Твитер

Высокочастотный (обычно купольный, обратный или высокочастотный динамик — это особый тип громкоговорителя купол или рупорный тип), который предназначен для воспроизведения высоких звуковых частот, обычно до 100 кГц. Название происходит от высоких звуков, издаваемых некоторыми птицами (чириканье), особенно в отличие от низкого гавканья, издаваемого многими собаками , в честь которых названы низкочастотные излучатели ( вуферы ).

Операция

Почти все твитеры представляют собой электродинамические динамики, в которых используется звуковая катушка , подвешенная в фиксированном магнитном поле. Эти конструкции работают путем подачи тока с выхода схемы усилителя на катушку провода, называемую звуковой катушкой . Звуковая катушка создает переменное магнитное поле, которое действует против постоянного магнитного поля постоянного магнита, вокруг которого подвешена цилиндрическая звуковая катушка, заставляя звуковую катушку и прикрепленную к ней диафрагму двигаться. Это механическое движение напоминает форму электронного сигнала, поступающего с выхода усилителя на звуковую катушку. Поскольку катушка прикреплена к диафрагме, вибрационное движение звуковой катушки передается диафрагме; диафрагма, в свою очередь, вибрирует воздух, создавая тем самым движения воздуха или звуковые волны, которые слышны как высокие звуки.

Современные твитеры обычно отличаются от старых твитеров, которые обычно представляли собой уменьшенные версии низкочастотных динамиков . По мере развития технологии твитеров стали популярными различные приложения для проектирования. Многие диафрагмы твитеров с мягким куполом изготавливаются термоформованием из полиэфирной пленки, шелка или полиэфирной ткани, пропитанной полимерной смолой. Твитеры с жестким куполом обычно изготавливаются из алюминия, алюминиево-магниевых сплавов или титана.

Твитеры предназначены для преобразования электрического сигнала в механическое движение воздуха без каких-либо добавлений или вычитаний, но этот процесс несовершенен, и реальные твитеры требуют компромиссов. Среди проблем при проектировании и производстве твитеров можно назвать: обеспечение адекватного демпфирования, чтобы быстро остановить движение купола после прекращения сигнала; обеспечение линейности подвески, обеспечивающей высокую выходную мощность в нижней части частотного диапазона; обеспечение свободы от контакта с магнитным узлом, удержание купола по центру при его движении; и обеспечение адекватной мощности без увеличения массы. Твитеры способствуют сбалансированному и насыщенному звуку, фокусируясь на более высоких звуковых частотах. ^[1]

Твитеры также могут работать совместно с низкочастотными динамиками, которые отвечают за генерацию низких частот или басов. ^[2]

Некоторые высокочастотные динамики расположены за пределами основного корпуса в собственном полунезависимом блоке. Примеры включают « супертвитеры » и роман Ома «Яичный твитер» . Последний подключается и поворачивается для регулировки звукового поля в зависимости от положения слушателя и предпочтений пользователя. Расстояние от перегородки считается оптимальным согласно теории, согласно которой для высокочастотных динамиков оптимальна наименьшая перегородка. ^[3]

Диапазон

Большинство твитеров предназначены для воспроизведения частот до формально определенного верхнего предела диапазона человеческого слуха (обычно указываемого как 20 кГц); некоторые работают на частотах примерно от 5 до 20 кГц. Твитеры с более широким верхним диапазоном были разработаны для психоакустического тестирования, для цифрового звука расширенного диапазона, такого как Super Audio CD, предназначенного для аудиофилов , для биологов, выполняющих исследования реакции животных на звуки, а также для систем окружающего звука в зоопарках. Были созданы ленточные твитеры, способные воспроизводить частоту 80 кГц. ^[4] и даже 100 кГц. ^[5]

Материалы купола

Все купольные материалы имеют свои преимущества и недостатки. Три свойства, которые проектировщики ищут в куполах, — это малая масса, высокая жесткость и хорошее демпфирование. Celestion были первыми производителями, которые изготовили купольные твитеры из металла и меди . В настоящее время используются другие металлы, такие как алюминий , титан , магний и бериллий , а также различные их сплавы, которые одновременно легкие и жесткие, но имеют низкое демпфирование; их резонансные моды возникают выше 20 кГц. Более экзотические материалы, такие как синтетический алмаз , также используются из-за их чрезвычайной жесткости. Пленка из полиэтилентерефталата и тканый шелк страдают от меньшего звона, но они не такие жесткие, что может ограничивать их очень высокочастотную выходную мощность.

В целом купольные твитеры меньшего размера обеспечивают более широкое рассеивание звука на самых высоких частотах. Однако купольные твитеры меньшего размера имеют меньшую площадь излучения, что ограничивает их выходную мощность в нижней части диапазона; и у них есть звуковые катушки меньшего размера, что ограничивает их общую выходную мощность.

Феррожидкость

Феррожидкость представляет собой суспензию очень маленьких (обычно 10 нм) магнитных частиц оксида железа в жидкости с очень низкой летучестью , обычно в синтетическом масле. Широкий диапазон вариантов вязкости и магнитной плотности позволяет разработчикам добавлять демпфирование, охлаждение или и то, и другое. Феррожидкость также помогает центрировать звуковую катушку в магнитном зазоре, уменьшая искажения. Жидкость обычно впрыскивается в магнитный зазор и удерживается на месте сильным магнитным полем. Если твитер подвергался воздействию повышенных уровней мощности, происходит некоторое загустение феррожидкости, поскольку часть жидкости-носителя испаряется. В крайних случаях это может ухудшить качество звука и уровень выходного сигнала твитера, поэтому жидкость необходимо удалить и установить новую жидкость.

Профессиональные звуковые приложения

Твитеры, предназначенные для усиления звука и использования музыкальных инструментов, во многом похожи на высокочастотные динамики, хотя их обычно называют не твиттерами, а «высокочастотными динамиками». Ключевые различия в требованиях к конструкции: крепления, рассчитанные на повторную транспортировку и транспортировку, динамики, часто монтируемые на рупорные конструкции, чтобы обеспечить более высокие уровни звука и больший контроль над рассеиванием звука, а также более надежные звуковые катушки, способные выдерживать обычно встречающиеся более высокие уровни мощности. Высокочастотные динамики в рупорах PA часто называют « компрессионными драйверами » из-за режима акустической связи между диафрагмой динамика и горловиной рупора.

В конструкции диафрагм компрессионного динамика используются различные материалы, в том числе титан, алюминий, ткань с фенольной пропиткой, полиимид и ПЭТ-пленка , каждый из которых имеет свои особенности. Диафрагма приклеена к каркасу звуковой катушки, обычно изготовленному из материала, отличного от материала купола, поскольку она должна выдерживать нагрев без разрывов или значительных изменений размеров. полиимидная пленка, номекс Для этого применения популярны и стекловолокно. Подвеска может быть продолжением диафрагмы и приклеена к монтажному кольцу, которое может входить в паз, над установочными штифтами или крепиться крепежными винтами. Диафрагма обычно имеет форму перевернутого купола и загружается в ряд конических каналов в центральной структуре, называемой фазовой заглушкой , которая уравнивает длину пути между различными областями диафрагмы и горловиной рупора, предотвращая акустическое подавление между различными точками на поверхность диафрагмы. Фазовая заглушка выходит в коническую трубку, которая образует начало самого рупора. Это медленно расширяющееся горло внутри водителя продолжается в звуковом сигнале. Раструб рупора управляет диаграммой направленности или направленностью и, выступая в качестве акустического преобразователя, увеличивает усиление. Комбинация профессионального рупора и компрессионного динамика имеет выходную чувствительность от 105 до 112 дБ/Вт/метр. Это существенно более эффективно (и менее термически опасно для небольшой звуковой катушки и других устройств), чем другие конструкции твитеров.

Типы твитеров

Конусный твитер

Конусные твитеры имеют ту же базовую конструкцию и форму, что и низкочастотный динамик, но оптимизированы для работы на более высоких частотах. Оптимизации обычно следующие:

очень маленький и легкий конус, позволяющий быстро двигаться;
материалы диффузора, выбранные с учетом жесткости (например, керамические конусы в линейке одного производителя) или хороших демпфирующих свойств (например, бумага, шелк или ткань с покрытием) или того и другого;
подвеска (или крестовина), более жесткая, чем у других драйверов — для воспроизведения высоких частот нужна меньшая гибкость;
небольшие звуковые катушки (обычно 3/4 дюйма) и легкий (тонкий) провод, который также помогает диффузору твитера быстро двигаться.

Конусные высокочастотные динамики были популярны в старых стереодинамиках Hi-Fi, разработанных и изготовленных в 1960-х и 1970-х годах в качестве альтернативы купольным высокочастотным динамикам (которые были разработаны в конце 1950-х годов). Сегодня конусные твитеры зачастую относительно дешевы, но многие из них в прошлом были высокого качества, например, производства Audax/Polydax, Bozak, CTS, JBL, Tonegen и SEAS. Эти винтажные конусные твитеры продемонстрировали очень ровную частотную характеристику, низкий уровень искажений, быструю переходную характеристику, низкую резонансную частоту и плавный спад низких частот, что упрощает конструкцию кроссовера.

Типичными для эпохи 1960-х/1970-х годов были твитеры CTS с конусным диффузором с «фенольным кольцом», демонстрировавшие ровную характеристику от 2000 до 15 000 Гц, низкий уровень искажений и быструю переходную характеристику. Твитер CTS с «фенольным кольцом» получил свое название от подвесного кольца оранжевого цвета, изготовленного из фенольного материала. Он использовался во многих марках и моделях известных винтажных колонок и был устройством средней цены.

Конусные твитеры имеют более узкую дисперсионную характеристику, такую же, как и у конусного вуфера. Поэтому многие дизайнеры считали, что это делает их хорошим сочетанием с диффузорами средних и низкочастотных динамиков, обеспечивая превосходное стереоизображение. Однако «зона наилучшего восприятия», создаваемая узкой дисперсией конических твитеров, невелика. Динамики с конусными твитерами обеспечивали наилучшее стереоизображение, когда располагались в углах комнаты, что было обычной практикой в 1950-х, 1960-х и начале 1970-х годов.

В 1970-х и 1980-х годах широкое распространение аудиофильских дисков более высокого качества и появление компакт-дисков привели к падению популярности конических твитеров, поскольку конические твитеры редко выходят за рамки 15 кГц. Аудиофилы считали, что конусным твитерам не хватает «воздушности» купольных твитеров или других типов. Тем не менее, многие высококлассные конусные твитеры производились ограниченным тиражом компаниями Audax, JBL и SEAS до середины 1980-х годов.

Конусные высокочастотные динамики в настоящее время редко используются в современной Hi-Fi системе и обычно встречаются в недорогих устройствах, таких как заводские автомобильные динамики, компактные стереосистемы и бумбоксы. Некоторые производители эксклюзивных акустических систем недавно вернулись к высококачественным ВЧ-динамикам с диффузором, особенно к моделям CTS с фенольным кольцом, чтобы создать продукт с винтажным звучанием.

Купольный твитер

Купольный высокочастотный динамик сконструирован путем прикрепления звуковой катушки к куполу (сделанному из плетеной ткани, тонкого металла или другого подходящего материала), который крепится к магниту или верхней пластине с помощью подвески с низкой податливостью. Эти твитеры обычно не имеют рамы или корзины, а имеют простую переднюю пластину, прикрепленную к магнитному узлу. Купольные высокочастотные динамики классифицируются по диаметру звуковой катушки и варьируются от 19 мм (0,75 дюйма) до 38 мм (1,5 дюйма). Подавляющее большинство купольных твитеров, используемых в настоящее время в акустических системах Hi-Fi, имеют диаметр 25 мм (1 дюйм).

Разновидностью является кольцевой излучатель, в котором «подвеска» конуса или купола становится основным излучающим элементом. Эти твитеры имеют другие характеристики направленности по сравнению со стандартными купольными твитерами.

Пьезо-твитер

Пьезо- (или пьезоэлектрический ) твитер содержит пьезоэлектрический кристалл, соединенный с механической диафрагмой. Звуковой сигнал подается на кристалл, который реагирует изгибанием пропорционально напряжению, приложенному к поверхностям кристалла, преобразуя таким образом электрическую энергию в механическую.

Преобразование электрических импульсов в механические вибрации и преобразование возвращаемых механических колебаний обратно в электрическую энергию является основой ультразвукового контроля. Активный элемент является сердцем преобразователя, поскольку он преобразует электрическую энергию в акустическую и наоборот. Активный элемент по сути представляет собой кусок поляризованного материала (т.е. некоторые части молекулы заряжены положительно, а другие части молекулы заряжены отрицательно) с электродами, прикрепленными к двум его противоположным сторонам. Когда к материалу прикладывается электрическое поле, поляризованные молекулы выравниваются по электрическому полю, что приводит к образованию индуцированных диполей внутри молекулярной или кристаллической структуры материала. Такое выравнивание молекул приведет к изменению размеров материала. Это явление известно как электрострикция . Кроме того, постоянно поляризованный материал, такой как кварц (SiO ₂ ) или титанат бария (BaTiO ₃ ), будет создавать электрическое поле, когда материал меняет размеры в результате приложенной механической силы. Это явление известно как пьезоэлектрический эффект .

Пьезо-твитеры редко используются в высококачественном аудио из-за их низкой точности, хотя они присутствовали в некоторых высококачественных конструкциях конца 70-х, таких как Celef PE1, в котором они использовались в качестве супертвитера в сочетании с обычный купольный твитер. Их часто используют в игрушках, зуммерах, сигнализациях, корпусах динамиков для бас-гитары, дешевых компьютерных или стереодинамиках, а также в рупорах громкой связи. ^{[ нужна ссылка ]}

Ленточный твитер

В ленточном твитере используется очень тонкая диафрагма (часто из алюминия или, возможно, металлизированной пластиковой пленки), которая поддерживает плоскую катушку, часто изготовленную путем осаждения паров алюминия, подвешенную в мощном магнитном поле (обычно создаваемом неодимовыми магнитами) для воспроизведения высоких частот. Развитие ленточных твитеров более или менее последовало за развитием ленточных микрофонов . Лента изготовлена из очень легкого материала и поэтому способна развивать очень высокое ускорение и расширенный диапазон высоких частот. Ленты традиционно неспособны обеспечить высокую производительность (основной причиной являются большие зазоры между магнитами, приводящие к плохой магнитной связи). Но более мощные версии ленточных твитеров становятся обычным явлением в крупномасштабных системах линейного массива звукоусиления, которые могут обслуживать многотысячную аудиторию. Они привлекательны в этих приложениях, поскольку почти все ленточные твитеры обладают полезными свойствами направленности, с очень широкой горизонтальной дисперсией (покрытием) и очень узкой вертикальной дисперсией. Эти динамики можно легко сложить вертикально, образуя высокочастотный линейный массив, который создает высокие уровни звукового давления гораздо дальше от расположения динамиков, чем обычные твитеры.

Планарный магнитный твитер

Некоторые разработчики громкоговорителей используют планарный магнитный твитер, иногда называемый квазилентой. Планарные магнитные твитеры, как правило, дешевле, чем настоящие ленточные твитеры, но они не совсем эквивалентны, поскольку лента из металлической фольги легче, чем диафрагма в планарном магнитном твитере, а магнитные структуры разные. тонкий кусок ПЭТ-пленки Обычно используется или пластика с проводом звуковой катушки, проходящим несколько раз вертикально по материалу. Магнитная конструкция дешевле, чем у ленточных твитеров.

Электростатический твитер

Электростатический полнодиапазонный твитер работает по тем же принципам, что и электростатический динамик или пара электростатических наушников. В этом типе динамика используется тонкая диафрагма (обычно пластиковая и обычно ПЭТ- пленка) с тонким проводящим покрытием, подвешенная между двумя экранами или перфорированными металлическими листами, называемыми статорами.

Выход усилителя возбуждения подается на первичную обмотку повышающего трансформатора со вторичной обмоткой с центральным отводом, а между центральным отводом трансформатора и диафрагмой подается очень высокое напряжение — от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт. Электростатика этого типа обязательно включает в себя источник питания высокого напряжения, обеспечивающий используемое высокое напряжение. Статоры подключаются к остальным клеммам трансформатора. Когда звуковой сигнал подается на первичную обмотку трансформатора, статоры электрически смещаются по фазе на 180 градусов, поочередно притягивая и отталкивая диафрагму.

Необычный способ управления электростатическим динамиком без трансформатора заключается в подключении пластин двухтактного лампового усилителя непосредственно к статорам и источнике высокого напряжения между диафрагмой и землей.

Электростатика снижает гармонические искажения четного порядка благодаря своей двухтактной конструкции. Они также имеют минимальные фазовые искажения. Конструкция довольно старая (первоначальные патенты датируются 1930-ми годами), но занимает очень небольшой сегмент рынка из-за высокой стоимости, низкой эффективности, большого размера для полнодиапазонных конструкций и хрупкости.

АМТ твитер

Твитер Air Motion Transformer работает, выталкивая воздух перпендикулярно гофрированной диафрагме. Его диафрагма представляет собой сложенные складки пленки (обычно ПЭТ) вокруг алюминиевых стоек, удерживаемых в сильном магнитном поле. В последние десятилетия ESS of California выпустила серию гибридных громкоговорителей, использующих такие твитеры наряду с обычными низкочастотными динамиками, назвав их преобразователями Heil в честь их изобретателя Оскара Хайля . Они способны выдавать значительные уровни мощности и гораздо более прочны, чем электростатические или ленточные, но имеют аналогичные движущиеся элементы с малой массой.

Большинство современных драйверов AMT, используемых сегодня, по эффективности и частотной характеристике аналогичны оригинальным разработкам Оскара Хейла 1970-х годов.

Рупорный твитер

Рупорный твитер — это любой из вышеперечисленных твитеров, соединенных с расширяющейся или рупорной конструкцией. Рупоры используются для двух целей — для контроля дисперсии и для соединения диафрагмы твитера с воздухом для повышения эффективности. В любом случае твитер обычно называют драйвером сжатия и он сильно отличается от более распространенных типов твитеров (см. выше). При правильном использовании рупор улучшает внеосевой отклик твитера, контролируя (т. е. уменьшая) направленность твитера. Это также может повысить эффективность твитера за счет объединения относительно высокого акустического сопротивления динамика с более низким сопротивлением воздуха. Чем больше рупор, тем на более низких частотах он может работать, поскольку большие рупоры обеспечивают связь с воздухом на более низких частотах. Существуют различные типы рупоров, в том числе радиальные и постоянной направленности (CD). Рупорные твитеры могут иметь несколько «иную» звуковую характеристику, чем простые купольные твитеры. Плохо спроектированные рупоры или рупоры с неправильным пересечением имеют предсказуемые проблемы с точностью выходного сигнала и нагрузкой, которую они представляют на усилитель. Возможно, обеспокоенные имиджем плохо спроектированных рупоров, некоторые производители используют твитеры с рупором, но избегают использования этого термина. Их эвфемизмы включают «эллиптическая апертура», «Полурупор» и «Управляемая направленность». Тем не менее, это разновидность рупорной нагрузки.

Плазменный или ионный твитер

Поскольку ионизированный газ электрически заряжен и им можно манипулировать с помощью переменного электрического поля, можно использовать небольшую сферу плазмы в качестве твитера. Такие твитеры называются плазменными твитерами или ионными твитерами. Они могут быть более сложными, чем другие твитеры (в других типах генерация плазмы не требуется), но имеют то преимущество, что движущаяся масса оптимально мала - если не относительно невесома и поэтому очень чувствительна к входному сигналу. Ранние модели этих твитеров не были способны ни на высокую выходную мощность, ни на воспроизведение очень высоких частот, и поэтому обычно использовались в горловине рупорной конструкции для управления пригодными для использования уровнями выходной мощности. Одним из недостатков является то, что плазменная дуга может производить озон и NOx , ядовитые газы, в небольших количествах в качестве побочного продукта. Из-за этого динамики Magnat «magnasphere» немецкого производства были запрещены к ввозу в США в 1980-х годах. В любой современной конструкции используются катализаторы, позволяющие снизить выход газа до ничтожных количеств.

В прошлом доминирующим производителем в США был DuKane недалеко от Сент-Луиса, который производил Ionovac; также продается в британском варианте как Ionophone. Electro-Voice в течение короткого времени изготовил модель по лицензии вместе с DuKane у изобретателя Зигфрида Кляйна. Эти ранние модели были привередливы и требовали регулярной замены ячейки, в которой генерировалась плазма (в установке ДюКейна использовалась прецизионно обработанная кварцевая ячейка). В результате они были дорогими по сравнению с другими конструкциями. Те, кто слышал Ionovacs, сообщают, что в разумно спроектированной акустической системе высокие частоты были «воздушными» и очень детальными, хотя высокая мощность была невозможна.

В 1980-х годах в динамике Plasmatronics также использовался плазменный твитер, хотя производитель просуществовал недолго, и было продано очень мало этих сложных устройств.

См. также

Ссылки

^ «Как подключить твитеры к динамикам: пошаговое руководство [2023]» . АудиоФаворит .
^ "Дом" . Как Стерео . Проверено 30 января 2019 г.
^ «Чикаго Трибьюн: новости Чикаго, спорт, погода, развлечения» .
^ Калфорд, МБ (июнь 1987 г.). «Слух летучих лисиц (Chiropterae: Pteropodidae)» . Австралийское общество млекопитающих : 97.
^ «Супер-твитер — описание патента США 7031488» . Архивировано из оригинала 12 июня 2011 г. Проверено 11 февраля 2012 г.

[1] «Как подключить твитеры к динамикам: пошаговое руководство [2023]» . АудиоФаворит .

[2] "Дом" . Как Стерео . Проверено 30 января 2019 г.

[3] «Чикаго Трибьюн: новости Чикаго, спорт, погода, развлечения» .

[4] Калфорд, МБ (июнь 1987 г.). «Слух летучих лисиц (Chiropterae: Pteropodidae)» . Австралийское общество млекопитающих : 97.

[5] «Супер-твитер — описание патента США 7031488» . Архивировано из оригинала 12 июня 2011 г. Проверено 11 февраля 2012 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]