Низкочастотный громкоговоритель с плоским диффузором и его применение
История
Живя в мире звуков, человек настолько привык к их восприятию, что достаточно четко определяет любые искажения. Учитывая, что при передаче любых звуков процесс должен закончиться элементом, издающим полученный сигнал, к его конструкции требуется особое внимание.
В качестве такого финального аккорда выступает громкоговоритель, являющийся тем изобретением человеческого интеллекта, без которого сегодня трудно представить современную жизнь. Первые теоретические наработки в этом направлении начались в конце ХIХ основателем Сименс — всемирно известной компании.
Эрнст Вернер фон Сименс, инженер из Германии рассчитал оригинальное магнитоэлектрическое устройство в виде обмотанной проволокой круглой катушки.
Изделие помещалось в радиальном магнитном поле, таким образом, обеспечивалось вертикальное смещение. Такая необычная на то время конструкция использовалась для получения звукового сигнала. Однако пока это оставалось теоретическими разработками.
Уже через несколько лет Сименс описал основные принципы функционирования электродинамического громкоговорителя, который уже в виде готовых изделий применялся в промышленности. Потребовался еще не один десяток лет, пока после череды изобретений и защищенных патентов громкоговоритель не обзавелась уже более привычными современному пользователю конструктивными элементами: диафрагмы (конической), центрирующей шайбы и т.д.
Всю мощь изобретения человечество оценило спустя десятилетия и в настоящий момент пришло к тому, что современные громкоговорители являются наиболее массовым видом звуковой аппаратуры, количественное производство которой достигает 0.5 млрд. штук в год самых разных модификация и предназначения. Практически все что человек слышит, не считая естественных природных звуков, доноситься до нас из громкоговорителей.
Схема, принцип функционирования НЧ динамик с плоским диффузором
В конструкцию классического НЧ громкоговорителя входит диффузор, подвеска диффузора, магнитная система, колебательная катушка, подвес.
Принцип функционирования акустического преобразователя состоит в превращении электрического сигнала в звуковые волны. Такое преобразование осуществляется благодаря перемещению колебательной катушки с обмоткой в магнитном поле. Чаще применяется магнитное поле постоянного тока, реже — электромагнит. Возникшее механическое колебание превращается с помощью диффузора в колебание окружающего воздуха (звуковые волны), которые и воспринимаются человеческим ухом. Амплитуда колебаний зависит от частоты подаваемого тока.
Отельное внимание стоит уделить важной составляющей конструкции НЧ динамика: это диффузор, как главный излучатель.
Плоский диффузор: плюсы и минусы
В низкочастотном динамике диффузор должен обеспечивать линейную амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) в среднем диапазоне частот (до 1 кГц).
Различают четыре основных вида материалов, из которых изготавливается плоский диффузор:
- металлические, жесткие. Такой материал гарантирует минимальные искажения за счет прочности всей конструкции, но при этом наблюдается повышенная добротность (мера затухания колебаний головки), то есть ярко выраженное пиковое значение резонанса.
- полужесткие «слоёные» конструкции. Применяется кевлар либо стеклоткань в комбинации со связующей смолой. В результате получается что-то среднее между жестким и мягким диффузором. При больших искажениях демонстрируют более низкий выброс резонанса (на низких частотах);
- мягкие. Такие диффузоры изготавливаются из полипропилена либо полиметилпентена. Последний выделяется достаточно высокой температурой плавления и высокой теплостойкостью. У материала низкая плотность и оптическая прозрачность. Среди достоинств НЧ громкоговорителей их таких материалов следует отметить ровную АЧХ, мягкое и приятное звучание во всем среднем диапазоне. К держателю такой диффузор крепится без подвеса;
- бумажные. Отдельный вид диффузоров. Для улучшения звучания в материал волокна (натуральные/ментетические0 добавляется натуральные/синтетические), а сам диффузор покрывается лаков. Учитывая, что диффузор, подвес и колпачок можно сделать из одного материал, то себестоимость такого изделия очень низкая, как и простота производства.
Без этого элемента невозможно организовать функционирование громкоговорителя. В состав головки, как правило, входят излучающая диафрагма, звуковая катушка, магнитная система. Именно в головке происходит преобразование электрических сигналов звуковой волны в акустические колебания, которые и воспринимаются человеком.
По принципу превращения электрического сигнала в акустические колебания различают несколько типов головок громкоговорителей. Подавляющую часть рынка громкоговорителей (порядка 90%) занимают НЧ динамики с электродинамическими диффузорными головками. Остальная часть приходится на иные виды, в том числе электростатические и пьезокерамические.
Помимо принципа преобразования в головках выделяют и два вида излучения. Это рупорное и прямое излучение. Рупорная конструкция головки содержи предрупорную камеру и рупор, через который и излучается звук. В случае же прямого варианта звук излучается непосредственно в окружающую среду.
Применение НЧ громкоговорителей
Классический вариант НЧ динамика может применяться в технике, не требующей высокого качества звука. Учитывая, что человеческий слуховой аппарат воспринимает любые типы звуков, будь то обычный шум, тональные и нотные сигналы, а также целый ряд иных звуков, то НЧ громкоговорители, будучи акустическими преобразователями нашли широчайшее применение.
Это и системы звукового сопровождения в кинотеатрах, динамики в телевизорах, в радиоустройствах (в том числе и портативных) и, конечно же, в сабфуверах. Так как все обозначенные устройства имеют совершенно разные размеры, то и размеры НЧ громкоговорителей сильно разняться, как и качество издаваемого звука.
Выводы
Звуковой диапазон, являющийся рабочим для низкочастотных громкоговорителей, обуславливает широчайшую сферу их применения.
Учитывая габариты изделий, а также желая получить максимально качественный звук, конструкция постоянно совершенствуется. Добавляются усилители (тогда система становится активной), применяются несколько громкоговорителей.
Разрабатываются все новые материалы, способные обеспечить необходимое функционирование основных составляющих НЧ громкоговорителей: диффузор, магнитная головка. Постепенно усложняются и корпуса НЧ динамиков, которые могут гарантировать лучшее звучание при ограниченных габаритах.
Источник: Патент RU 2 523 094 C2 «НИЗКОЧАСТОТНЫЙ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЬ С ПЛОСКИМ ДИФФУЗОРОМ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ» от 2009.10.21
- динамическая головка
- динамический громкоговоритель
- диффузор громкоговорителя
- диффузор динамика
- история динамика
- конструкция динамика
