Динамическая головка

Громкоговорители, использующие динамическую головку, узнаваемы по характерным для них конусам и куполам. Популярность динамических головок вызвана их многочисленными достоинствами: широким динамическим диапазоном, высоким уровнем чувствительности и мощности, сравнительно простой конструкцией и достаточной прочностью. Динамические головки также называют точечными преобразователями, поскольку звук создается в точечной (компактной) области пространства.

Акустические системы используют комбинацию динамических головок различного размера. Низкие частоты воспроизводятся НЧ-головкой с бумажным или пластмассовым конусом. Высокие частоты излучаются ВЧ-головкой, обычно использующей небольшой металлический или матерчатый купол. В акустических системах часто используется и третий динамик, СЧ-головка — специально для воспроизведения средних частот звукового диапазона.

Несмотря на очень разные конструкции этих головок, все они работают по одному принципу (рис. 7-2). Вначале приведем его упрощенное описание.

Что такое High-end и Hi-fi?

Электрический ток от усилителя мощности поступает в обмотку звуковой катушки головки. Этот ток создает магнитное поле вокруг звуковой катушки, пульсирующее с той же частотой, что и звуковой сигнал. Звуковая катушка находится в постоянном магнитном поле, создаваемом внутри головки постоянными магнитами. Это поле взаимодействует с магнитным полем, которое наводит ток, проходящий через звуковую катушку. Переменное магнитное поле заставляет звуковую катушку двигаться вперед и назад. Поскольку звуковая катушка прикреплена к конусу головки, она передает ему колебательные движения. Двигаясь вперед и назад, конус создает звуковые колебания. Так рождается звук.

В техническом плане, звуковая катушка — это проводник определенной длины, намотанный на тонкий цилиндр, называемый каркасом. Каркас прикреплен к диафрагме (конусу или куполу). Электрический ток от усилителя протекает через звуковую катушку, которая находится в постоянном магнитном поле; магнитный поток, возникаюший в катушке, пронизывает зазор между двумя постоянными магнитами.

Согласно существующему в физике "правилу правой руки", ток, проходя по обмотке звуковой катушки, создает магнитное поле, направленное вдоль ее оси. Взаимодействие изменяющегося поля звуковой катушки и неизменного магнитного поля в зазоре создает осевые силы, которые перемещают ее вместе с диафрагмой вперед и назад. Чем быстрее изменяется звуковой сигнал, тем быстрее движется диафрагма и тем выше частота воспроизводимого звука. По понятным причинам, динамические головки также называют магнитоэлектрическими головками.

В число других элементов динамической головки входит центрирующая шайба, которая удерживает звуковую катушку при ее движении точно в середине зазора магнитной системы. Диффузородержатель изготовлен из металла литьем или штамповкой и обеспечивает поддержку всех элементов конструкции. Литые держатели обычно используются в высококачественных громкоговорителях, а штампованные — в недорогих моделях. Кольцо из эластичного (типа резины) материала, называемое подвесом, крепит конус к ободу диффузородержателя. Подвес позволяет конусу перемещаться вперед и назад вдоль его оси. Максимальное расстояние, на которое конус отклоняется вперед и назад, называется максимальным смещением.

Для изготовления конуса обычно применяется бумага, бумага с пропиткой, повышающей жесткость, различные пластмассы (например, полипропилен), а также новые композитные материалы — такие как кевлар. Металл (в частности, титан) также используется в конусах динамических головок, состоящих из нескольких слоев различных материалов.

Разработчики используют жесткие материалы для предотвращения деформаций, называемых волнами изгиба. Они возникают в том случае, когда материал конуса изгибается, вместо того, чтобы перемещаться, как идеальный поршень. Из-за того, что конус приводится в движение силами, приложенными к небольшому (размером со звуковую катушку) участку его внутренней части, появляется тенденция к образованию деформации изгиба. Высокая жесткость материалов конуса помогает предотвратить ее возникновение. Несмотря на то, что все динамические головки на определенной частоте имеют склонность к появлению волн изгиба, компетентный разработчик громкоговорителя гарантирует, что головка не будет приводиться в движение сигналами, которые могли бы вызвать образование таких волн. Например, если первая мода изгиба НЧ-головки соответствует частоте 4 кГц, то разработчик будет рассчитывать на ее звучание в диапазоне частот не больше 2 кГц, далеко отстоящем от частоты изгиба.

Конус громкоговорителя должен быть одновременно легким и прочным. Более легкий конус менее инерционен, что позволяет ему быстрее реагировать на изменяющиеся сигналы и быстрее останавливаться после затухания сигнала.

Представьте звук, возникающий при ударе в барабан. Большой и тяжелый конус может оказаться неспособным двигаться настолько быстро, чтобы воспроизводить звуковую атаку, тем самым ослабляя динамику удара барабана. Аналогично, после окончания звука удара, тяжелая масса конуса стремится продолжать движение. Поэтому разработчики громкоговорителей ищут материалы для конуса, в которых сочетались бы жесткость с малой массой. Многие достижения в разработке акустических систем за прошедшие 15 лет явились результатом поиска оптимальных материалов.

ВЧ-головки работают по тому же принципу, но вместо конуса в них обычно используется купол размером около двух с половиной сантиметров. Для изготовления куполов обычно используется пластмасса, ткань с резиновым покрытием, титан, алюминий и его сплавы, а также алюминий с золото-платиновым покрытием. В противоположность головкам с конусным диффузором, приводимым в движение у вершины конуса, купольные диафрагмы приводятся в движение силами, приложенными к внешнему периметру купола. В большинстве купольных ВЧ-головок используются феррожидкости — жидкие охладители, применяемые для отвода тепла от звуковой катушки. В современных удачно сконструированных купольных ВЧ-головках первая мода волн изгиба наступает на частоте более 25 кГц, достаточно удаленной от слышимого звукового диапазона.

СЧ-головки представляют собой уменьшенные варианты НЧ-головки с диффузором в форме конуса. Впрочем, в некоторых СЧ-головках используются и купольные диафрагмы.