Электродинамический драйвер динамика

Электродинамический драйвер динамика , часто называемый просто драйвером динамика, если тип неявно указан, представляет собой отдельный преобразователь , который преобразует электрический аудиосигнал в звуковые волны . Хотя этот термин иногда используется как взаимозаменяемый с термином динамик ( громкоговоритель ), он обычно применяется к специализированным преобразователям, которые воспроизводят только часть слышимого диапазона частот. Для высокоточного воспроизведения звука в одном корпусе часто монтируют несколько громкоговорителей , каждый из которых воспроизводит разную часть слышимого диапазона частот. В этом случае отдельные динамики называются динамиками , а все устройство — динамиком . Драйверы, предназначенные для воспроизведения высоких звуковых частот, называются твитерами , драйверы для средних частот называются драйверами среднего диапазона , драйверы для низких частот называются низкочастотными динамиками , а драйверы для очень низких частот называются сабвуферами . Менее распространенными типами динамиков являются супертвитеры и роторные вуферы .

Электроакустический механизм , наиболее широко используемый в динамиках для преобразования электрического тока в звуковые волны, — это динамический или электродинамический драйвер, изобретенный в 1925 году Эдвардом Келлоггом и Честером Райсом катушки провода, называемой звуковой катушкой. , который создает звук с помощью подвешенной между полюсами магнита . Есть и другие, которые используются гораздо менее широко: электростатические драйверы , пьезоэлектрические драйверы , планарные магнитные драйверы , драйверы воздушного движения Heil и ионные драйверы , а также другие конструкции динамиков . ^{[ 1 ]}

Дизайн

Динамический динамик для басового регистра, вид в разрезе.
Магнит
Звуковая катушка
Приостановка
Диафрагма

Динамический среднечастотный динамик, вид в разрезе.
Магнит
Кулер (иногда присутствует)
Звуковая катушка
Приостановка
Диафрагма

Вид в разрезе динамического твитера с акустической линзой и куполообразной мембраной.
Магнит
Звуковая катушка
Диафрагма
Приостановка

Самый распространенный тип динамика, обычно называемый динамическим громкоговорителем , использует легкую диафрагму или конус , соединенный с жесткой корзиной или рамой через гибкую подвеску, обычно называемую крестовиной , которая удерживает звуковую катушку в осевом направлении через цилиндрический магнитный зазор. Защитный пылезащитный колпачок , приклеенный в центре конуса, предотвращает попадание пыли, особенно ферромагнитного мусора, в зазор.

Когда на звуковую катушку подается электрический сигнал, магнитное поле в звуковой катушке создает электрический ток , что делает ее переменным электромагнитом. Катушка и магнитная система привода взаимодействуют подобно соленоиду , создавая механическую силу, которая перемещает катушку (и, следовательно, прикрепленный конус). Подача переменного тока перемещает диффузор вперед и назад, ускоряя и воспроизводя звук под контролем приложенного электрического сигнала, поступающего от усилителя.

Ниже приводится описание отдельных компонентов громкоговорителя этого типа.

Диафрагма

Диафрагма обычно изготавливается с конусообразным или куполообразным профилем. Можно использовать самые разные материалы, но наиболее распространенными являются бумага, пластик и металл. Идеальный материал должен быть жестким, чтобы предотвратить неконтролируемые движения конуса, иметь небольшую массу, чтобы свести к минимуму требования к пусковому усилию и проблемы с накоплением энергии, и хорошо демпфировать , чтобы уменьшить вибрации, продолжающиеся после прекращения сигнала с небольшим слышимым звоном или без него из-за его резонансной частоты, как определено. по его использованию. На практике все три этих критерия невозможно удовлетворить одновременно, используя существующие материалы; таким образом, конструкция драйвера предполагает компромиссы . Например, бумага легкая и обычно хорошо увлажненная, но не жесткая; металл может быть жестким и легким, но обычно имеет плохое демпфирование; пластик может быть легким, но, как правило, чем жестче он, тем хуже демпфирование. В результате многие конусы сделаны из какого-то композитного материала. Например, конус может быть сделан из целлюлозной бумаги, в которую добавлено немного углеродного волокна . кевлара , стекла , конопли или бамбука Добавлены волокна ; или он может использовать сотовую сэндвич-конструкцию; или на него может быть нанесено покрытие, обеспечивающее дополнительную жесткость или демпфирование.

Корзина

Шасси, рама или корзина спроектированы так, чтобы быть жесткими, предотвращая деформацию, которая может изменить критическое расположение магнитного зазора, что, возможно, приведет к трению звуковой катушки о магнит вокруг зазора. Шасси обычно отливают из алюминиевого сплава с более тяжелыми динамиками с магнитной структурой; или штампованы из тонкой листовой стали в драйверах более легкой конструкции. ^{[ 2 ]} Другие материалы, такие как формованный пластик и корзины из демпфированного пластика, становятся обычным явлением, особенно для недорогих и маломассивных динамиков. Металлический корпус может играть важную роль в отводе тепла от звуковой катушки; нагрев во время работы изменяет сопротивление, вызывает физические изменения размеров, а в случае чрезмерного нагревания лака на звуковой катушке; он может даже размагничивать постоянные магниты.

Приостановка

Система подвески удерживает катушку в центре зазора и обеспечивает восстанавливающую (центрирующую) силу, которая возвращает конус в нейтральное положение после перемещения. Типичная система подвески состоит из двух частей: крестовины , которая соединяет диафрагму или звуковую катушку с нижней рамой и обеспечивает большую часть восстанавливающей силы, и подвески , которая помогает центрировать узел катушки/диффузора и обеспечивает свободное выравнивание поршневого движения. с магнитным зазором. Паук обычно изготавливается из диска гофрированной ткани, пропитанного придающей жесткость смолой. Название происходит от формы ранних подвесок, которые представляли собой два концентрических кольца из бакелита , соединенных шестью или восемью изогнутыми ножками . Вариации этой топологии включали добавление войлочного диска для защиты от частиц, которые в противном случае могли бы вызвать трение звуковой катушки.

Окружение диффузора может быть выполнено из резины или пенопласта , обработанной бумаги или кольца из гофрированной ткани, покрытой смолой; он прикреплен как к внешней окружности конуса, так и к верхней раме. Эти разнообразные материалы объемного звучания, их форма и обработка могут существенно повлиять на акустическую мощность динамика; каждая реализация имеет свои преимущества и недостатки. Полиэфирная пена, например, легкая и экономичная, хотя обычно в некоторой степени пропускает воздух и разлагается со временем, под воздействием озона, ультрафиолетового света, влажности и повышенных температур, что ограничивает срок службы до выхода из строя.

Звуковая катушка

Провод звуковой катушки обычно изготавливается из меди , хотя алюминий и, реже, серебро может использоваться . Преимуществом алюминия является его легкий вес, что снижает подвижную массу по сравнению с медью. Это повышает резонансную частоту динамика и увеличивает его эффективность. Недостатком алюминия является то, что его нелегко паять, поэтому соединения необходимо прочно обжимать и герметизировать. Сечения проводов звуковой катушки могут быть круглыми, прямоугольными или шестиугольными, что обеспечивает различную степень охвата провода в пространстве магнитного зазора. Катушка ориентирована соосно внутри зазора; он движется вперед и назад в небольшом круглом объеме (отверстии, прорези или канавке) в магнитной структуре. Зазор создает концентрированное магнитное поле между двумя полюсами постоянного магнита; внешнее кольцо зазора — это один полюс, а центральная стойка (называемая полюсным наконечником) — другой. Полюсный наконечник и задняя пластина часто изготавливаются как одна деталь, называемая полюсной пластиной или ярмом.

Магнит

Размер и тип магнита, а также детали магнитопровода различаются в зависимости от целей проектирования. Например, форма полюсного наконечника влияет на магнитное взаимодействие между звуковой катушкой и магнитным полем и иногда используется для изменения поведения водителя. , Закорачивающее кольцо или петля Фарадея , может быть включено в комплект в виде тонкого медного колпачка, надетого на наконечник полюса, или в виде тяжелого кольца, расположенного внутри полости магнитного полюса. Преимущества этого усложнения заключаются в уменьшении импеданса на высоких частотах, обеспечении расширенного выходного сигнала высоких частот, уменьшении гармонических искажений и уменьшении модуляции индуктивности, которая обычно сопровождает большие отклонения звуковой катушки. С другой стороны, медный колпачок требует более широкого зазора звуковой катушки с повышенным магнитным сопротивлением; это уменьшает доступный поток, требуя магнит большего размера для эквивалентной производительности.

Электромагниты часто использовались в кабинетах усилителей музыкальных инструментов вплоть до 1950-х годов; Те, кто использовал ламповые усилители, имели экономию, поскольку катушка возбуждения могла и обычно выполняла двойную функцию в качестве дросселя источника питания. Очень немногие производители до сих пор производят электродинамические громкоговорители с катушками возбуждения с электрическим питанием , как это было обычно в самых ранних конструкциях.

Алнико , сплав алюминия, никеля и кобальта, стал популярным после Второй мировой войны, поскольку устранил проблемы драйверов катушек возбуждения. Алнико широко использовался до 1960-х годов, несмотря на проблему частичного размагничивания магнитов алнико . ^{[ 3 ]} В 1960-х годах большинство производителей драйверов перешли с алнико-магнитов на ферритовые магниты , которые изготавливаются из смеси керамической глины и мелких частиц феррита бария или стронция. Хотя энергия на килограмм этих керамических магнитов ниже, чем у алнико, они значительно дешевле, что позволяет разработчикам использовать более крупные, но более экономичные магниты для достижения заданных характеристик. Из-за увеличения транспортных расходов и стремления к меньшим и более легким устройствам существует тенденция к использованию более компактных редкоземельных магнитов, изготовленных из таких материалов, как неодим и самарий-кобальт . ^{[ 4 ]}

Компоненты

Динамики динамиков включают в себя диафрагму , которая перемещается вперед и назад, создавая волны давления в столбе воздуха спереди и, в зависимости от применения, под некоторым углом в стороны. Диафрагма обычно имеет форму конуса для низких и средних частот или купола для более высоких частот, реже ленты и обычно изготавливается из бумаги с покрытием или без покрытия или полипропиленового пластика. ^{[ 5 ]} В некоторых динамиках используются более экзотические материалы, такие как плетеное стекловолокно , углеродное волокно , алюминий , титан , чистый перекрестный углерод, и очень немногие используют PEI, полиимид, пластиковую пленку из ПЭТ в качестве диффузора, купола или радиатора.

Все драйверы динамиков имеют средства электрического создания возвратно-поступательного движения. плотно намотанная катушка из изолированного провода (известная как звуковая катушка Обычно к шейке диффузора динамика прикреплена ). В ленточном динамике звуковая катушка может быть напечатана или приклеена на лист очень тонкой бумаги, алюминия, стекловолокна или пластика. Этот конус, купол или другой излучатель крепится своим внешним краем с помощью гибкой рамы к жесткой раме, которая поддерживает постоянный магнит в непосредственной близости от звуковой катушки. В целях эффективности относительно легкая звуковая катушка и диффузор являются движущимися частями динамика, тогда как гораздо более тяжелый магнит остается неподвижным. Другими типичными компонентами являются крестовина или демпфер, используемый в качестве элемента задней подвески, простые клеммы или клеммы для подключения аудиосигнала и, возможно, соответствующая прокладка для герметизации соединения между шасси и корпусом.

Корпуса и акустическая изоляция

Драйверы почти всегда монтируются в жесткий корпус из дерева, пластика или иногда металла. Этот корпус громкоговорителя или коробка громкоговорителя изолирует акустическую энергию передней части диффузора от энергии задней части диффузора. рупор Для повышения эффективности и направленности можно использовать . Решетка сетка , тканевая или другой акустически нейтральный экран обычно используются для косметической маскировки динамиков и оборудования, а также для защиты драйвера от физического повреждения.

Операция

В процессе работы сигнал доставляется на звуковую катушку по электрическим проводам, от усилителя по акустическому кабелю , затем по гибкому проводу из мишуры на подвижную катушку. Ток создает магнитное поле , которое заставляет диафрагму поочередно сжиматься в ту или иную сторону под действием магнитного поля, создаваемого током, протекающим в звуковой катушке, против поля, создаваемого в магнитном зазоре фиксированной магнитной конструкцией в качестве электрического сигнала. варьируется. В результате возвратно-поступательного движения воздух движется перед диафрагмой, что приводит к перепадам давления, которые распространяются в виде звуковых волн .

Крестовина и подвеска действуют как пружинно-восстанавливающий механизм для отклонения от сбалансированного положения, установленного при сборке драйвера на заводе. Кроме того, каждый из них способствует центрированию звуковой катушки и диффузора, как концентрически внутри магнитного узла, так и спереди назад, возвращая звуковую катушку в критическое положение внутри магнитного зазора, ни в сторону одного конца, ни в сторону.

Звуковая катушка и магнит по сути образуют линейный двигатель , работающий против центрирующего «напряжения пружины» крестовины и подвески. Если бы не было ограничений на расстояние перемещения, налагаемых крестовиной и подвеской, звуковая катушка могла бы быть выброшена из магнитного узла при высоких уровнях мощности или переместиться внутрь достаточно глубоко, чтобы столкнуться с задней частью магнитного узла. Большинство динамиков работают только против центрирующих сил крестовины и объемного звучания и не отслеживают активно положение элемента динамика и не пытаются его точно позиционировать. В некоторых конструкциях динамиков предусмотрены соответствующие приспособления (обычно называемые сервомеханизмами ); они обычно используются только в низкочастотных динамиках и особенно в сабвуферах из-за значительно увеличенного отклонения диффузора, необходимого на этих частотах в динамике, размер диффузора которого значительно меньше длины волны некоторых звуков, которые он воспроизводит (т. е. басовые частоты ниже, возможно, ниже 100 Гц или около того).

ТТХ

Драйверы динамиков могут быть предназначены для работы в широком или узком диапазоне частот . Маленькие диафрагмы плохо подходят для перемещения большого объема воздуха, необходимого для хорошего низкочастотного отклика. И наоборот, большие динамики могут иметь тяжелые звуковые катушки и диффузоры, которые ограничивают их способность двигаться на очень высоких частотах. Драйверы, выходящие за пределы проектных возможностей, могут иметь высокие искажения . В многополосной акустической системе предусмотрены специализированные драйверы для создания определенных частотных диапазонов, а входящий сигнал разделяется кроссовером . Драйверы можно разделить на несколько типов: полнодиапазонные , твитеры , супертвитеры , среднечастотные динамики, низкочастотные динамики и сабвуферы .

Приложения

Драйверы динамиков являются основным средством воспроизведения звука. Они используются, среди прочего, в аудиоприложениях, таких как громкоговорители, наушники , телефоны , мегафоны , усилители инструментов , телевизоры и мониторы , громкой связи системы , портативные радиоприемники , игрушки и во многих электронных устройствах, предназначенных для излучения звука.

См. также

Электрические характеристики динамических громкоговорителей , основная электрическая характеристика драйвера динамического громкоговорителя
Громкоговоритель#Дизайн драйвера: динамические громкоговорители
Корпус громкоговорителя

Ссылки

^ «Разработка громкоговорителя профессором, доктором технических наук Дитмаром Рудольфом, 23 марта 2013 г.» (PDF) .
^ Рамси, Фрэнсис; Маккормик, Тим (2009). Звук и запись (6-е изд.). Оксфорд, Великобритания: Focal Press. п. 81. ИСБН 978-0-240-52163-3 .
^ «Спикер-гики: алнико или керамика… Что дает?» . Проверено 26 апреля 2024 г.
^ Селф, Дуглас (2012). Объяснение аудиотехники . Тейлор и Фрэнсис. п. 361. ИСБН 9781136121258 .
^ «Патент на электродинамический громкоговоритель US7676053B2» .

[1] «Разработка громкоговорителя профессором, доктором технических наук Дитмаром Рудольфом, 23 марта 2013 г.» (PDF) .

[2] Рамси, Фрэнсис; Маккормик, Тим (2009). Звук и запись (6-е изд.). Оксфорд, Великобритания: Focal Press. п. 81. ИСБН 978-0-240-52163-3 .

[3] «Спикер-гики: алнико или керамика… Что дает?» . Проверено 26 апреля 2024 г.

[4] Селф, Дуглас (2012). Объяснение аудиотехники . Тейлор и Фрэнсис. п. 361. ИСБН 9781136121258 .

[5] «Патент на электродинамический громкоговоритель US7676053B2» .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]