Материал диффузора динамика какой лучше

11

Материал диффузоров

Любая профессиональная информация, касающаяся громкоговорителей, обязательно содержит указание на то, из какого материала изготовлен диффузор (или купол). Если информация имеет рекламный характер, то, разумеется, производитель считает своим долгом убедить читателя, что именно этот, используемый данной фирмой материал – самый лучший, а о других можно забыть. Но реклама – она и есть реклама. Профессионалы предпочитают рекламе систему, и в этой статье сделана попытка очень кратко систематизировать наиболее популярные сегодня материалы с точки зрения присущих им особенностей, которые надо иметь в виду конструктору звуковой системы.

Динамический громкоговоритель, который по стандартам на термины надо величать “головка динамическая прямого излучения”, и который “по жизни” так и остался “динамиком”, был изобретен и запатентован американцами Райсом и Келлогом в 1925 г. Если взглянуть сегодня на их заявку, то о том, что со дня ее подачи прошли три четверти века, можно будет судить в основном по пожелтевшей бумаге и архаичным шрифтам. Так мало изменилось в основных чертах конструкции этого устройства, разве что магнитная система стала поизящнее. И в то же время не приходится сомневаться, что как основной способ преобразования переменного электрического тока в звуковые колебания динамик легко и уверенно шагнет и в третье тысячелетие.

Потому ли это, что электродинамический громкоговоритель – идеальный преобразователь? Да близко этого нет! По всем канонам электроакустики идеальный громкоговоритель должен был бы иметь мембрану или диффузор из материала с плотностью, равной плотности воздуха, при этом абсолютно жесткого, закрепленного на абсолютно линейном подвесе, и так далее. Чистая утопия. В реальном мире диффузор имеет заметную массу, деформируется, подвес – нелинеен, источники искажений и резонансов – на каждом шагу.

Все революционные конструкции – электростатические, ленточные, планарные и пр., как оказалось, приносят больше проблем, чем решают, а потому так и не смогли вытеснить со сцены заслуженного работника культуры, созданного по чертежам Райса и Келлога.

Плавные, эволюционные изменения в облике современного динамика происходят постоянно, так что нельзя сказать, что совсем уж ничего не происходит, но при любых усовершенствованиях это немудреное с виду устройство – неописуемый клубок компромиссов, в которых конструкторы ищут оптимальные решения, а пользователи – должны этими решениями воспользоваться по возможности осознанно, вполне представляя себе, что можно ожидать от динамика той или иной конструкции, а чего – нельзя.

Наиболее заметные усовершенствования в конструкции динамика связаны с появлением новых материалов для изготовления диффузоров. Вслед за бумагой, другими композициями на целлюлозной основе появились полимеры, композиты, металлы и сплавы. Интересно, что в области материалов для изготовления диффузоров наблюдается как бы ситуация кладбища – новые прибывают, а старые – не исчезают. Дело в том, что два важнейших требования, определяющих качество диффузора, не просто противоречивы, а почти антагонисты. Это – жесткость, которая должна быть как можно выше, и внутреннее затухание, которое тоже жизненно необходимо.

Жесткость диффузора означает, что ускорение звуковой катушки передается без изменения всей излучающей поверхности – от центра до краев. Это выражается потом в ровной частотной характеристике, быстрой атаке на импульсном сигнале, низких интермодуляционных искажениях.

Внутреннее демпфирование предотвращает окрашивание звучания, устраняя локальные пики и провалы на АЧХ, снижает слуховую утомляемость, способствует быстрому затуханию импульсных сигналов.

Если бы нужна была только жесткость, все диффузоры делались бы из металла. Некоторые и делаются, но поскольку внутреннее затухание в металле ничтожно, для предотвращения собственного “звона” диффузора конструкторам приходится идти на разнообразные ухищрения, и тем не менее окончательно победить резонансы жестких диффузоров так и не удается.

Если бы требовалось только внутреннее затухание, диффузоры надо было бы делать из полупластичной массы вроде известных всем вибродемпфирующих панелей (Dynamat и прочие). Но в этом случае жесткость диффузора была бы ничтожной, и в процессе колебаний только его центральная часть, прикрепленная к звуковой катушке, двигалась бы вместе с ней, а внешние края болтались бы как лопухи и излучали совершенно не то, что требуется.

Поиск компромисса при таких противоречивых требованиях заставляет конструкторов пробовать все: жесткие материалы (тогда надо заботиться о демпфировании) и материалы с большим затуханием (тогда надо принимать конструктивные меры против нежелательных деформаций).

Удивительно, но до сих пор одним из наиболее удачных вариантов баланса между жесткостью и демпфированием обладает древнейший материал для изготовления диффузоров – бумага.

Бумажные диффузоры

Бумажные диффузоры могут быть прессованные, когда исходным сырьем действительно являются листы бумаги и из них в специальном штампе формуются конические диффузоры. Получается обычно дрянь, и такой метод применяется только в изготовлении маленьких свирестелок для переносных приемников и аналогичных устройств. Среди динамиков для автомобильных установок первые подозреваемые на штампованные бумажные диффузоры двухдиффузорные динамики (dualcone) – самая низшая категория. Для сколько-нибудь серьезного продукта применяется метод литья, когда бумажная масса наносится на матрицу, обычно из металлической сетки и, затвердевая, образует коническую заготовку диффузора.

К примеру, полностью бумажный излучатель 5 ГД-1:

При такой технологии удается отчасти решить проблему жесткости – за счет применения криволинейной образующей и переменной толщины диффузора, уменьшающейся от центра к краям.

Практически все бумажные диффузоры на самом деле – в некотором смысле композитные конструкции, поскольку бумажную массу пропитывают синтетическими составами. Рецепты этих составов фирмами-изготовителями никогда не разглашаются, поскольку от них, как от знаменитого лака Страдивари, в большой степени зависят акустические и эксплуатационные свойства диффузора.

Свойства пропиточных составов и покрытий, используемых при изготовлении бумажных диффузоров, в значительной степени определяют возможность их использования в автомобиле. Как бы привлекательно ни выглядели акустические показатели неавтомобильного динамика с бумажным диффузором, использовать его в мобильной установке можно только при крайней осмотрительности в смысле защиты от влаги.

Достоинства бумажных диффузоров: великолепное внутреннее демпфирование, создающее предпосылки для высокого звукового разрешения и детальности звучания. Потенциально – самая гладкая АЧХ, не испорченная пиками и провалами от местных резонансов. Переход от поршневого режима работы к зонному плавный и предсказуемый. Спокойная АЧХ дает возможность использовать простейшие разделительные фильтры с малой крутизной спада и минимальными фазовыми искажениями. Необходимости в сосредоточенной коррекции локальных аномалий в частотной характеристике почти никогда не возникает. Наконец, динамики с бумажными диффузорами почему-то обычно звучат лучше, чем это следует из измеренных самыми совершенными методами характеристик – а ведь к этому в конечном счете все и стремятся.

Недостатки: жесткость по сравнению с более современными материалами заметно ниже, и это может сказаться на проработке мелких деталей звучания. Механическая прочность также не самая высокая, что часто ограничивает допустимую мощность. Технологический разброс характеристик динамиков даже из одной партии может быть большим, чем у динамиков с синтетическими диффузорами, и при несовпадении характеристик динамиков в стереопаре может ухудшиться стереообраз. Параметры меняются со временем и под воздействием атмосферы несмотря на пропитку бумажной массы и защитные покрытия.

Полипропилен

Полипропилен был впервые применен как материал для изготовления диффузоров при разработке мониторов для звуковых студий BBC примерно в 1975 году. Благодаря довольно большому внутреннему демпфированию, правильно сконструированный полипропиленовый диффузор может обеспечить ровную и гладкую АЧХ при высоких значениях удельного звукового давления.

Полипропиленовый диффузор НЧ динамика Mirage MRM-1:

Материал намного технологичнее, чем бумажные композиции, и может с успехом применяться при автоматизированном производстве. Единственная проблема – неудовлетворительная адгезия при использовании большинства промышленных клеящих составов – была окончательно решена к середине 80-х.

Именно за технологичность и недорогое сырье полипропилен полюбился некоторым производителям массового ширпотреба, что отчасти подпортило репутацию этого по всем статьям первоклассного материала.

Жесткость чистого полипропилена не очень высока, и большинство компаний, выпускающих качественные головки с полипропиленовыми диффузорами, используют минеральные добавки: кварц, слюду, силикат магния для повышения жесткости не в ущерб демпфированию.

Достоинства. Очень гладкая АЧХ, нейтральное звучание, хорошие импульсные характеристики, отсутствие необходимости в сложных кроссоверах высокого порядка. Плавный переход к зонному режиму. Лучшие образцы полипропиленовых диффузоров по прозрачности звучания не уступят бумажным, а это – высокий стандарт. В то же время очень устойчивы к атмосферным воздействиям, так что полипропиленовые динамики, исходно не предназначенные для автомобильного применения, можно со спокойной душой ставить в двери – самые опасные с точки зрения влажности места в машине.

Недостатки. По детальности звучания уступают динамикам с диффузорами высокой жесткости. Из-за ограниченной жесткости – не лучший материал для сабвуферов диаметром больше 10 дюймов, если только не используется материал большой толщины или эффективные минеральные добавки.

Что забавно: наиболее удачные примеры применения полипропиленовых диффузоров почему-то сосредоточились в Скандинавии. Эталонами здесь специалисты считают 7-дюймовые мид-басы от Scan-Speak (18W/8543) и Dynaudio (17W-75); 5-дюймовый VifaP13WH.

Углеволокно

Диффузоры, отформованные из композитных материалов на основе ткани из угольных волокон, сейчас присутствуют в гамме многих производителей, впрочем, чаще всего наряду с другими модификациями, что показывает, углеволокно все же не панацея.

Диффузоры из углеволокна применяются в НЧ динамиках Onkyo D-200 Liverpool:

Композиты на основе углеродных волокон в течение уже более чем 20 лет составляют красу и гордость аэрокосмической техники благодаря уникальному, даже в сравнении со стеклопластиками, сочетанию малого удельного веса с очень высокой жесткостью.

Углепластиковые диффузоры идеально работают в поршневом диапазоне, великолепно обслуживая басовый и мидбасовый регистры. Однако из-за недостаточного внутреннего демпфирования и сложной анизотропной структуры материала переход к зонному режиму сопровождается многочисленными пиками и провалами на АЧХ вблизи верхнего края рабочего диапазона. Для успешного применения углепластиковые динамики необходимо подключать через разделительные фильтры с большой крутизной спада, а иногда становится неизбежным применение избирательных корректирующих цепочек для подавления пиков. Это намного усложняет конструкцию кроссовера и создает проблемы с фазовыми искажениями. Но там, где частота раздела намного ниже верхнего края поршневого диапазона (то есть у сабвуферов), углепластики способны дать действительно мощный, телесно ощущаемый бас.

Современная тенденция использования углепластиковых композитов – преимущественное использование их для диффузоров сабвуферов. В конструкции мид-басов все чаще применяют другой композит – на основе кевлара.

Кевлар

Кевлар – полимер, существующий только и исключительно в форме волокна, – результат почти случайного открытия, сделанного в одной из лабораторий фирмы DuPont. Ведущий исследователь (кстати, дама по фамилии Кволек) почему-то решила вытянуть волокно из раствора, который по всем внешним признакам для этого не подходил. Как хорошо, что женская интуиция победила 25-летний опыт исследователя, потому что выяснилось, что в процессе вытягивания “плохой” полимер полностью реорганизовался, цепочки молекул вытянулись вдоль направления волокон и намертво сцепились между собой поперечными амидными связями. Так родилось волокно, из которого теперь во всем мире делают пуленепробиваемые жилеты.

Свойства, проявляющиеся в углепластиковых диффузорах, здесь доведены до совершенства, столь велика жесткость кевларовых диффузоров. Так же ярко проявляются и характерные для диффузоров высокой жесткости проблемы. Выбор характеристик кроссовера для оптимальной совместной работы с обычным ВЧ динамиком, скажем, с металлическим куполом, далеко не прост. В двухполосных установках 5 – 7 дюймовым кевларовым мид-басам приходится брать на себя полосу частот до 3 – 4 кГц, а порой и выше, чтобы избавиться от деления полос в наиболее критичном для слухового восприятия диапазоне. А именно на этих частотах проявляется знаменитый “кевларовый” звук – изрезанная частотная характеристика, следствие резкого перехода сверхжесткого диффузора в зонный режим. На слух это воспринимается как выдвинутый вперед, агрессивный звук, явно диссонирующий с идеально сбалансированным звучанием этого же динамика в нижней части среднечастотного диапазона.

Если опустить частоту раздела – возникнут проблемы с ВЧ головкой, резко возрастут интермодуляционные искажения, снизится перегрузочная способность пищалки. Если поднять – в рабочий диапазон мид-баса попадет крайне неприглядная часть АЧХ мид-баса.

Конструкторы таких систем вынуждены ставить довольно сложные кроссоверы с частотой спада 24 дБ/окт, дополненные корректирующей цепочкой, настроенной на частоту “кевларового” резонанса – обычно в диапазоне 5 – 7 кГц.

Кевларовые композиты выдерживают и не такие невзгоды, как повышенная влажность и перепады температур, так что с этой точки зрения никаких противопоказаний к автомобильному применению “нецелевых” головок нет.

В то же время следует иметь в виду, что используемые в составе автомобильной фронтальной акустики кроссоверы обычно не самые сложные по схеме, поскольку их габариты ограничены жесткими условиями компоновки в салоне. Из-за этого возможности кроссоверов по коррекции местных частотных аномалий ограничены, а для головок с жесткими диффузорами это часто бывает просто необходимо.

Эффект “кевларового” звука в основном – следствие сочетания высокой жесткости с малыми внутренними потерями. Чтобы улучшить демпфирование, не отступая от достигнутого в смысле жесткости диффузора, конструкторы пошли на дальнейшие ухищрения. Так, фирма Eton разработала трехслойный материал Nomex, состоящий из сотового слоя-заполнителя, вклеенного между двумя слоями кевларового композита.

Сходное решение использует Focal под названием Aerogel, а Audax выпустил на рынок новую серию динамиков серии HD-A, у которых материал диффузора – композит на основе ориентированных волокон углепластика и кевлара. Лабораторные измерения показывают, что за счет наполнителя переменной жесткости “кевларовый” пик на верхнем краю диапазона практически исчез.

Другие производители применяют конструктивные хитрости для подавления нежелательных резонансов. Поскольку беспорядочному “звону” на верхнем конце рабочего диапазона наиболее подвержен внешний край диффузора, в “жестких” моделях часто можно встретить резиновый гофр, приклеенный к диффузору не узкой кольцевой полоской, а широкой закраиной, так что около 12-15% радиуса диффузора фактически приобретает резиновое вибропоглощающее покрытие (с нижней, обращенной к корзине, стороны).

Металлы и объемные композиты

Многие производители, освоившие логику создания жестких диффузоров, пробовали (а некоторые и продолжают) делать металлические диффузоры мидбасовых головок. Эти попытки нельзя назвать особенно удачными, поскольку несмотря на все усилия по облегчению диффузоров их масса оставалась значительной, а это снижало эффективность часто до величин порядка 85 – 87 дБ (1Вт, 1 м). А практически полное отсутствие внутреннего демпфирования металлического “колокола” приводило к возникновению ярко выраженных пиков на 5 – 10 кГц, с которыми обычные кроссоверы справиться не в состоянии, о чем нередко честно предупреждают сами изготовители в сопроводительной документации.

Металлические диффузоры сабвуферов – отдельная история. Здесь активно оперируют PhaseLinear, несколько небольших фирм, специализированных на одну-две модели (например американская Alumapro, которая больше ничего и не выпускает), да еще Pioneer выпустил модель в верхней линейке Premier – с характерными объемными выштамповками по кругу. Пока такие головки – скорее исключения, и устойчивой статистики по ним нет, но по отрывочным признакам они находят применение главным образом в установках, рассчитанных больше на предельные уровни звукового давления, нежели на максимально качественное звучание.

Объемные композиты, то есть жесткие трехмерные конструкции с плоской излучающей поверхностью и внутренним заполнителем в виде сот или вспененного полимера, трудно считать новинкой. Такие головки пробовали делать еще в начале 70-х, причем, чтобы подчеркнуть, что они ничего общего не имеют с “устаревшими” диффузорными динамиками, им придавали прямоугольную форму со скругленными углами. Потом как-то тихо, без лишнего шума плоские поршни исчезли со сцены, чтобы появиться снова в продукции наиболее продвинутых и технически бесстрашных компаний в облике сабвуферов.

Объемный поршень – теоретический идеал излучающей поверхности, но реализоваться он мог только, если был бы невесомым и абсолютно недеформируемым. На деле из-за высокой массы диффузора-поршня конструкторам приходится бороться за звуковую отдачу как за урожай, а изгибные колебания обычных диффузоров в зонном диапазоне излучения уступают место ничуть не более приятным объемным колебаниям и поперечной “раскачке” тяжелого диффузора.

Исключение (очень, однако, дорогостоящее) здесь составляют сабвуферы Velodyne, где побочные резонансы во многом контролируются знаменитой сервосистемой.

ВЧ головки с мягким куполом

Пищалки с мягкими куполами быстро и почти без сопротивления вытеснили диффузорные ВЧ-излучатели. Шелковые или синтетические купола доминировали затем на рынке высококачественных ВЧ головок, пока их не стали теснить появившиеся в середине 80-х титановые, алюминиевые и стеклопластиковые жесткие купола. Позже мягкие пищалки вернулись, поскольку усовершенствования их конструкции позволили им успешно конкурировать с жесткими.

Излучатель из мягкого материала Acuflex Morel ET 338-104 Elite Tweeter (вес 0,44 г):

Несмотря на радикально иную конструкцию, при которой вся излучающая поверхность находится внутри звуковой катушки, а не снаружи, как у диффузорных головок, мягкие купола появились на свет благодаря той же концепции, которая ответственна за жизнестойкость бумажных диффузоров. Во главу угла здесь поставлена устойчивость к местным резонансам, дающаяся за счет большого внутреннего демпфирования. А недостаток жесткости с разной степенью успеха компенсируют выбором геометрии и оптимизацией толщины материала купола.

Сильные стороны мягких куполов. Прекрасное внутреннее демпфирование создает предпосылки для гладкой АЧХ и образцовой импульсной реакции. Спад АЧХ на верхнем краю рабочего диапазона – довольно плавный, без всплесков и сюрпризов.

Слабые стороны. Ограниченная перегрузочная способность, что накладывает повышенные требования на частоту и/или крутизну спада кроссовера. Высокий профиль купола (по соображениям жесткости) ухудшает диаграмму направленности по сравнению с более приплюснутыми металлическими куполами и часто требует от конструкторов применения рассеивающих акустических линз, а это – потенциальный источник дифракционных искажений АЧХ.

ВЧ головки с металлическим куполом

Подобно тому, как наряду с классическими бумажными диффузорами появлялись и совершенствовались диффузоры высокой жесткости, с появлением купольных пищалок немедленно были предприняты попытки реализовать концепцию жесткого купола. Для начала в ход пошли наиболее жесткие из известных полимеров – майлар (иными словами, лавсан), поликарбонат (материал, из которого изготовляются компакт-диски), тонкий стеклопластик. Ну и, разумеется, после короткого романа с полимерами взгляд конструкторов упал на еще более жесткий материал – металл.

Сверхтонкие купола из титана и алюминия научились делать (разумеется, в Германии) в середине 80-х, используя методы прецизионного электролиза и вакуумного напыления. Типичная характеристика звука металлических куполов (лучших из них) – прозрачное, чистое звучание, приближающееся к безупречности домашних электростатических излучателей.

Подобно НЧ-СЧ головкам с жесткими диффузорами металлические купола начинают показывать свой норов на верхнем краю своего диапазона, что для современных головок – далеко за пределами слышимости, типично 25-30 кГц. На сегодня все без исключения пищалки с металлическими куполами показывают пик АЧХ в ультразвуковой части рабочего диапазона: от 3 дБ у лучших из них до 12 у средних и хуже. Звукового сигнала в этой части диапазона, понятно, нет, но при определенных условиях могут возникнуть условия для интермодуляции этих составляющих с другими, находящимися в звуковом диапазоне. На слух это может восприниматься как действительно “металлический” тембр звучания.

Сильные стороны. Жесткий купол работает без деформаций во всем рабочем диапазоне частот, обеспечивая звучание высокой детальности и прозрачности. Характеристика направленности намного лучше, чем у мягких куполов, как следствие более низкого профиля купола.

Слабые стороны. Характерный ультразвуковой пик АЧХ может привести к неприятному на слух окрашиванию звучания.

Характерно, что практически все фирмы, специализирующиеся на производстве динамиков как основной продукции, имеют в своей гамме ВЧ головки с мягкими текстильными и с жесткими металлическими куполами, поскольку субъективно воспринимаемое звучание у этих излучателей существенно различное, причем и один, и другой тип имеют убежденных приверженцев.

Керамика

Так уж повелось в конце нашего столетия: всюду, где применяется металл в силу присущей ему жесткости, кто-нибудь пробует использовать керамику как имеющую жесткость еще выше. Одной из самых известных компаний по производству динамиков с керамическими излучателями является Accuton. К примеру их НЧ динамик Accuton C173-6-096 с керамическим диффузором:

Акустическая система на керамических динамиках Marten Heritage Duke 2:

Гамма керамических ВЧ излучателей на сегодня довольно узка. Собственно, по большей части они не керамические, а металлокерамические (как зубные протезы). То есть на тонкую металлическую основу наносится еще более тонкий (5 – 10 микрон) слой керамики чистых окислов, обладающей жесткостью и твердостью просто исключительными. Не зря же окислы кремния, алюминия и хрома – известные абразивы. Эффект керамических покрытий – двоякий. Жесткость купола они увеличивают, но незначительно, из-за малой толщины покрытия. Зато твердая излучающая поверхность создает условия для наиболее точного и когерентного излучения на верхних частотах. Focal, преуспев в свое время со среднечастотными излучателями серии Polyglass, где на поверхность бумажного диффузоров наносился слой стеклянных микросфер, повышающих твердость излучающей поверхности, повторил этот трюк на уровне более тонких структур, переделав титановые купола в композитные (титан – двуокись титана). Специалисты очень хвалят, но ныне выпускаемая гамма по конструкции годится только для применения в домашней акустике. Компактные автомобильные керамические пищалки первой выпустила фирма Infinity, и этим выбор на сегодня, собственно, и ограничен.

СОВЕТЫ ПОЛЬЗОВАТЕЛЮ. АКУСТИКА

Диффузор – это, можно так сказать, «лицо» акустической системы. То есть та часть динамиков, которую мы видим, если только ее не закрывает защитная сетка – так называемый гриль. Именно диффузор, движимый катушкой, либо пьезоэлементом (или перемещающийся под действием статического электричества в акустических системах соответствующего типа) и создает те самые звуковые волны, которые мы слышим.

В динамиках традиционной конструкции диффузор изгибается. Поэтому материал, из которого он изготовлен, должен быть гибким и в нем не должны возникать сильные резонансные колебания. Самым распространенным материалом для диффузоров динамиков является бумага. В последние три десятилетия диффузоры делаются также из пластмассы. В акустике высокого класса также применяется композитный материал кевлар.

Динамики с бумажными диффузорами отличаются мягким звучанием, приятным на слух. Однако, переход к CD, а потом и к домашним кинотеатрам обнаружил некоторые недостатки. Так, бумажный диффузор не может «отыграть» весь динамический диапазон записи на CD. Многие спецэффекты скрадываются или звучат вяло при воспроизведении сигнала динамиками с бумажными диффузорами. Пластмассовые диффузоры позволяют достичь большего динамизма в звучании, но при этом звук уже не столь приятный на слух, как в случае бумажных диффузоров – пластмасса вносит некоторую «отсебятину». Что же касается кевлара, то он очень дорог.

Можно ли решить проблему, сделав диффузор из металла? Для начала разберемся, почему металл не применялся для изготовления диффузоров раньше. Основная причина – в нем возникают резонансные колебания, оказывающие значительное влияние на качество звука. Вот, кстати, откуда и пошло выражение «металлическое звучание» – это когда на амплитудно-частотной характеристике появляются «выбросы» или «провалы», обусловленные резонансами. Хотя именно на хороших резонансных свойствах металлических предметов основан принцип действия множества музыкальных инструментов – тех же колокольчиков, например.

Металлические диффузоры применялись раньше в основном на высоких частотах. Там «металлическая» окраска практически не проявлялась. Что же касается средних и низких частотах, то здесь в динамиках использовались другие материалы. Нет, конечно, были экспериментальные прототипы и даже мелкосерийные изделия, но в массовое производство динамики с металлическими диффузорами не пошли.

Чтобы обеспечить качественное звучание динамика с металлическим диффузором, погасить резонансные колебания в диффузоре и сделать его максимально жестким. Это может быть достигнуто, например, добавлением ребер жесткости с тыльной стороны диффузора. Значительного снижения уровня резонансных колебаний можно достичь, изготовив диффузор из металла и нескольких слоев других материалов, сложенных «сэндвичем». Есть и другие способы уменьшения резонансов. Обычно применяется одновременно несколько способов.

Металлический диффузор закрепляется на гибком подвесе, изготовленном из резины или эластичной пластмассы. В результате диффузор двигается вперед-назад, не изгибаясь, словно поршень. У такой конструкции много преимуществ. Динамик почти не вносит в звучание «отсебятины», поскольку диффузор не изгибается. Можно обеспечить широкий диапазон воспроизводимых частот при диаметре диффузора значительно меньшим, чем при использовании иных материалов. Наконец, такой диффузор обладает высокой механической прочностью. Благодаря этому в акустических системах можно обходиться без грилей, которые, хоть и немного, но все же ухудшают качество звучания, и не бояться при этом, что динамики могут быть случайно повреждены.

Несмотря на все преимущества металлических диффузоров, у конструкторов оставалось некоторое предубеждение к ним. Такое же предубеждение, основанное на чисто бытовых представлениях, было и у потребителей. А это означало, что и нечего было пытаться двигаться в данном направлении – рынок бы все равно не воспринял бы новинку. Ситуацию смогли изменить только свежие веяния, пришедшие из компьютерной индустрии.

Яблочное влияние

В 1998 году компания Apple выпустила компьютер iMac. Помимо простоты использования, его также отличал необычный дизайн. Корпус компьютера был сделан частично прозрачным и пользователь мог видеть, что находится внутри. Многие другие аксессуары к компьютеру iMac выпускались в том же стиле. Однако, с колонками была некоторая проблема. Чтобы обеспечить высокое качество звука, нужно было использовать динамики большого размера. Однако, громоздкие динамики, видные через прозрачный корпус, начисто разрушили бы концепцию «воздушного» дизайна. Значит, требовалось найти такое решение, чтобы динамики были бы маленькими, но при этом хорошо звучали.

За разработку акустических систем для iMac взялся известный производитель акустики высокого класса компания harman/kardon. И вот здесь нашлось применение металлическим диффузорам. В 2000 году был выпущен комплект акустических систем harman/kardon Soundsticks, состоящий из сабвуфера и двух сателлитов. Все они были прозрачными. Усовершенствованный вариант этих колонок, называемый harman/kardon Soundsticks II, выпускается и поныне.

Появление harman/kardon Soundsticks вызвало настоящий фурор. Как с точки зрения дизайна, так и с точки зрения звука. Если раньше компьютерные колонки были чем-то второсортным, то Soundsticks обеспечивал качество звучания лучше, чем у многих акустических систем класса Hi-Fi. На успех Soundsticks сразу обратили внимание другие производители акустики и также стали использовать металлические диффузоры.

Металл в Hi-Fi и high-end

Сейчас колонки, в которых используются динамики с металлическими диффузорами, предлагают несколько ведущих производителей. Среди них особенно стоит отметить Klipsсh. Этот довольно консервативный производитель high-end акустики использует металлические диффузоры в своей новой серии референсных акустических систем (т.е. акустических систем, звучание которых можно принять за эталонное). Новейшей разработкой Klipsch в этой области является серия стереофонических колонок Palladium. Совершенно естественным было использование металлических диффузоров компанией JBL, входящей c harman/kardon в единый холдинг. Компания Bowers&Wilkins выпустила серию акустических систем, в которой для воспроизведения басов используются диффузоры со структурой «сэндвича», в который входят алюминий, кевлар и бумага. Правда, в топовых моделях, выпускаемых компанией, по-прежнему используется кевлар. Свои модели акустических систем с металлическими диффузорами представила компания KEF.

Особенности звучания металлических диффузоров

Звучание металлических диффузоров можно оценивать по-разному. Что касается «винила», то об инсталляциях, где использовались бы «вертушка» совместно с колонками, в которых применены металлические диффузоры, пока ничего не известно. Возможно, причина в консерватизме, свойственном ценителям «винила». Или же в том, что «виниловый» тракт воспроизведения изначально ориентирован на использование бумажных диффузоров. В любом случае, даже если металлические диффузоры здесь ничего и не ухудшат, то значительный выигрыш здесь вряд ли получите. Но следует отметить, что на таких колонках хорошо воспроизводятся записи с цифровых источников. Металлический диффузор снимает многие проблемы, связанные с цифровым звуком (вспомним про компьютерные колонки, от которых все и пошло). Поскольку цифровые технологии записи звука, хотим мы того или нет, сейчас широко распространены, то металлические диффузоры имеют хорошие перспективы.

Размышления о материале СЧ/НЧ-диффузора, как о факторе при выборе АС

Часто при обсуждении той или иной АС, встречается мнение о её звучании, исходя из материала диффузоров средне- и низкочастотных динамиков. Так ли это?

Сохранить и прочитать потом —

Регулярно общаясь с аудиофилами практически всех мастей (от совершенно небогатых до весьма обеспеченных, а также с домашниками и автомобилистами) нередко поднимается вопрос материала диффузора. Принято считать, что бумага — это самый лучший материал для СЧ/НЧ-динамиков. Но почему же тогда далеко не все производители его используют? Могу поделиться лишь собственным мнением, основанным на двадцатилетнем опыте прослушивания, тестирования и изучения на потребительском уровне влияния материала диффузора на звучание. Почему бумага — лидер? Всё весьма просто: у этого материала просто наилучшее сочетание характеристик и цены, к тому же именно из неё делали подавляющее большинство диффузоров в самом начале производства динамиков. А т.к. опять же многие аудиофилы не без доли справедливости считают, что раньше трава была зеленее, деревья выше, звучало лучше, то конечно же и бумага будет считаться лучшим для звука. Тем не менее, этот материал крайне часто сейчас используется по двум причинам: цена и маркетинг. Но я считаю, что нельзя рассматривать влияние материала диффузора на звучание отдельно не то, что от конструкции динамика, но и вообще от акустической системы.

К примеру, послушайте «общественно-резонансные» в последнее время Heco Einklang. Широкополосник на бумаге имеет вполне себе современную АЧХ. А всё дело в волшебных пузырьках кроссовере (хотя, казалось бы, зачем он одному динамику?): он просто прижимает середину, поэтому и бумага звучит как современный двухполосник. Посмотрите на многие профессиональные АС: о живости и утончённости (эти свойства любят присваивать бумаге аудиофилы) не может быть и речи, хотя диффузор бумажный. Даже «слышавшие звон, но не знающие, где он» автолюбители с пеной у рта защищают наидешёвейшие бумажные штатные динамики, искренне веря, что производитель заботится о покупателях, в то время, как последний искал варианты максимально удешевить свою продукцию.

Для маркетологов бумага — это хороший и недорогой способ попытаться причислить свой продукт к «илитарному» (с) классу. Однако даже в бюджетном классе уже много акустических систем, которые имеют полимерные диффузоры.

Когда кто-то с презрением или снобизмом говорит о пластиковом звуке динамиков с полимерными диффузорами, я сразу понимаю: передо мной дилетант-позёр, которому не посчастливилось услышать нормальные АС с небумажными диффузорами. Моё первое образование было связано с производством изделий из полимерных материалов и я знаю, что можно создать полимерный диффузор и лучше, и крепче бумаги. Вопрос останется за ценой: она будет весьма высокой. Впрочем, яркий пример удачных «полимерных» АС — Wilson Audio.

Спорные по звуку Focal, применяющие композиционные материалы, всё равно так или иначе далеко не провальный продукт. Или кто-то может похвастаться тем, что слышит «льняную» окраску динамиков FLAX (между прочим, лён там между двумя слоями стеклоткани, что покажет всю глупость такого «слухача»).

Нелишним будет отметить и небезызвестные «алюминиевые» мониторы от Acoustic Energy. Есть люди, которые скажут, что эти системы плохо звучат? Или это просто показатель того, что не отвечают вкусу таких людей? И таких вариантов «незвучащих» материалов можно найти множество. О какой тогда объективности новоявленных «материаловедов» может идти речь?

Поэтому я считаю доводы людей, восхваляющих тот или иной материал диффузора в отрыве от акустической системы в целом, как совершенно необъективными. Уж что-что, а материал диффузора совсем не является даже обычным фактором для выбора АС и тем более — решающим.

Подготовлено по материалам портала «Stereo & Video», июль 2018 г. www.stereo.ru

Поделитесь статьёй:

Материал диффузора динамиков

При сборке диффузора динамика 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 динамика 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.

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 динамика 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 головки, 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 динамика. 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 головок 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 динамического громкоговорителя 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 громкоговорителя 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.

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.