расставить основные типы корпусов в порядке увеличения неравномерности, начиная с самой маленькой, то получится следующий ряд, не зависящий от того, открытая АС или закрытая:
- Шарообразный корпус (пол-шара для открытой АС);
- Трапеция неправильной формы;
- Цилиндр с отверстием на боковой стенке;
- Параллелепипед с отверстием не по центру;
- Куб;
- Цилиндр с отверстием на верхней стенке — диске.
Отсюда можно сделать вывод, что наиболее технологичный тип корпуса и предпочтительный по форме АЧХ — это трапеция, в которой динамик расположен не на геометрическом центре.
Самым тонким моментом в конструкции АС является передняя дека, на которой крепятся динамики. Отверстие под динамик, и хуже, если их два, ослабляет механическую прочность деки, делая её склонной к резонансам на средних частотах. Не касаясь способов крепления деки, на мой взгляд, она должна быть толстой и набранной из отдельных листов. Но если отверстие под динамик у всех листов делать одинаковым, то получается локальный цилиндр.
Надо идти на компромисс и делать отверстия разных диаметров на разных листах деки (обычно 2, 3) с увеличением диаметра. Меньший диаметр у наружного листа, к которому будут крепиться динамики. Листы лучше не склеивать между собой, а скручивать шурупами, через прослойки плотной ткани
При расположении на деке нескольких динамиков особое внимание надо обращать на укрепление перешейков между ними
В некоторых случаях особо узких перешейков, под ними надо располагать поперечные опоры, привинченные к боковым стенкам, для придания большей жёсткости конструкции. К этим опорам должны быть прикручены перешейки между динамиками.
Панели боковых стенок, бруски для крепления, лучше всего не клеить между собой, а свинчивать. Между стыками надо прокладывать уплотнители из тонкого войлока (сукна) или пористой резины. Шурупы, крепящие две детали, должны быть жестко связаны только с одной из них. Отверстие для шурупа во второй детали должно быть такого диаметра, чтобы вероятность касания шурупом была минимальной.
Под шляпку шурупа желательно подложить шайбу и уплотняющую прокладку из войлока или резины. Под переднюю деку уплотнитель лучше проложить потолще 3…5 мм.
Кому-то нравятся опоры под АС в виде шипов, а меня вполне устраивают деревянные «ферзи» с войлочными прокладками по обеим концам.
Про расположение и направление АС с широкополосными динамиками могу сказать следующее: акустические оси должны быть направлены в сторону слушателя, так как у этого типа динамиков диаграмма направленности в области частот более 5 кГц достаточно узкая.
Этого легко добиться, сделав наклонную переднюю деку и развернув колонки в нужном направлении. Замечено, что стереопанорама во всей своей широте разворачивается НАД акустическими системами, поэтому имеет смысл, чтобы высота напольных домашних АС не превышала уровня глаз слушателя для ощущения комфортности.
Про выбор размеров и демпфирующих материалов было уже сказано много, так что вроде всё.