Разнообразие современных громкоговорителей
Известный всем динамический излучатель был изобретен в 1920 году. Механизм его работы заключается в преобразовании электрического тока в механическое движение мембраны устройства. Это, конечно, не единственный вариант организации приспособления для получения звуковых волн. Существует множество видов динамиков. Чем же они отличаются друг от друга?
Рупорные динамики
До того, как появились электромагнитные динамики, для воспроизведения звука использовались приспособления в форме рупора – это было в 1880–1920 годах. Такие динамики можно было встретить в устройствах разных изобретателей, в том числе Томаса Эдисона. Наиболее известное устройство, в котором применялся такой динамик – это старинный граммофон с ручным приводом.
Главный недостаток таких громкоговорителей заключался в том, что звук в них практически не усиливался – только за счет формы рупора. Этого, конечно, было недостаточно, поэтому с приходом электрических динамиков рупорные модели практически исчезли, оставшись только в музеях и частных коллекциях.
Динамические излучатели
Принцип работы динамического громкоговорителя весьма прост. Внутри устройства создается магнитное поле при помощи постоянного магнита – как правило, сделанного из неодима. Под действием электрического тока и разности полюсов в этом поле начинает движение медная катушка. Двигаясь, она бьется об диффузор – тонкую мембрану из картона, ткани или пластика. Мембрана вибрирует, заставляет двигаться воздух – это и воспринимается человеком как звук.
Как и рупорные громкоговорители, динамики сами по себе весьма плохо усиливают звук, поэтому для получения качественного и мощного звука они усиливаются специальными преобразователями электрического сигнала – мощностными усилителями звука. Особенность электродинамических излучателей в том, что они могут иметь разную конструкцию – разный размер, материалы исполнения и форму диффузора. Детали конструкции зависят от назначения излучателя – каждый участок звукового спектра требует особых условий для качественного воспроизведения.
Человек может слышать звуки с частотой от 20 Гц до 20 кГц. Максимальная чувствительность барабанной перепонки достигается при частоте звука в пределах 2 – 4 кГц, да и основная часть звуков находится именно в этой области – как следствие, динамики, воспроизводящие такую частоту звука, называются среднечастотными и являются основными в любой акустической системе.
Какие же динамики используются для других областей звукового спектра? Частоты, выходящие за рамки средних, воспроизводятся следующими устройствами:
Пищалки, или твиттеры (от англ. to twit – чирикать) – это высокочастотные излучатели, воспроизводящие звук с частотой от 4 до 20 кГц. Как правило, по отдельности они не встречаются – найти их можно только в качественных многополосных колонках. Это связано с тем, что какого-то особого влияния на звуковую картину они не оказывают и нужны только для финишной полировки звучания.
Низкочастотные динамики – вуферы – воспроизводят звук от 120 до 1000 Гц.
Сверхнизкочастотные излучатели – сабвуферы – работают со звуками от 20 до 120 Гц.
Сабвуферы – особые устройства, к которым у многих пользователей сформировано весьма неоднозначное отношение. С одной стороны, для получения полноценного звука они не нужны – басами в достаточно широких пределах могут заниматься и обычные СЧ-динамики и широкополосные излучатели. Однако для некоторых глубокий натуральный бас имеет сакральное значение, и без него звук кажется пустым и пресным, так что настоящие аудиофилы заставляют свою технику работать на таких низких частотах, которые человек даже не может услышать – вплоть до 5 Гц. Сабвуферы имеют некоторые особенности – звук из них плохо локализуется человеческим ухом, поэтому такие колонки можно располагать в любой точке помещения. Кроме того, низкочастотные волны очень плохо блокируются – они легко проникают сквозь стены дома и заставляют вибрировать стекла и перекрытия.
Качество и способность воспроизводить нужные звуки зависят от размера динамика – чем он шире, тем более низкие звуки могут излучаться. Кроме того, для сабвуферов важна толщина диффузора. Твиттеры же наоборот тонкие, а диффузор их имеет не воронкообразную, а купольную форму.
NXT-панели
NXT-громкоговорители представляют собой тонкие плоские панели, воспроизводящие звук по схожему с динамическими излучателями принципу – магнитная катушка бьет в токую мембрану в одной точке. Главное преимущество перед традиционными громкоговорителями – компактность. Изначально эта технология применялась в военной промышленности, но сегодня подобные устройства выходят и на бытовой рынок.
Основные особенности NXT-панелей таковы:
звук без искажений излучается во всех направлениях;
слабая зависимость звукового давления от расположения динамика относительно слушателя – то есть, при удалении от поверхности излучателя звук не будет слышаться как искаженный.
Главное отличие таких панелей от обычных динамиков – они плоские, а диффузор их возбуждается по всей площади из одной точки. Качество звука может при этом разниться в зависимости от материала изготовления составных элементов панели, а также от места установки катушки.
Особенность вибрации мембраны в случае NXT-панелей – ее непредсказуемость. Две точки мембраны, находящиеся рядом с друг другом, вибрируют случайным образом относительно друг друга. Интенсивность и распределение вибрационных процессов зависит от жесткости материала, из которого произведена панель.
По своим акустическим характеристикам панели отличаются от привычных динамических излучателей. Они не могут быть многополосными; воспроизводимый панелью звук в зависимости от ее площади может иметь диапазон в пределах 100 Гц – 18 кГц. Как и в случае с обычным НЧ-динамиком, увеличение площади мембраны ведет к снижению нижней границы воспроизводимого спектра. Увеличивать ее, к слову, можно до 100 квадратных метров, что позволяет совмещать акустику с экраном в кинотеатрах. Маленькие же панели, площадью до 25 квадратных сантиметров, могут использоваться с небольшой мобильной техникой, играя роль стандартных широкополосных колонок. У нас можно купить громкоговорители недорого.
Мембранные громкоговорители
Принцип действия таких излучателей заключается в воздействии магнитных полей на жесткую металлическую мембрану, в следствие чего та начинает вибрировать. Таким образом, электромагнитная катушка не бьется о диффузор, а заставляет его двигаться силой магнетизма. Для этого она делается не подвижной, а фиксируется на поверхности мембраны.
Как и NXT-панели, мембранные динамики имеют такое преимущество, как компактность – за счет отсутствия воронкообразного диффузора они имеют весьма малые размеры по толщине. Кроме того, они способны воспроизводить звук в широком диапазоне и имеют высокую мощность.
Плазменные излучатели
Эти несколько футуристичные устройства работают за счет действия плазменной дуги. Плазма – это особое состояние вещества, нагретый током газ. Электрическое поле, создаваемое при подаче электрического тока от источника звука, воздействует на молекулы ионизированного газа, заставляя его вибрировать. Затем плазма передает воздействие на мембрану, и получается звук – принцип работы схож с другими видами громкоговорителей, в которых вместо плазмы используется звук.
Данный концепт очень интересен, но весьма ненадежен, а также не отличается высоким качеством издаваемого звука. По этим причинам большого распространения такие устройства не получили.
Электростатические излучатели
В Hi-End акустических системах иногда используются электростатические громкоговорители вместо динамиков. Оправдано ли их применение или это, как и свойственно устройствам этого класса, бессмысленное увеличение стоимости системы?
Как следует из названия, в этих излучателях ничего не движется – кроме, конечно, вибрирующей мембраны. Вибрация в ней вызывается не воздействием катушки, а притяжением ее к металлической пластине, находящейся под напряжением. Конечно, чтобы вызывать такой эффект, на излучатель приходится подавать очень высокий ток – около 10 киловольт. И даже при таком напряжении мощность громкоговорителя оставляет желать лучшего – чтобы звук получился хоть сколько-нибудь качественным, особенно в басовых партиях, площадь излучателя приходится делать не менее квадратного метра. Но диапазон их куда больше, чем у динамиков – от нескольких герц до нескольких килогерц.
Таким образом, существует множество видов громкоговорителей, и большая их часть так или иначе является динамическими излучателями. Все они имеют свои плюсы и минусы, но традиционная конструкция динамиков до сих пор является наиболее распространенной.
