Электродинамические головки с плоскими диафрагмами. Акустические системы ч2 Тыловые акустические системы

10.05.2020

Эту заметку я пишу с несколько смешанными чувствами. С одной стороны, технология, о которой появилась информация, очень интересна и может во многом перевернуть современные взгляды в области её применения. С другой стороны - информация эта больше рекламная, чем практическая, поскольку получить непосредственные свидетельства или какие-то примеры мне не удалось. Что ж, время покажет, а пока - вот о чём идёт речь.

Компания Warwick Audio Technologies заявляет о том, что она разработала совершенно плоские акустические динамики (звукоизлучатели) по новой технологии. Компания заявляет о следующих характеристиках:
- динамики выглядят как плоские листы полимера, размеры варьируют от A5 до A3
- толщина листа составляет 0.2 милиметра
- листы гибкие
- обеспечиваемое звуковое давление - от 85 до 105 дБ (это число, по-видимому, относится к замеру давления прямо у поверхности листа)
- обеспечивают очень высокую направленность звучания за счёт фокусировки звуковой волны путём изгибания листа (как кривое зеркало, отражающее свет разных направлений в одну точку)
- крайне низкое потребление тока, высокий КПД и ничтожно малое тепловиделение
- не подвержены влиянию внешних магнитных полей

Компания не скрывает, что их технология является развитием уже существующей несколько десятилетий технологии ESL - Electro Static Loudspeaker (электростатический звукоизлучатель). ESL подразумевает такую конструкцию излучателя, где звук создаётся с помощью мембраны, помещённой в электростатическое поле. Цитирую википедию:

В самом распространённом варианте высокоомная мембрана помещена между двумя статорами. На мембрану подаётся высокое напряжение относительно статоров, на статоры подаётся сигнал большой амплитуды (звуковой сигнал большого напряжения). В результате между мембраной и статорами возникает переменное электростатическое поле, двигающее мембрану. Поле действует равномерно на всю мембрану, а мембрана имеет крайне низкую массу, благодаря этому достигаются высокие характеристики: коэфф. нелинейных искажений достигает 0.05%, высокий импульсный отклик, ровная АЧХ.

Технология компании Warwick Audio Technologies называется FFL ("Flat Flaxible Loudspeaker" - "плоский гибкий громкоговоритель"). Она реализует ту же идею, что и уже давно разработанные электростатические динамики - звуковая волна создаётся плоской мембраной, колеблющейся в электростатическом поле. Однако инновация компании заключается именно в том, что им удалось сделать конструкцию удивительно гибкой и тонкой. По сути, компания создала не некую электромеханическую конструкцию, а вполне однородный материал ламинат. Лист ламината состоит из трёх слоёв - двух мембран и изолирующего слоя между ними.

При "раскачивании" верхней мембраны электрическим сигналом, мембрана вибрирует точно в фазе на всех её участках, образуя нечто подобное поршню. Таким образом, образуемая движением мембраны звуковая волна оказывается очень направленной.

Более подробные детали своей разработки компания, конечно, не раскрывает.

Если всё это правда, то подобные динамики найдут своё применение в бесчисленном количестве мест и ситуаций: в метро над головами пассажиров, в супермаркетах прямо на картинках продукции, в автомобилях, в офисах и проч. и проч.

Кстати, Warwick - не единственные, кто анонсировали такие звукоизлучатели. Совсем недавно ещё одна группа разработчиков, на этот раз из Industrial Technology Research Institute , представила публике свою разработку в этой же области - Flexspeakers. имеется видео ролик, показывающий такой динамик в действии. ITRI обещают, что в самом скором времени их акустические листы размером A2 будут доступны в продаже по цене всего лишь 20 долларов.

Вашими мыслями вы можете делиться в комментариях к заметке.

Согласно теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) лучшим устройством является то, которое вообще отсутствует, а задача выполняется. Так и с домашней электроникой – многие не прочь свести ее присутствие к минимуму. Особенно это касается колонок. Причин много. Самые распространенные из них – дети, которые могут случайно опрокинуть акустику; дорогие квадратные метры, съедаемые техникой; загромождение проходов и т.д. Ну а в коммерческих объектах – магазинах, ресторанах и т.п. вообще – настоящее спасение.

Лаконичным решением в данной ситуации являются настенные акустические системы. В представлении многих до сих пор это обычные полочные колонки, которые прикручены на страшные кронштейны. На самом деле сейчас существует очень много настенной акустики самого разного дизайна, разного качества звучания и, естественно, разной цены. Надеюсь, что этот краткий обзор будет полезным, чтобы составить общее представление о существующих возможностях. В первую очередь этот обзор посвящен именно дизайну. Ну а технические нюансы можно выяснить в нашей Галерее.

Плоские акустические системы.

Как правило, они имеют прямоугольную форму. Среди них есть совсем тонкие – всего 2-3 сантиметра толщиной, а есть и достаточно объемные, есть размером с тетрадку, и размером с человеческий рост. Здесь основной вопрос в том качестве звучания и мощности, которые вам необходимы и которые соответствуют размеру помещения. Некоторые из настенных моделей звучат на уровне радиоточки (кто помнит), а некоторые соответствуют уровню High End. С точки зрения отделки плоских колонок их основное отличие – цвет рамки и цвет гриля.

Довольно популярны плоские модели с нанесенными на гриль изображениями. Фактически они маскируются под картины. Для того, чтобы такая имитация была полной, в качестве тюнинга иногда заказывают багеты – от простых до роскошных. Но возможность их использования зависит от конструкции колонок.

Некоторую плоскую акустику и маскировать не стоит. Благодаря качественной отделке она может хорошо «подружиться» со многими интерьерными стилями.

«Объемные» настенные акустические системы.

Недостаток плоских АС в том, что им требуется на стене определенное место, и чем более высокого уровня колонки, тем большего места они обычно требуют. Никуда не денешься – физика. Поэтому альтернативой могут быть «объемные» настенные колонки. Они не только экономят место на стене, но и выглядят довольно эффектно.

Выбор форм и материалов здесь очень большой. Но «правило размера» тоже соблюдается. Более мощные и качественные колонки, как правило, имеют и большие габариты. Но и «малышей» не стоит сбрасывать со счетов. Правильно подобранное компактное решение вполне способно справиться с поставленными задачами. Обычно настенные АС работают совместно с сабвуферами. Хоть сабвуферы и располагаются в основном на полу, они не так бросаются в глаза и не так критичны к расположению, правда и здесь есть определенные требования.

Среди «объемных» настенных моделей есть представители «мягких» форм, которые могут хорошо вписаться и в «классику», и в современные интерьеры. Некоторые из них не являются изначально настенными, но имеют возможность крепиться на стену.

Есть и модели, построенные на жестких прямых линиях. Как правило, они лучше «дружат» с минималистичными интерьерами и некоторыми направлениями неоклассики, где также преобладают прямые линии.

Саундбары

Этот тип акустических систем тоже принято размещать на стенах. В основном саундбары используются в недорогих системах домашнего кинотеатра. С точки зрения качества звучания от них трудно требовать чего-то особенного. Скорее они рассчитаны на совсем непритязательного пользователя. Дизайн в большинстве случаев тоже ориентирован на бюджетные современные интерьеры.

Однако среди саундбаров есть настоящие «короли». Размеры таких колонок превышают два метра и по сути полностью заменяют полноценные напольные акустические системы класса High End.

Отделка таких систем тоже бывает разной. Но в большинстве случаев можно найти вариант и для классики, и для «хай-тека».

Тыловые акустические системы.

Такая акустика используется в домашних кинотеатрах для тыловых, а иногда боковых каналов для создания объемного звучания. Во многом подходы к дизайну аналогичны описанным выше плоским и объемным акустическим системам. Разница в том, что назначение такой акустики вполне определенное – создание эффектов объемного звука в домашнем кинотеатре. Хотя в некоторых случаях и их используют как основные АС в небольших помещениях. С точки зрения «строгих правил» это неверно, но для неискушенного меломана это может быть выходом с точки зрения дизайна при приемлемом качестве звука.

Естественно, чтобы добиться оптимального по всем критериям результата при использовании настенных колонок, необходима совместная работа и заказчика, и дизайнера интерьера и специалистов по такой технике. В Галерее безупречной электроники «Назаров» накоплен большой опыт использования настенных акустических систем самого разного типа в самых разных интерьерах. Наверняка мы найдем оптимальное решение для любого, даже самого нестандартного случая. Обращайтесь, мы с удовольствием вам поможем!

Обзор подготовил Олег Костюченко.

В последнее время рынок информационных технологий довольно сильно преобразился, при чем не в угоду конечному пользователю, как этого бы хотелось, а под хрестоматийные правила маркетинга. Если какой-либо сектор рынка высоких технологий заметно отстает по темпам модернизации от процессорного рынка или рынка графических акселераторов, спрос на нем пытаются создать искусственно. Взять хотя бы доходы компаний занимающихся продажами периферийных устройств, скажем клавиатур или несложных акустических систем. Конечно, их прибыли несоизмерима с гегемонами мира ИТ вроде Intel или MS, однако и отделы R&D этих компаний не получают финансирование измеряемое в миллиардах долларов. Именно поэтому внедрение и разработка высокотехнологичных инноваций в указанных секторах рынка информационных технологий (например, беспроводные клавиатуры и плоские динамики колонок) всегда так широко поддерживается индустрией компьютерной периферии и поднимает заветные уровни продаж соответствующих компаний.

Как уже говорилось выше, компании занимающиеся выпуском несложной периферии (зачастую это корейские, тайваньские и китайские компании) не могут позволить себе содержать собственные научные центры для разработки и исследования новых технологий. Да и по сути большого смысла в содержании подобных учреждений нет, если только компания не создает, скажем, дорогие акустические системы уровня Hi-Fi или Hi-End, ведь прибыли от продаж динамиков упакованных в пластик, пусть даже очень искусно, не могут быть баснословно высокими - это вам не шестисотдолларовый процессор с себестоимостью $30. Именно по этому, поисками ноу-хау в области звуковых систем занимаются либо самостоятельные (не связанные с производством) исследовательские лаборатории, либо научные центры учебных учреждений, либо же спонсируемые правительством агентства оборонного направления, как говориться, "в свободное от рабочего дня время", параллельно с основным родом деятельности.

Одним из представителей последнего класса разработчиков явилось британское оборонное агентство DERA (Defense Evaluation and Research Agency), которое, не желая того, положило начало разработкам плоских акустических динамиков. На самом деле сегодня, по прошествии более десятка лет, сложно определить родоначальника идеи "плоского звука", ведь разработки в этой области велись и в Советском Союзе. Однако вернемся к DERA, точнее к его конкретному сотруднику - Кену Херону (Ken Heron), который занимался проблемой снижения шума в военных вертолетах. По его словам, металлическая пластина, образующая потолок кабины военного вертолета создавала дополнительный шум, при чем, казалось, скорее, усиливала имеющийся, нежели создавала его. Хотя бюрократические работники британского оборонного агентства не воспользовались идеей замены панели на пластиковый аналог, у Кена Херона появилась идея, которой позже было суждено воплотиться в оригинальной звуковой системе.

Таким образом, в 1991 году группа Херона под эгидой DERA проведя ряд дополнительных исследований, запатентовала новую технологию. Однако инертность компаний занятых на поприще звуковых систем дала знать о себе, и потому только во второй половине 90х годов нашлась компания, решившая сделать коммерческие вложения в дальнейшее развитие этой, безусловно, перспективной технологии. Этой фирмой явилась Verity, занимающаяся проектированием и продажей высококлассной акустической аппаратуры, которая в последствии была переименована в NXT.

Специалисты из NXT, совместно с группой Херона за короткое время прошли длинный путь, ведь до прихода команды NXT новые динамики могли воспроизводить лишь речевой диапазон. Таким образом, NXT приблизила время коммерческого использования технологии плоских динамиков. Немногим позже, фирма продает все производственные мощности, чтобы всецело сосредоточиться на новых разработках.
Итак, на сегодня у компании NXT есть две технологии, основанные на принципе плоских динамиков - собственно плоские динамики SurfaceSound и технология прозрачных динамиков - SoundVu. Первая лицензирована многими фирмами, среди которых и такие гиганты индустрии, как, Sony, Panasonic, Toshiba. Compaq, IBM, JVC и т.д. не говоря уже о сотне другой которые покупают готовые ОЕМ панели для создания не дорогих звуковых систем.

Громкость и глубина нижнего диапазона звучания возрастают с увеличением размеров дисплея. Стереоэффект достигается благодаря добавлению еще одного излучателя. Это позволит в дальнейшем отказаться от встроенных в монитор колонок, что уменьшит габариты дисплея, а также освободит место на столе за счет отказа от аудиосистемы. Но наибольшую выгоду данная технология принесет владельцам ноутбуков, которые до последнего времени не могли похвастаться качеством воспроизведения звука. Компания отмечает, что пока еще трудно сказать, насколько увеличится стоимость ПК, оборудованных системой SoundVu, так как окончательная доработка технологии потребует еще некоторого времени, а появления реальных продуктов на ее основе следует ожидать примерно года через полтора. Теперь поговорим собственно про технологию плоских (SurfaceSound) и прозрачных (SoundVu) динамиков.

SurfaceSound

В чем же принцип работы плоского динамика? На поверхности плоского излучателя формируется довольно сложная колебательная картина (рис.1), создающая звучание, а в традиционных динамиках частоты звука заданного спектра генерируются колебаниями одной и той же мембраны.

Возникает абсолютно логичный вопрос: а зачем такие сложности нужны вообще? Ведь новая технология, для успешного использования в создании оборудования должна четко выделять преимущества перед предшественницей по нескольким вопросам. Довольно привлекательный дизайн при всем желании, не сможет окупить затраты, если этот параметр единственный. Разумеется, первостепенная и главная задача, преследуемая разработчиками в создании новой технологии для динамиков, будет качество звука. Пьезоэлектрические, электромагнитные, электростатические и прочие традиционные акустические системы по качеству звучания не уступают плоским динамикам. Комплект акустического оборудования на базе SurfaceSound, производители дополняют сабвуферами из-за того, что плоские динамики воспроизводят лишь верхний диапазон частот.

Рис.2. Звуковое поле стандартного динамика

Обратим внимание на двустороннюю диаграмму направленности (рис.2) плоских динамиков. В традиционных акустическом оборудовании она имеет иной вид, а именно в отличии от данной, достаточно узкая и далеко не сферическая, что приводит к ограничению области восприятия стереоэффекта. Так что в этом вопросе плоские динамики очевидно выигрывают. А также отражение звуковых волн от стен помещения достаточно неплохое. Итак, привлекательный дизайн, объемное звучание конечно, нельзя поставить против некачественного звука, но поживем - увидим.

SoundVu

SoundVu - это технология, которая, как предполагается, позволит преобразовать стекло компьютерных мониторов и пластик ЖК-дисплеев мобильных и настольных компьютеров в громкоговоритель. По сути, SoundVU является развитием SurfaceSound, с той лишь разницей, что первая позволит заставить звучать гибкие, прозрачные, почти бесцветные пластины. SoundVu решает задачу преобразования прозрачной поверхности (такой, как компьютерный монитор) в громкоговоритель. На практике это очень удобно, ведь для большинства владельцев мобильных телефонов, отверстие под динамик и наиболее загрязненное место телефона давно стали синонимами. Использование новой технологии решит "гигиенические" проблемы использования мобилок. Кроме того, использование SoundVU позволит уменьшить корпуса сотовых аппаратов еще больше, а значит, увеличит привлекательность последних. SoundVu, по словам Джона Визора, директора NXT, превращает компьютерный или телевизионный экран в громкоговоритель с полным динамическим и частотным диапазоном. Чем больше размер экрана, тем громче звук и "глубже" басы. Чтобы создать стереозвук, достаточно встроить в экран два преобразователя.

Плоские "сенсорные" динамики для мобильных телефонов производства Matsushita Electronic

Matsushita Electric представила новые узкие динамики - Sound Slim, где используется магнитный поток, созданный в горизонтальном направлении двумя отталкивающимися магнитами. Кроме того, компания на этом не остановилась и теперь представила новые плоды своих исследователей с применением так называемой технологии Sound Window: это Acoustic Panel - плоский динамик-накладка, и Acoustic Touch Panel (A-TTP) - динамик, интегрированный в сенсорную панель.

Суть технологии заключается в том, что для изготовлении динамиков по технологии Aero Drive используется тонкая пленка, не требующая для создания вибраций звукового диапазона твердой основы. Более того, как утверждают в Matsushita, внешнее давление на некоторую часть такой панели приведет лишь к потере уровня громкости, поскольку остальные области эластичной пленки продолжат вибрировать.
Всем известно, что отверстия в нынешних сотовых телефонах и PDA, через которые "проистекает" звук, являются местами максимального скопления грязи и влаги. Идея совместить динамики с защитными панелями LCD экранов - достаточно перспективна, поскольку поможет избавиться от излишних отверстий в карманном ПК/мобильнике полностью. Matsushita Electric намерена начать поставки образцов таких динамиков в августе, массовое производство акустических панелей стартует в марте 2003.

Обзор колонок на основе технологии ”плоского” звука

Jazz Hipster Monaco

Изящные плоские колонки, глубина которых составляет всего 13мм, а мембрана представляет собой пластинку толщиной 3мм. Эта акустическая система Monaco, которая состоит из трех компонентов: сабвуфера и саталлитов, имеет мощность обеих систем - 500W. Частотный диапазон у модели Jazz Hipster Monaco составляет - и 80 Hz - 20 kHz. При прослушивании этой модели можно выделить достаточно чистые высокие частоты и неплохие, хотя и неидеальные средние. А в общем качество звука достойное, позволяет использовать данную модель как для прослушивания музыки так и для компьютерных игр, из-за наличия в комплекте, как уже упоминалось выше сабвуфера. Низкочастотный блок выдает 80 Hz, конечно такой параметр не удовлетворит строгого ценителя музыки, но как для компьютерных колонок показатель весьма неплохой. Органичность линий плюс хорошие технические показатели позволяют с уверенностью заявить, что данные колонки, выполненные на базе технологии SurfaceSound, если не вытеснят традиционные, то потеснят это точно.

Jazz Hipster Malibu

Эти колонки, разработанные Jazz Hipster Corporation, попроще предыдущих, хотя бы тем, что в их комплект не входит сабвуфер, то есть, если возникнет желание послушать рок-композицию или пострелять в какой-нибудь компьютерной игрушке, то придется "раскошелиться" на отдельный сабвуфер, гнездо для которого имеется в данной модели. Колонки называются Malibu. Заявленная мощность - 320W, а частотный диапазон - 200 Hz - 20 kHz. Разумеется не стоит верить ни единой из этих цифр измеренных в непонятных попугаях, а просто оценить качество звучания. При прослушивании впечатление складывается неоднозначное, разумеется с одной стороны звук достаточно чист, но басы данной акустической системы очень плохие. Все таки 200 Hz не могут обеспечить при всем желании достойные низкие частоты. А теперь о главном - о цене! Ориентировачно колонки достаточно доступны для пользователей - всего 30$, предыдущая модель Monaco с наличием сабвуфера и значительно лучшим диапазоном частот, а соответственно качественным звучанием - 35$.

Genius SW-2.1 Slim

Название этих сверхтонких колонок А-626 сделанные на базе технологии NXT SurfaceSound Technology от компении NXT New Transducers Limited. В данной модели источником звука служит плоская твердая поверхность. Тестируя эту акустическую систему, имеющую в линейке Genius обозначение SW-2.1 Slim, можно заключить следующее, что на низких частотах данная модель несовершенна, но надо отметить, из-за наличия сабвуфера, звучание достаточно неплохое по сравнению скажем с колонками Malibu производства Jazz Hipster Corporation. Дизайн и эргономичность А-626 выполнены стандартно, то есть без особых отличий от имеющихся прототипов на базе технологии SurfaceSound. Особо огорчает стандартная расцветка - надоевшая до чертиков пластмасса молочного цвета. Мощность сателлитов по 2 Вт, а сабвуфера - 6 Вт. На высоких и средних частотах акустические характеристики А-626 достаточно неплохие - звук насыщенный и качественный. Эти колонки очень похожи на ранее рассмотренные модели Monaco по многим параметрам, таких как: габариты, эргономика, частотный диапазон и собственно цена - 30$.

Benwin DML 2000A

Рассмотрим акустическую систему на базе SurfaceSound-технологии Benwin DML 2000A. Представленный комплект плоских колонок состоит из двух собственно плоских колонок и сабвуфера. Внешний вид этой модели довольно стильный и хорошо "впишется" не только в интерьер офиса или кабинета, но и прекрасно поместится, имеется ввиду сами колонки без сабфуфера, если не в непосредственно встык к ноутбуку, так уж точно в портфель для него. Стоит отметить, что продукция Benwin уже представляла на суд пользователей подобную акустическую систему BW2000A, которой и заявила миру, а конкретней конкурентам в этой области, что данная технология звука интересует не только ограниченное количество производителей. Итак, теперь о качестве модели. При прослушивании на различных частотах музыки можно сделать вывод, что, как необидно, но воспроизведение неидеально. То есть на низких частотах качество звука в принципе сравнимо со стандартными аналогами по цене, но средние и высокие "не без греха". При прослушивании рок композиций наблюдаются помехи, в виде дребезжания, а при использовании этих колонок для компьютерных игрушек звук хотя и довольно чистый, но ненасыщенный. Но нет худа без добра. Вот стереоэффект у этих колонок пожалуй на порядок выше чем скажем у стандартных моделях, то есть звучание объемное и отражение звуковых волн прекрасное.

TEAC PowerPanel-300

Можно ли назвать динамики акустической системы TEAC PowerPanel-300 сверхтонкими? Конечно да. С такими колонками, как говорится, хоть куда, хочешь дома любуйся, а если надо вместе с ноутбуком, что особенно приятно, в путь. И места мало занимают и звук достойный. Твердая поверхность динамиков, вибрация на которых осуществляется посредством преобразователя внушает не только спокойствие при транспортировке или другом случайном физическом воздействии, но и обеспечивает неплохое качество звука на всем диапазоне частот. Тестирование показало, что ввиду разумеется, наличия сабвуфера, выполненного добротно с точки зрения дизайна, акустические характеристики звука особенно выделяются чистотой и реализмом на низких частотах, хотя, как было сказано выше средние и высокие частоты в норме. Оговорюсь, что подобное заключение сделано большей частью на сравнении с другими колонками на базе плоской технологии, ибо стандартные аналоги хоть и не так "экстравагантны", но к качеству воспроизводимых звуков претензий нет, ну или почти нет. Вернемся к рассматриваемой модели. Сателлиты имеют глубину приблизительно 13 мм, что хорошо сказалось на стереоэффекте данной акустической системе, а рабочая (звучащая) поверхность имеет размеры 140 мм на 124 мм. Надо отметить и недостатки такие как небольшие габариты сабвуфера, которые ведут к ухудшению качества звучания классической музыки и несколько ухудшаются басы. В целом данная модель на мой взгляд может составить достаточно хорошую конкуренцию имеющимся аналогам.

XS-iV S80

Еще одна модель на базе Surface Sound-технологии. Внешний вид, эргономика оставляют самые положительные впечатления, но есть и замечания, которые следует выделить. Во-первых, применение вытянутого, бесспорно привлекательного дизайна, повлекло за собой некоторые сложности, скажем в области компактности акустической системы с ноутбуком. Во-вторых, обязательно надо осторожно располагать данную модель, например на рабочем столе, чтобы избежать падения из-за не большой площади основания динамиков, но все же, признаться выглядят они изящно. Комплект поставки стандартный, то есть два динамика по 7,5 Вт плюс саубвуфер - 24 Вт. Качество воспроизводимого звука на низких, средних и высоких частотах можно определить как стандартное для данного типа оборудования, то есть неплохое, но могло бы быть и лучше. А вот стереоэффект действительно бесподобен. С ростом частоты практически не замечается сужение звукового поля, что характерно для динамической головки с традиционной поршневой схемой работы. Если вы действительно знаете толк в акустике, то данная "плоская" модель колонок XS-iV S80 от производителя TDK Recording Media Europe, как раз то что нужно, а если необходимо и отменное качество звука, то тут стоит подумать.

Заключение

На сегодняшний день перспективы роста развития рынка связанного с воспроизведением звука очень высоки, о чем, собственно, говорит большое обилие подобного товара. Действительно, такие достижения, как уменьшение габаритов, значительное улучшение эргономики, более реальная акустика модели и т.д. приведет к новым технологическим решениям, которые будут повышать в купе с выше перечисленными достоинствами и такой важный показатель как качество звука. Плоские и прозрачные колонки, думается, и есть те первые шаги к красивому и достойному по звучанию оборудованию. Чтож, - поживем "послушаем"!

Разработка головок громкоговорителей с плоскими сотовыми диафрагмами началась в 80-х годах, однако выпускать АС с их использованием стали сравнительно недавно. В прошлом году наш журнал неоднократно знакомил радиолюбителей с акустическими системами различного класса на базе сотовых головок, производством которых занимается Санкт-Петербургская фирма «Звук». Эта информация заинтересовала многих читателей, которые просили подробнее рассказать о достоинствах таких головок, привести параметры. Идя навстречу их пожеланиям, публикуем статью бывших работников ВНИИРПА им. А. С. Попова, занимавшихся разработкой головок с сотовыми диафрагмами.

Известно, что на качество звучания АС оказывают влияние многие факторы, но, в первую очередь, оно зависит от применяемых в них головок громкоговорителей. Учитывая эти обстоятельства, специалисты по электроакустике самое пристальное внимание обращают не только на совершенствование конструкций подвижных систем головок, но и на материалы излучающих элементов.

В результате в последние годы наряду с традиционными конусными диффузорами широкое распространение получили головки с плоскими диафрагмами.

Основными требованиями к физико-механическим параметрам материалов излучающих элементов являются, как известно, большая жесткость на изгиб, малая плотность и большие внутренние потери. Чем выше первый из названных параметров, тем шире частотный диапазон головки и меньше вносимые ею в сигнал амплитудно-частотные искажения.

Плотность материала излучающего элемента в большой степени определяет чувствительность головки и, наконец, внутренние потери способствуют демпфированию колебаний на резонансных частотах.

В течение десятков лет для изготовления конусных диффузоров динамических головок использовалась в основном бумажная масса. С развитием Hi-Fi техники ведущие фирмы-производители высококачественных АС с целью увели чения модуля упругости и потерь диффузоров головок стали применять для их изготовления всевозможные композитные материалы на основе целлюлозы (например, целлюлозу с угольными или металлическими волокнами).

Однако существенно повысить жесткость таких материалов не удалось из-за малых внутренних упругих сил, связывающих компоненты.

По этой причине для изготовления излучателей НЧ, СЧ, ВЧ головок высококачественных АС начали применять полимерные материалы, такие как майларовая, полиамидная, полипропиленовая, поливинилхлоридная, олефиновая пленки, тергаль, супронил, керамический олефин, полимерный графит и т. д. Не менее широко используются для этих целей композитные (бекстрен, кобекс, каптон), а также слоистые материалы майлар и полиэстер с напылением алюминия, двухслойный полипропилен).

Развитие технологии химического вакуумного напыления позволило получить и ряд слоистых металлов (титан-карбид бора, алюминий-магний, алюминий-сапфир и др.). Для куполообразных диафрагм СЧ и ВЧ головок применяют и просто металлы: алюминий, титан, бериллиевые сплавы, пористый никель.

Табл. 1. Основные технические характеристики головок с плоскими диафрагмами

Основные технические характеристики	300ГДН-1	200ГДН	100ГДН	25ГДН	75ГДС	50ГДС	10ГДВ-5	25ГДШ-2М
Уровень характеристической чувствительности, дБ/Вт/м	90	88	87	87	92	89	91	87
Номинальный диапазон частот, Гц	20..3150	31,5..4000	63..5000	70..6300	200..6300	250..6300	2000..31500	80..16000
Номинальное электрическое сопротивление, Ом	4/8	8	8	4	4/8	8	8	4/8
Максимальная шумовая (долговременная) мощность, Вт	200 (300)	100 (200)	75 (100)	25 (50)	50 (75)	25 (50)	20	25 (50)
Габариты, мм	315*130	250*120	200*90	125*65	160*85	125*65	11011035	125*65

Однако производство многих из перечисленных выше материалов требует весьма сложных и дорогостоящих технологических процессов. Кроме того, они не универсальны, т. е. не могут быть иcпользованы для изготовления излучаю щих элементов всех звеньев АС (НЧ, СЧ и ВЧ головок).

По этой причине головки с излучающими элементами из перечисленных выше материалов так и не смогли заменить головки с бумажными конусными диффузорами и до последнего времени остаются всего лишь отдельными удачными достижениями ведущих зарубежных фирм.

Анализом свойств материалов излучающих элементов и направлений конструирования головок громкоговорителей для АС класса Hi-Fi постоянно занимались и специалисты ВНИИРПА им. А. С. Попова . Результаты фундаментальных исследований, проведенных ими в 1980—1990 гг. , показали, что весьма интересным и перспективным направлением конструирования динамических головок громкоговорителей является использование в качестве излучающего элемента плоских сотовых диафрагм.

Одним из основных преимуществ этого направления является пригодность таких диафрагм для конструирования НЧ, СЧ, ВЧ и даже широкополосных головок громкоговорителей, а также возможность создания на них акустических систем всех назначений, от автомобильных до АС класса Hi-Fi и High End.

Известно, что плоская сотовая диафрагма имеет трехслойную конструкцию: основу в виде пчелиных сотов из алюминиевой фольги, покрытую с двух сторон обшивками из листовых материалов.

Трехслойные материалы на основе сотового заполнителя уже много лет используются в авиационной промышленности. Однако специфика работы головок громкоговорителей потребовала создания новых технологических процессов и специального оборудования для производства сотовых диафрагм .

Многолетний опыт конструирования головок с плоскими сотовыми диафрагмами позволил выявить ряд их преимуществ перед традиционными головками с бумажными диффузорами.

Прежде всего, головки с сотовыми диафрагмами воспроизводят более широкий диапазон частот при минимальных амплитудно-частотных искажениях звукового сигнала, что позволяет создавать на их базе АС с неравномерностью АЧХ в рабочем диапазоне +1,5 дБ. Использование сотовых диафрагм дает возможность существенно снизить и нелинейные искажения.

На их базе можно создать более мощные головки громкоговорителей, поскольку тепло от звуковых катушек рассеивается в них через диафрагму в окружающее пространство, в то время как в головках с бумажными диффузорами через детали магнитопровода оно поступает внутрь АС.

Плоская поверхность сотовых излучателей не требует принятия специальных мер для выравнивания центров излучения, что существенно упрощает конструкции АС.

Электроакустические параметры сотовых головок менее подвержены влиянию температуры и влажности воздуха, более стабильны при серийном производстве.

В настоящее время фирмой "Звук" разработана линейка сотовых динамических головок громкоговорителей. Их основные технические характеристики приведены в таблице. Внешний вид одной из головок (100ГДН) показан на рисунке. На базе представленных в таблице головок выпускается ряд АС ("Лира", "Нева", "Русь"), с которыми читатели уже знакомы.

Литература:

Демидов О. Ф., Романова Т. П. Анализ современных материалов и направлений конструирования зарубежных головок громкоговорителей с куполообразными диафрагмами, «Техника средств связи», сер. ТРПА, 1979, вып. 3.
Белогородский Б. А., Коренькова Т. П. Вынужденные колебания куполообразных диафрагм громкоговорителей, «Техника средств связи», сер. ТРПА, 1976, вып. 1.
Романова Т. П., Полякова И. Б. Расчет куполообразных диафрагм новых головок громкоговорителей для воспроизведения средних и высоких частот, «Техника средств связи», сер. ТРПА, 1980, вып. 1.
Демидов О. Ф., Романова Т. П. Разработка новых головок громкоговорителей с куполообразными диафрагмами для воспроизведения средних и высоких частот, «Техника средств связи», сер. ТРПА, 1980, вып. 1.
«Опыт, результаты, проблемы». Сборник статей, Изд. «Валгус», Таллинн, 1985, с. 95-163.
Кореньков А. Н., Романова Т. П. Расчет конструкции плоских сотовых диафрагм с ребрами жесткости. Труды Всесоюзной научно-технической конференции, «Перспективы развития техники радиовещания, звукоусиления и акустики». Ленинград, 1988.
Кореньков А. Н. Колебания круглых и квадратных сотовых диафрагм с ребрами жесткости, «Техника средств связи», 1990, вып. 2.
Кореньков А. Н., Товстик П. Е. Вынужденные колебания и излучение звука плоской сотовой диафрагмой громкоговорителя, «Техническая акустика», том II, вып. 3, 1993.
Романова Т. П., Тарасов Ю. В. и др. Производство сотовых диафрагм для динамических головок громкоговорителей, «Техника средств связи», сер. ТРПА, 1990, вып. 2, с. 37-55.

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.

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.

2. Электродинамические (современные) динамики

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-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.

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.

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.

4. 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.

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
используются 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.