Для початку розставимо всі крапки над "i" і розберемося у термінології.

Електродинамічний гучномовець, динамічний гучномовець, динамік, динамічна головка прямого випромінювання – це різноманітні назви однієї й тієї ж приладу службовця перетворення електричних коливань звуковий частоти в коливання повітря, які сприймаються нами як звук.

Звукові динаміки чи інакше динамічні головки прямого випромінювання ви неодноразово бачили. Вони активно застосовуються у побутовій електроніці. Саме гучномовець перетворює електричний сигнал на виході підсилювача звукової частоти чутний звук.

Варто зазначити, що ККД (коефіцієнт корисної дії) звукового динаміка дуже низький і становить близько 2 – 3%. Це, звичайно, величезний мінус, але досі нічого кращого не вигадали. Хоча варто відзначити, що крім електродинамічного гучномовця існують і інші прилади для перетворення електричних коливань звукової частоти на акустичні коливання. Це, наприклад, гучномовці електростатичного, п'єзоелектричного, електромагнітного типу, але широкого поширення та застосування в електроніці отримали гучномовці електродинамічного типу.

Як влаштований динамік?

Щоб зрозуміти, як працює електродинамічний гучномовець, звернемося до малюнка.

Динамік складається із магнітної системи – вона розташована з тильного боку. До її складу входить кільцевий магніт. Він виготовляється зі спеціальних магнітних сплавів або магнітної кераміки. Магнітна кераміка – це особливим чином спресовані та «спечені» порошки, у складі яких присутні феромагнітні речовини – ферити. Також до магнітної системи входять сталеві фланціта сталевий циліндр, який називають керном. Фланці, керн та кільцевий магніт формують магнітний ланцюг.

Між керном та сталевим фланцем є зазор, у якому утворюється магнітне поле. У зазор, який дуже малий, міститься котушка. Котушка є жорстким циліндровим каркасом, на який намотаний тонкий мідний дріт. Цю котушку ще називають звуковою котушкою. Каркас звукової котушки з'єднується з дифузором– він і «штовхає» повітря, створюючи стискування і розрядження навколишнього повітря – акустичні хвилі.

Дифузор може виконуватися з різних матеріалів, але найчастіше його роблять із спресованої або відлитої паперової маси. Технології не стоять на місці і в ходу можна зустріти дифузори із пластмаси, паперу з металізованим покриттям та інших матеріалів.

Щоб звукова котушка не торкалася стінок керна і фланець постійного магніту її встановлюють точно в середині магнітного зазору за допомогою центруючої шайби. Центрувальна шайба гофрована. Саме тому звукова котушка може вільно рухатися в зазорі і при цьому не торкатися стінок керна.

Дифузор укріплений на металевому корпусі кошику. Краї дифузора гофровані, що дозволяє йому вільно вагатися. Гофровані краї дифузора формують так званий верхній підвіс, а нижній підвіс- Це центруюча шайба.

Тонкі дроти від звукової котушки виводяться на зовнішню сторону дифузора та кріпляться заклепками. А з внутрішньої сторони дифузора до заклепок кріпиться багатожильний мідний дріт. Далі ці багатожильні провідники припаюються до пелюсток, які закріплені на ізольованій від металевого корпусу пластинці. За рахунок контактних пелюсток, до яких припаяно багатожильні висновки звукової котушки, динамік підключається до схеми.

Як працює динамік?

Якщо пропустити через звукову котушку динаміка змінний електричний струм, то магнітне поле котушки буде взаємодіяти з постійним магнітним полеммагнітна система динаміка. Це змусить звукову котушку або втягуватися всередину проміжку при одному напрямку струму в котушці, або виштовхуватися з нього при іншому. Механічні коливання звукової котушки передаються дифузору, який починає коливатися в такт із частотою змінного струму, створюючи у своїй акустичні хвилі.

Позначення динаміка на схемі.

Умовне графічне позначення динаміка має такий вигляд.

Поряд із позначенням пишуться літери B або BA , а далі порядковий номер динаміка в принципової схеми(1, 2, 3 тощо). Умовне зображення динаміка на схемі дуже точно передає реальну конструкцію електродинамічного гучномовця.

Основні настройки звукового динаміка.

Основні параметри звукового динаміка, на які слід звертати увагу:

Але крім активного опору звукова котушка має ще й реактивний опір. Реактивний опір утворюється тому, що звукова котушка, це, по суті, звичайна котушка індуктивностіта її індуктивність чинить опір змінному струму. Реактивний опір залежить від частоти змінного струму.

Активний та реактивний опір звукової котушки утворює повний опір звукової котушки. Воно позначається буквою Z(так званий, імпеданс). Виходить, що активний опір котушки не змінюється, а реактивний опір змінюється залежно від частоти струму. Щоб внести порядок реактивний опір звукової котушки, динаміка вимірюють на фіксованій частоті 1000 Гц і додають до цієї величини активний опір котушки.

У результаті виходить параметр, який називається номінальне (або повне) електричний опірзвуковий котушки. Більшість динамічних головок ця величина становить 2, 4, 6, 8 Ом. Також зустрічаються динаміки із повним опором 16 Ом. На корпусі імпортних динаміків зазвичай вказується ця величина, наприклад, ось так – 8Ωабо 8 Ohm.

Варто відзначити той факт, що повний опір котушки десь на 10 - 20% більше активного. Тому визначити його можна досить легко. Потрібно лише виміряти активний опір звукової котушки омметром та збільшити отриману величину на 10 – 20%. Найчастіше можна взагалі враховувати лише суто активний опір.

Номінальний електричний опір звукової котушки є одним з найважливіших властивостей, оскільки його потрібно враховувати при узгодженні підсилювача та навантаження (динаміка).

Діапазон частот – це смуга звукових частот, які здатні відтворити динамік. Вимірюється у герцах (Гц). Нагадаємо, що людське вухо сприймає частоти в діапазоні 20 Гц – 20 кГц. І, це тільки дуже гарне вухо:).

Ніякий динамік не здатний точно відтворити весь частотний діапазон. Якість звуковідтворення буде все одно відрізнятися від того, що потрібно.

Тому чутний діапазон звукових частот умовно розділили на 3 частини: низькочастотну ( НЧ), середньочастотну ( СЧ) та високочастотну ( ВЧ). Так, наприклад, НЧ-динаміки найкраще відтворюють низькі частоти - баси, а високочастотні - "писк" і "дзвін" - їх тому і називають пищалками. Також є і широкосмугові динаміки. Вони відтворюють практично весь звуковий діапазон, але якість відтворення вони середнє. Виграємо в одному - перекриваємо весь діапазон частот, програємо в іншому - як. Тому широкосмугові динаміки вбудовують у радіоприймачі, телевізори та інші пристрої, де часом не потрібно отримати високоякісний звук, а потрібна лише чітка передача голосу та мови.



Для якісного відтворення звуку НЧ, СЧ та ВЧ-динаміки поєднуються в єдиному корпусі, забезпечуються частотними фільтрами. Це акустичні системи. Оскільки кожен із динаміків відтворює лише свою частину звукового діапазону, то сумарна робота всіх динаміків значно збільшує якість звуку.

Як правило, низькочастотні динаміки розраховані на відтворення частот від 25 до 5000 Гц. НЧ-динаміки зазвичай мають дифузор великого діаметра та масивну магнітну систему.

Динаміки СЧ розраховані відтворення смуги частот від 200 Гц до 7000 Гц. Габарити їх трохи менше від НЧ-динаміків (залежить від потужності).

Високочастотні динаміки чудово відтворюють частоти від 2000 Гц до 20000 Гц і вище, аж до 25 кГц. Діаметр дифузора таких динаміків, як правило, невеликий, хоча магнітна система може бути досить габаритна.

Номінальна потужність (Вт) – це електрична потужність струму звукової частоти, яку можна підвести до динаміка без загрози його псування чи пошкодження. Вимірюється у ватах ( Вт) і мілліваттах ( мВт). Нагадаємо, що 1 Вт = 1000 мВт. Докладніше про скорочений запис числових величин можна прочитати.

Величина потужності, яку розрахований конкретний динамік, може бути зазначено з його корпусі. Наприклад, ось так – 1W(1 Вт).



Це означає, що такий динамік можна легко використовувати спільно з підсилювачем, Вихідна потужністьякого вбирається у 0,5 – 1 Вт. Звичайно, краще вибирати динамік із деяким запасом за потужністю. На фото також видно, що вказано номінальний електричний опір – 4Ω(4 Ом).

Якщо подати на динамік потужність більшу за ту, на яку він розрахований, то він працюватиме з перевантаженням, почне «хрипіти», спотворювати звук і незабаром вийде з ладу.

Згадаймо, що ККД динаміка становить близько 2 – 3%. І це означає, що й динаміку підвести електричну потужність 10 Вт, то звукові хвилі він перетворить лише 0,2 – 0,3 Вт. Досить небагато, правда? Але, людське вухо влаштоване дуже витончено, і здатне почути звук, якщо випромінювач відтворює акустичну потужність близько 1 – 3 мВт на відстані від нього кілька метрів. При цьому до випромінювача – у разі динаміку – необхідно підвести електричну потужність 50 – 100 мВт. Тому, не все так погано і для комфортного озвучування невеликої кімнати цілком достатньо підвести динаміку 1 – 3 Вт електричної потужності.

Це лише три основні параметри динаміка. Крім них є такі, як рівень чутливості, частота резонансу, амплітудно-частотна характеристика (АЧХ), добротність та інших.

Професійні динаміки ВЧпризначені для встановлення в багатосмугову інсталяційну та концертну акустику. Професійні високочастотні динамікиповинні мати підвищену звукову віддачу, що забезпечує колонкам, в які вони встановлюються, можливість повноцінного озвучування великих приміщень, а також високою надійністю. Професійна акустика традиційно використовується при підвищеній потужності, що підводиться, протягом тривалого часу. Такий режим роботи особливо небезпечний саме для ВЧ-динаміків, які через порівняно невеликі габарити магнітних систем схильні до перегріву і виходу з ладу. Крім того, підсилювачі, що працюють при вихідній потужності, близькій до максимальної, генерують велика кількістьспотворень, що також перебувають у високочастотній області.

ВЧ динаміки для професійної акустики, як правило, мають більші габарити, ніж , а підвищення звукової віддачі оснащуються . Магнітні зазори їх звукових котушок часто заповнюються рідиною, що охолоджує, а корпуси мають спеціальні елементи, що дозволяє ефективно розсіювати тепло. В іншому до вибору твітера для професійної акустики необхідно віднестися так само, як і до звичайних, виходячи з необхідного частотного діапазону відтворюваних частот, опору та чутливості. Зрозуміло, включати професійний ВЧ-динамік необхідно через розподільний розділовий фільтр, який також може містити і елементи для його захисту.

Під час створення в автомобілі якісної аудіосистеми необхідно подбати про відтворення всіх частот звукового діапазону. Це досягається застосуванням різних типівдинаміків: низькочастотних, середньочастотних та високочастотних. Тут поговоримо про високочастотну ланку аудіосистеми - динаміки, які часто називаються твітерами або "пищалками".

Призначення високочастотних головок («пищалок»)

Побудувати високоякісну автомобільну аудіосистему на основі двох динаміків неможливо — через конструктивні особливості одна головка гучномовця не може відтворити відразу всі частоти звукового діапазону (від 20 до 20000 Гц). Особливо страждає високочастотна частина діапазону: динаміки непогано відтворюють низькі та середні частоти, але високі частотигубляться — це призводить до загального зниження якості відтворення, музична сцена стає «безтільною», а прослуховування музичних композицій просто не приносить задоволення. Як вирішити цю проблему?

Рішення є – необхідно довірити відтворення високих частот спеціальним високочастотним динамікам. Такі динаміки отримали назву «піщалок» або твітерів, що добре відображає їхню суть.

Зазвичай, твітери для автомобільних аудіосистем виконані у вигляді компактних колонок (діаметром буквально три-п'ять сантиметрів), які можна зручно розмістити на передній панелі або передніх стійках. Також високочастотні динаміки входять до складу коаксіальних акустичних системПроте принципово вони нічим не відрізняються від твітерів, що продаються окремо.

Різновиди та принцип дії ВЧ головок

Відтворення високих частот має свої особливості, тому сьогодні існує велика різноманітність «піщалок», причому дуже часто в їх конструкціях знаходять застосування ті рішення, які практично не використовуються в СЧ і, тим більше, НЧ динаміках. Зрозуміти причину цього неважко.

Умовно високочастотний діапазон починається з частот 3-5 кГц, і на 4 кГц довжина хвилі становить близько 8,5 см, а на максимальній частоті, доступній людському слуху (20 кГц), довжина хвилі становить і зовсім 1,7 см. Значить, що для відтворення таких частот випромінюючий пристрій гучномовця повинен мати невеликі габарити, і при цьому мати дуже маленьку інерцію (тобто бути дуже легким) - тільки так цей пристрій можна змусити коливатися з частотою в одиниці і десятки кілогерц.

Так що незалежно від типу та пристрою, всі ВЧ головки мають невеликі габарити (зазвичай 1-2 дюйми, тобто не більше 5 см) та малу масу.

Твітери можуть бути побудовані на різних принципах, вони бувають наступних типів:

• Динамічні (електродинамічні, нормальні динаміки);
• П'єзоелектричні (звук випромінюється п'єзоелементом, на який подається струм звукової частоти);
• Конденсаторні (звук випромінюється однією з обкладок конденсатора, для роботи на обкладку необхідно подавати постійний струм високої напруги, тому такий тип твітерів у автомобілях не використовується);
• Електретні (те, що й конденсаторний твітер, але обкладка вже заряджена, тому не потребує джерела постійного струму);
• Стрічкові (звук випромінюється гофрованою металевою стрічкою, поміщеною між двома магнітами);
• Ізодинамічні (звук випромінюється мембраною з металізованими струмопровідними доріжками, вміщеною між двома перфорованими пластинами з рядами тонких магнітів – такий «сендвіч» випромінює звук в обидва боки);
• Ортодинамічні (те, що й ізодинамічний, але мембрана, пластини та магніти мають круглу форму, зараз такі твітери досить популярні в деяких колах любителів автозвуку).

На сьогоднішній день найбільшого поширення набули «їжалки» електродинамічного типу, тобто — звичайні динаміки, але лише малого розміру та особливої ​​конструкції. Інші типи твітерів в автомобільних аудіосистемах знаходять дуже обмежене застосування, тому поговоримо саме про головки електродинамічного типу.

Пристрій твітера

Основу ВЧ-головки становить котушка з провідником, поміщена в зазор між кільцевим магнітом та керном. Котушка жорстко пов'язана зі звуковипромінюючим пристроєм - мембраною, яка має напівсферичну (купольну) форму. При подачі струму звукової частоти на котушку навколо неї виникає магнітне поле, яке взаємодіє з магнітним полем магніту, і тому починає рухатися вздовж керна в такт із зміною струму – ось так і виникає звук, що випромінюється мембраною.

Купольна форма мембрани обумовлена ​​тим, що звукові хвилі високої частоти мають гостру спрямованість, а напівсферична мембрана дозволяє розширити кут поширення звуку. Нерідко у ВЧ-головках для розширення діаграми спрямованості перед мембраною встановлюється спеціальний конус – розсікач.

Мембрани у сучасних твітерів можуть бути виготовлені з наступних матеріалів:

• Папір (найдешевший варіант, використовується нечасто);
• Шовк (оптимальний варіант за ціною та якістю, сьогодні отримає найбільше поширення, шовк просочується особливим складом, що підвищує жорсткість купола);
• Алюміній, титан (тонкі металеві мембрани забезпечують висока якість, Але при цьому дороги і мають ряд недоліків, які можна перетворити на переваги тільки при професійному будівництві аудіосистеми).

Що стосується магнітів, то вони найчастіше потужні неодимові, хоча у простих твітерів нижчого цінового діапазону магніти теж найпростіші.

Насамкінець зазначимо, що зараз поширені два типи твітерів, відмінних за конструкцією:

• Головки, поміщені в простий корпус, - зазвичай плоскі або злегка опуклі твітери малих габаритів;
• Головки, поміщені в рупорний конус, мають збільшені габарити (особливо довжину), завдяки рупору забезпечується необхідна діаграма спрямованості.

Рупорні твітери дорожчі за звичайні, тому найчастіше знаходять застосування у професійних аудіосистемах високого рівня.

Характеристики твітерів

З показників ВЧ-головок найбільше значення мають такі:

• Частотний діапазон;
• Чутливість;
• Номінальний опір (імпеданс);
• Потужність;
• Калібр.

Частотний діапазон.Саме ця характеристика найважливіша для твітера, вона показує, які частоти здатна відтворювати голівка, отже, у яких системах її можна застосовувати. Зазвичай діапазон відтворюваних частот лежить у межах 2-20 кГц, проте найчастіше нижня межа у твітерів починається на рівні 2,5-3 кГц, а верхня межа може досягати 22-30 кГц.

Чутливість.В силу особливостей конструкції (легка мембрана, малі габарити) «їжалки» мають дуже високу чутливість у порівнянні зі звичайними динаміками - вона лежить в межах 102-109 дБ. Це означає, що навіть за малих потужностей вони забезпечують необхідний рівень гучності. Однак найдешевші твітери мають чутливість на рівні 92-96 дБ, що потрібно враховувати під час створення аудіосистеми.

Імпеданс.Опір котушки твітера може мати ті ж значення, що й імпеданс інших динаміків - 2, 3, 4, 6, 8 та 16 Ом.

Потужність.Цей параметр не такий важливий для ВЧ-головок, як для СЧ та НЧ – для забезпечення нормальної музичної сцени на високих частотах достатньо потужностей, практично на порядок менших, ніж для СЧ та НЧ. Але, незважаючи на це, ринок пропонує твітери потужністю 50-80 Вт (хоча в більшості випадків не відповідає дійсності).

Калібр.Твітери мають малі габарити, і найчастіше зустрічаються калібри 1, 1,5 та 2 дюйми, тобто – 2,5, 3,8 та 5 см.

Вибирати твітери в автомобіль можна за багатьма параметрами, проте найважливіше значення мають три з них.

Діапазон відтворюваних частот - нижня межа ВЧ-головки та верхня межа СЧ (або СЧ-НЧ) динаміка повинні перетинатися. Наприклад, якщо верхня межа частот частот середньочастотного динаміка лежить на рівні 4,5 кГц, то твітер краще взяти з нижньою межею 3-4 кГц або навіть нижче - це гарантує, що аудіосистема відтворюватиме весь спектр частот без провалів.

Імпеданс - необхідно купувати твітери, номінальний опір яких дорівнює вихідному опору кросовера. Якщо ж твітери будуть просто підключені паралельно основним колонкам, їх імпеданс повинен бути вище, або можна використовувати потужний резистор на одиниці Ом (адже при паралельному підключенні динаміків їх загальний опір зменшується згідно з формулою (R1+R2)/2).

Потужність — номінальна потужність твітерів повинна бути не меншою від вихідної потужності підсилювача автомагнітоли.

Вибір твітерів за іншими параметрами може відповідати особистим уподобанням, фінансовим можливостям та можливостям автомобіля, тому що вони не відіграють такої ролі, як озвучені вище технічні характеристики.

Особливості встановлення твітерів

Грамотна установка ВЧ-головок – одне з найскладніших завдань при побудові автомобільної аудіосистеми. Навіть багатостраждальний сабвуфер поставити та змусити працювати простіше, а причина криється в особливостях хвиль високочастотної частини звукового діапазону:

• Через малу довжину (одиниці сантиметрів) хвилі добре відбиваються від перешкод;
• Через гостронаправлену діаграму твітерів повноцінна звукова сцена формується в обмеженому просторі, і вона дуже залежить від розташування та напрямку твітерів.

Відображення звукових хвильчревато негативним ефектом - утворенням стоячих хвиль всередині салону з піками максимуму та мінімуму гучності. Якщо хвилі накладаються синфазно, звук посилюється, і високі частоти випирають із загальної сцени, якщо хвилі накладаються в протифазі, то високі частоти фактично пропадають. Тому твітери необхідно встановити так, щоб звести до мінімуму можливість непотрібних відображень звуку та формування стоячих хвиль.

Як показує практика, оптимальне положення ВЧ-головок на передніх стійках. У цьому випадку вдається забезпечити відстань до найближчих предметів (вікон) понад 5 см, чого достатньо для вирішення проблеми стоячих хвиль. Що стосується просторового становища твітерів, то воно має задовольняти такі умови:

• У вертикальній площині твітери повинні розташовуватися лише на рівні рота слухача;
• У горизонтальній площині твітери повинні розташовуватися так, щоб їх осі перетиналися між водійським і пасажирським сидінням.

Однак значно складніше питання не про те, як встановити твітери, а про те, як їх підключити до автомагнітола. Тут можливі три варіанти:

• Підключення ВЧ-головок паралельно основним НЧ-СЧ динамікам без додаткових деталей;
• Підключення твітерів до колонок через найпростіший фільтр;
• Підключення твітерів через пасивні кросовери.

У першому випадку на «пищалку» подаватиметься весь звуковий спектр, але через особливості конструкції відтворюватиметься лише високочастотний діапазон. Це далеко не кращий варіантОскільки головка буде перевантажена, їй доведеться працювати в складному режимі. Тому краще використовувати фільтри (кросовери), що відсікають НЧ-СЧ складову, і подають на твітер лише високі частоти.

У разі застосування кросовера дуже важливо грамотно підібрати частоту зрізу - тут необхідно вибрати таку частоту, щоб вона не виходила за нижню межу діапазону відтворюваних частот твітера, інакше деяка частина спектра буде просто втрачена. Сьогодні на ринку можна знайти кросовери з частотою зрізу від 1,8 до 5 кГц, але найчастіше ця частота лежить на рівні 2,5-3 кГц.

Необхідно відзначити, що в пасивних кросоверах частина енергії струму звукової частоти втрачається, а отже, на колонки подається менша потужність. Тут таки рятує висока чутливість твітерів, завдяки якій втрата потужності практично непомітна.

При грамотній установці та підключенні твітерів в автомобілі буде створено якісну аудіосистему, яка зможе принести задоволення від прослуховування музики.

Експлуатація твітерів мало чим відрізняється від експлуатації інших динаміків аудіосистеми, тут потрібно дотримуватися кількох нескладних правил:

• Нові твітери необхідно «прогріти» - поганяти зі все більшою гучністю протягом 20-30 годин (з перервами) з використанням різної музики. Під час прогріву ВЧ-головки вийдуть на робочий режим, в них притруться деталі, «розімнуться» шайба, що центрує, підвіс та інші компоненти;
• Твітери менш чутливі до подачі сигналу високої потужності, однак не рекомендується включати аудіосистеми на великій гучності - краще спочатку включити музику на малій гучності, а потім довести її до необхідного рівня;
• Твітери необхідно оберігати від механічних впливів (їхнє становище сприяє частим ударам різними предметами, і просто хапанню руками), рідин тощо.

При дбайливому ставленні до «їжачок» та інших компонентів, аудіосистема прослужить довго, і в кожній поїздці якісно виконуватиме свої функції. А більшого від неї не вимагається.