Кто изобрел самые первые колонки?
Самые первые колонки, изобретены Полом Клипшем. Как вы думаете, какими были первые в мире акустические системы?
С динамическими головками, электростатические или, может быть, планарные?
Ни то, ни другое, ни третье. Историю акустики начали рупорные АС, и произошло это, когда человек впервые приложил сложенные ладони к губам, для того чтобы его речь звучала громче.
Собственно, руки и играли роль рупора, а голосовые связки динамика. Каким бы простым ни был этот пример, он действительно демонстрирует принцип действия…
Первые устройства для усиления и воспроизведения звука использовали принцип рупора. Взять хотя бы такое приспособление, как мегафон (в те времена, естественно, без усилителя) , или духовые музыкальные инструменты.
А знаменитый граммофон, ставший чуть ли не первым устройством для воспроизведения музыки Примеров достаточно? И только потом, начиная с 30-х годов двадцатого века, появились первые наметки в конструировании других типов акустических систем.
Если спросить любого человека, интересующегося аудиотехникой, о рупорных колонках, то с большой долей вероятности он сразу вспомнит марку Klipsch. И будет абсолютно прав, ведь на счету этой компании великое множество изобретений в области акустики, прославивших ее имя.
Фирма была образована в 40-х годах прошлого века, как раз в то время, когда появились первые разработки в усилительной технике. Компанию основал Пол Клипш (Paul W. Klipsch), он же и являлся основным идеологом и разработчиком компании на протяжении многих лет.
Надо упомянуть и про то, что большой вклад внес Гемгольц именно с него пошла теория про усиление звука… Ряд технических изобретений Гельмгольца носит его имя. Катушка Гельмгольца состоит из двух соосных соленоидов, удалённых на расстояние их радиуса и служит для создания открытого однородного магнитного поля.
Резонатор Гельмгольца представляет собой полый шар с узким отверстием и служит для анализа акустических сигналов, а также при строительстве низкочастотных звуковых колонок для усиления низких частот или наоборот используется для подавления нежелательных частот в помещениях.
Важнейшие элементы конструкции громкоговорителей остались неизменными с момента их изобретения в начале прошлого века. Современная электроакустика появилась на рынке с изобретением А. Г. Беллом и Т. Ватсоном телефона в 1876 году. И хотя с тех пор совершенствование электроакустических преобразователей (то есть громкоговорителей) было темой бесконечной череды научных изысканий и статей, значительно большей, чем посвященных любому другому элементу звукоусилительного тракта, кардинальных изменений практически нет.
История динамиков началась в далеком 19 веке. Первая заявка на патент на электродинамическую конструкцию с подвижной катушкой была подана в 1877 году, а на электродинамический громкоговоритель — в 1898 году. Однако практического применения эти изобретения тогда не получили — еще не было достаточно мощного источника, который позволил бы раскачать головку громкоговорителя с подвижной катушкой.
Коммерческие модели появились только в 20-х годах, когда стали доступны ламповые усилители. В первых электродинамических громкоговорителях катушки были высокоомные, использовались тканая подвеска и электромагниты с питанием постоянным током. Некоторые историки техники указывают, что первой электродинамическую головку в максимальном приближении к ее современной конструкции запатентовала в 1925 году фирма General Electric .
Внешне конструкции динамических головок для воспроизведения низких и высоких частот различаются, но содержат одни и те же компоненты. НЧ - головка имеет металлическую (реже пластиковую) раму, которую также называют корзиной за ее форму или диффузородержателем — это уже ее назначение. Окна диффузородержателя обеспечивают свободное движение воздуха у задней стороны диффузора. При отсутствии окон воздух мог бы воздействовать на подвижную систему как дополнительная акустическая нагрузка, уменьшая отдачу в области низких частот. Технология изготовления диффузородержателя определяется мощностью и размерами головки. Основное требование — обеспечение жесткой конструкции, свободной от вибраций, способных вызвать призвуки. С этой точки зрения лучше использовать литые конструкции из металлов или композитных материалов. На раме закрепляется конический диффузор, обычно изготавливаемый из бумаги (на самом деле — из измельченной древесины), чистого или с наполнителем пластика и реже — металла или керамики. К задней (более узкой) части конуса прикрепляется гильза (бумажная с пропиткой или металлическая), на которую наматывается звуковая катушка.
Звуковая катушка наматывается обычно в два (реже — четыре) слоя медным или алюминиевым проводом в эмалевой изоляции на каркас (гильзу) и закрепляется на нем лаком. Обычно используется стандартный провод круглого сечения, но для очень мощных головок применяется провод с прямоугольным сечением, обеспечивающим почти 100-процентное заполнение зазора.При сборке подвижной части головки широко используются современные материалы. Например, для приклеивания каркаса звуковой катушки к керамическому или металлическому купольному диффузору используются полимерные клеи с ультрафиолетовым отверждением. Выводы катушки с помощью специальных очень гибких проводов подключаются к контактам на плате соединений.
Несмотря на непрерывные исследования в области материаловедения, для большинства НЧ - и СЧ - головок, имеющих схожую конструкцию, но отличающихся размерами, используются конические диффузоры из бумажной массы. Кроме этого, используются такие материалы как полипропилен, бекстрен, а в последнее время и легкие металлы (алюминий, титан, магний). Фирмы с именем и историей, имеющие собственные исследовательские центры или заказывающие разработку, активно экспериментируют с различными наполнителями и композиционными материалами, создавая комбинированные диффузоры. Тут в качестве наиболее известного примера можно привести СЧ -головки B&W с диффузором из тканого кевлара с пропиткой.Конусы с прямолинейной образующей использовались в низкочастотных головках только в самых первых головках. Жесткости такой конструкции не хватает на весь рабочий диапазон частот, и выше некоторой частоты излучение приобретает изгибной характер: реально работает только центральная его часть. Диффузор оказывается слишком тяжел и слишком мягок, чтобы точно следовать за перемещением катушки. Он просто не успевает полностью отклониться и вернуться, а изгибные колебания порождают призвуки и дополнительное окрашивание звука.
Самый простой и древний способ борьбы с этим явлением — формирование в процессе изготовления на поверхности конуса серии концентрических канавок. В современных громкоговорителях используется целый комплекс мер для подавления параметрических резонансов. Во-первых, практически все диффузоры имеют криволинейную образующую. Во-вторых, все больше из них изготавливаются из материалов, эффективно гасящих продольные колебания и, кроме того, они имеют переменное сечение: у катушки оно больше, а у подвеса меньше. Конечно, все зависит от выбранного материала. Для бумажного диффузора подойдет специальная пропитка, а для слоистой или композитной структуры важно сочетание физико-механических свойств составляющих ее материалов. Поскольку диапазон воспроизводимых частот головки громкоговорителя определяется областью поршневого движения его диффузора, важно чтобы он был максимально жестким, но при этом еще имел бы и минимальную массу.
Внешний подвес диффузора, который обеспечивает его поступательное движение при работе, может быть выполнен как единое целое с диффузором (в виде гофра с одной или несколькими канавками) или как автономное кольцо из резины, каучука, полиуретана и других материалов с аналогичными свойствами, которое затем приклеивается к внешнему краю диффузора. Подвес, особенно низкочастотной головки, должен обладать большой гибкостью: это обеспечивает низкую частоту собственного резонанса. Практически сразу ниже этой частоты эффективность головки резко падает, то есть собственный резонанс определяет границу воспроизведения басов.
Второе основное требование к подвесу — упругие свойства должны сохранять линейность во всем диапазоне перемещений подвижной системы громкоговорителя.
Достаточно долго высокочастотные головки имели такой же конический диффузор, только меньшего размера. Однако сегодня наиболее распространенным у ВЧ - головок является купольный диффузор. Он может быть мягкий (из текстиля, например шелка с пропиткой) или жесткий — из металла или керамики. Конструкция типичного ВЧ - динамика отличается не только размером диффузора. Обычно купольный диффузор с подвеской изготавливается как единое целое, к которому приклеивается гильза со звуковой катушкой. При этом в конструкции отсутствует гибкая центрирующая шайба. Магнитная система, как и диффузор, закрепляется на пластине переднего фланца.
Купольные диффузоры, которые могут быть выпуклыми или реже вогнутыми, изготавливаются прессованием из натуральных или синтетических тканей с обязательной последующей пропиткой. Все большее распространение получают диффузоры ВЧ - головок из синтетических полимерных пленок или металлической фольги. Для повышения жесткости диффузоры изготавливают методом осаждений из паровой фазы различных материалов: бора, бериллия, золота и даже алмаза. Существуют многочисленные примеры купольных диффузоров из керамики, которая, по сути, является окислом металлов, например, алюминия.
Центрирующая шайба — непременная часть НЧ - или СЧ - головки; ее задача обеспечить правильное положение гильзы со звуковой катушкой в воздушном зазоре магнитной системы. Требования к шайбе такие же, как и к подвесу — максимальная гибкость в осевом направлении и сохранение линейности во всем диапазоне перемещений, дополняются еще и требованием максимальной жесткости в радиальном направлении. Для повышения эффективности головки зазор должен быть минимальным, и малейшее смещение в радиальном направлении неминуемо приведет к заклиниванию звуковой катушки. На всем пути совершенствования головок центрирующая шайба изготавливалась из разных материалов (картона, бумаги, текстолита, ткани). Сегодня практически все головки имеют центрирующую шайбу с концентрическими канавками, прессованную из ткани с последующей пропиткой.
Важнейший элемент конструкции и динамика, который во многом определяет ее электроакустические характеристики, — это магнитная система. Она образуется кольцевым магнитом, расположенным между двумя кольцевыми фланцами и цилиндрическим керном, который образует с передним фланцем воздушный зазор. Конструкция магнитной системы с керновым магнитом, широко распространенная в середине прошлого века, ныне в головках, предназначенных для многополосных акустических систем, практически не используется. Магнитная система создает в зазоре постоянное магнитное поле. При подаче сигнала на катушку ее магнитное поле взаимодействует с полем магнитной системы, заставляя ее перемещаться в зависимости от направления тока вперед и назад и двигать прикрепленный к ней диффузор. Зазор должен быть как можно меньше: так повышается эффективность взаимодействия катушки и постоянного магнита.
Магнитное поле системы с кольцевым магнитом не замыкается полностью в магнитопроводах. Эта конструкция имеет внешнее поле рассеяния, которое может влиять на другие устройства, например, кинескоп цветного телевизора. Поэтому в случае использования таких динамиков в акустических системах домашнего кинотеатра требуется дополнительный магнитный экран, представляющий собой стакан из магнитомягкого материала, которым закрывают снаружи всю магнитную систему.
Форма полюсных наконечников (отверстия верхнего фланца) и керна определяет величину магнитной индукции в воздушном зазоре и равномерность распределения в нем магнитного потока. От размеров элементов магнитной системы и ширины воздушного зазора зависит степень нагрева звуковой катушки и, следовательно, ее термостойкость. Здесь сталкиваются противоречивые требования. Для улучшения вентиляции нужно увеличить зазор, но это снижает чувствительность головки и требует увеличения магнита. Тут появляется поле деятельности для поиска компромиссного инженерного решения. Поэтому, например, в мощных НЧ - головках диаметр катушки больше, и часто используются два кольцевых магнита.
Как известно, для эффективной работы НЧ - головки необходимо, чтобы звуковые волны от передней и задней стороны диффузора были изолированы (см. «Акустическое оформление», S&V, 4/2004). Поэтому центральное отверстие конического диффузора закрывают колпачком, который из-за дополнительной функции называется пылезащитным. В некоторых конструкциях в центральном сердечнике магнитной системы делают отверстие, закрытое звукопоглотителем, а в качестве материала колпачка используют плотную ткань или нетканый материал с большим акустическим сопротивлением. Поршневое движение диффузора в широкой полосе частот возможно только при его идеальной жесткости. Для реальных диффузоров из-за возникновения продольных колебаний диффузора эффективная полоса существенно сужается. Заметим, что и для идеального диффузора полоса ограничена его физическими размерами, но уже по другой причине. Скорость звука в воздухе имеет конечное значение около 340 м/с при комнатной температуре. При некоторой частоте длина звуковой волны становится соизмерима с размером диффузора и даже меньше его. На практике это проявляется как сужение диаграммы направленности динамической головки с повышением частоты. То есть чем выше частота, тем ближе к оси головки должен находиться слушатель, чтобы услышать высокие частоты. Так для диффузора диаметром 10 дюймов (250 см) теоретическая максимальная частота, на которой диаграмма акустического излучения сжимается до узкого луча, равна 1335 Гц.
Для наиболее часто используемого размера 8 дюймов (200 мм) она составит уже 2015 Гц, для головки с диффузором 5 дюймов (125 мм) — 3316 Гц, а для типичного твитера диаметром 1 дюйм (25 мм) — 13680 Гц. На низких и средних частотах конструкторы стараются не заставлять головки работать выше этих частот. Для ВЧ - головок приходится идти на технические хитрости. Как правило, перед диффузором устанавливается рассекатель той или иной формы, в зависимости от того, в какой плоскости необходимо расширить диаграмму направленности излучения. В нашем примере конструкции ВЧ - головки шестилучевой рассекатель обеспечивает оптимальное рассеивание, как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. В СЧ -головках для расширения диаграммы также используют рассекатели в виде конусов со сложной образующей.
Очень важным параметром динамиков является линейность его амплитудной характеристики. Это зависимость звукового давления от амплитуды колебания диффузора. В некотором диапазоне средних значений все работает нормально. Однако при малых значениях входного сигнала силы взаимодействия поля катушки и постоянного магнита не хватает на преодоление упругих сил подвеса. Это проявляется на слух как ухудшение воспроизведения низких частот при малых уровнях сигнала. При больших амплитудах катушка выходит за пределы поля магнита в зазоре, что резко увеличивает уровень нелинейных искажений. Амплитуда перемещения диффузора, в пределах которой амплитудная характеристика головки сохраняет линейность, очень небольшая. Для НЧ - головок она редко превышает 6 мм, а для ВЧ - головок — 0,3 мм. Благодаря столь малому ходу для улучшения теплопередачи в ВЧ - головках зазор магнитной системы заполняют магнитной жидкостью, которая представляет собой смесь силиконовой смазки и мельчайшего порошка ферромагнитного материала. Однако их применение ограничивает срок службы головки из-за значительного увеличения со временем вязкости смазки.
Выбор акустики остается самым важным среди других компонентов системы для окончательного звучания, которое вы хотите получить в своей комнате прослушивания. Кроме всего прочего, для акустических систем очень велик диапазон цен: от менее $100 до более чем $70000 за пару. Возникает вопрос, что там такое внутри, если столь велика цена. Ответ так же прост, как и в случае с дорогими усилителями. Более дорогие акустические системы выпускаются малыми партиями, в них установлены сделанные на заказ головки (и, кроме того, тщательно отобраны по параметрам) и высококлассные корпуса, чаще всего ручной работы. В общем случае вы видите, за что платите деньги, но тональные характеристики акустических систем индивидуальны: отличия от образца к образцу возможно больше, чем у всех остальных компонентов системы звуковоспроизведения. Необходимо слушать и слушать различные системы, чтобы наконец найти ту одну, звук которой наиболее приятен вашему уху. Одна акустика дает яркий звук на высоких, другая — жесткое звучание на средних, а третья — очень глубокий бас. Хотя, конечно, существуют системы с более нейтральным (тонально правильным) звуком, но громкоговорителя, воспроизводящего правильно весь звуковой диапазон (тот, что слышит человеческое ухо), нет. Все они окрашивают звук в разной степени, которая зависит от их цены. Иногда тональная окраска специально добавляется в соответствии со вкусом создателя акустической системы. Поиски акустики, удовлетворяющей ваш вкус, требуют усилий и времени.
Алексей Грудинин (Stereo&Video)
Более 90% сегодняшних акустических систем сконструированы с использованием электродинамических головок, а в начале прошлого века альтернативы просто не было. Первый динамик, адекватно воспроизводящий звуки в диапазоне средних частот, был запатентован в 1924 году инженерами компании General Electric. Ч. Райс и Э. Келлог смогли разработать жизнеспособное техническое решение, основанное на достижениях радиоэлектроники того времени. Они же предложили использовать усилитель, и уже в 1926 году Radio Corporation of America выпускает радиоприемник с акустическими головками нового типа. В 1927 английский инженер Г. Хартлей из English Electric предлагает заменить контур подмагничивания в этом устройстве постоянным магнитом. Теперь динамики воспроизводят звук с высокой точностью, возникает термин Hi-Fi, который еще сыграет в будущем большую роль.
Однако до высокой точности на низких и высоких частотах было еще далеко. В 30-е годы громкоговорители уже массово используются для усиления звука в театрах, появляются двух- и трехполосные системы, где каждый из динамиков отвечает за свой диапазон частот. Но главную роль в развитии акустических систем сыграло звуковое кино. В 1937 году Metro-Goldwyn-Mayer представляет Shearer Horn — первую систему промышленного стандарта для кинотеатров. Параллельно с этим ведутся работы по созданию стереофонического звучания. Сам термин стереофония закрепляется после успешных испытаний трехканальной системы 1940-го года в нью-йоркском Карнеги Холл. А обеспечивающий стереофоническое звучание комплект аппаратуры, наконец, получает название акустической системы. В 40-е также появляются и первые бренды в сфере акустических систем, например, Altec Lansing со своей Voice of the Theatre (1945 год).
Лучшая аппаратура 50-х годов от Altec, Klipsch, Таnnоу или Lowther по качеству уже не уступала современным домашним системам, но владели ею единицы. Для массового рынка тех лет термин Hi-Fi применялся как маркетинговый и обозначал оборудование, воспроизводящее звук с приемлемой степенью достоверности. Тем не менее, лидеры индустрии 50-х задали идейное направление в развитии стандарта Hi-Fi. Измерительная аппаратура была несовершенной, а методы измерения недоработанными. Но главное, создатели акустических систем еще не до конца понимали, что считать надо эталоном точного звучания.
В 1973 году Институт стандартизации ФРГ утверждает DIN 45000, на который опирались все последующие стандарты Hi-Fi. А инженеры японской корпорации Matsushita в начале 70-х сопоставляют характеристики звука живого фортепьянного концерта и его студийной записи. Выяснилось, что системы того времени не могли адекватно воспроизводить звук даже отдельных инструментов. Поэтому в марте 1975 появляется Technics SB-7000. Эта система устранила указанные недостатки, соединяя Hi-Fi и прекрасное стереозвучание. Нa рубеже 70-х и 80-х происходит самый мощный рывок в эволюции акустических систем. Он связан с появлением новых материалов и технических решений.
В 90-е годы акустические системы приобретают настоящую массовость благодаря домашним кинотеатрам. Но технологические разработки приостанавливаются, фирмы сокращают бюджет, переходят на дешевые материалы и рабочую силу. Как следствие маркетинговых уловок, появляется акустика Life style, в которой внешний дизайн становится важнее характеристик воспроизведения звука. Несмотря на значительный рывок технического прогресса, до идеального акустического оформления, настоящего и живого звука, еще далеко, так что в следующие десятилетия нас, возможно, ждут новые достижения в этой области.
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.
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.
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.
