А хто це там пищить
Всі знають, що високочастотні гучномовці або твітери ( «пищалки» - як їх називали радіоаматори старого гарту) для якісного відтворення звуку пристрою абсолютно необхідні. «Всі знають, що корисно, але не всі пам'ятають, чому». Що ж таке сучасні твітери, які технології сьогодні використовуються при їх виробництві, і якими характеристиками вони володіють?
Що таке твітери?
Пам'ятається, ще в дитинстві вчитель праці говорив нам: «Пиляти деревину уздовж або поперек волокон можна універсальної пилкою, але якщо вам потрібно пиляти дійсно ДОБРЕ, то краще мати дві спеціальні пилки, ніж одну універсальну». З роками стало очевидно, що це відноситься не тільки до ножівкові полотен. Широкосмугова акустика не дає звуку порівнянного з Трьохсмугові схемами: стрясати повітря з частотою в 20 герц і в 20 кілогерц - завдання різні на три порядки. Для вирішення цих завдань зазвичай використовуються гучномовці трьох діапазонів: низькочастотні (сабвуфери), середньочастотні і високочастотні (твітери).
Твітери, як і інші динамічні головки, складаються з наступних основних частин: корпус, магніт, звукова котушка і дифузор. Перше, що кидається в очі - це відмінність у розмірах твитеров і низькочастотних головок. Ясно, що чим вище частота сигналу, тим лінійні розміри дифузора повинні бути менше. Але тут вже вступають в силу закони переходу кількості в якість: твітери - це не просто зменшені в розмірах копії сабвуферів.
Магніти найчастіше містять домішки рідкісноземельного металу неодиму, що дозволяє зменшити їх лінійні розміри, так як характеристика напруженості магнітного поля неодімових магнітів в кілька разів вище, ніж звичайних феромагніти.
Через малого ходу дифузора (не більше 0,3 мм) звукова котушка працює в важких умовах. Для поліпшення теплопередачі передбачена система охолодження за допомогою феромагнітної рідини (суміш силіконової змазки і малого порошку феромагнітного матеріалу), що відводить тепло від звукової котушки. Сама котушка найчастіше намотується проводом з міді з високим ступенем очищення.
Матеріал дифузора високочастотної головки - сукупність компромісів. Він повинен бути досить жорстким і в той же час легким. Жорсткість необхідна для того, щоб при роботі твітера змінювалася форма дифузора, що призведе до спотворення сигналу. Легкість потрібна для зменшення моменту інерції - занадто інерційний дифузор неможливо буде «розгойдати» з частотами в десятки кілогерц. Твітери в компонентної акустики високого класу найчастіше роблять з тканинної (зазвичай шовкової) мембраною, титанової або алюмінієвої. Зустрічаються купола з кераміки (з оксидів металів). Використовуються навіть такі екзотичні матеріали як берилій або алмаз.
Діаграма спрямованості у твитеров багато вже ніж у низько- або середньо частотних головок і для її розширення використовуються розсікачі. Зазвичай, це вертикальні розсікачі для розширення діаграми в горизонтальній площині.
Найчастіше твітери класифікують за формою дифузора. Розглянемо основні типи.
конусні твітери
На перших порах твітери мали такий же конічний дифузор, як і середньочастотні динамічні головки, тільки меншого розміру. Конус робився тонше і легше, щоб міг рухатися з більшою швидкістю, котушки намотувалися дуже тонким проводом, для зменшення ваги і індукції. Сьогодні конусні твітери в високоякісної акустиці практично не використовуються.
купольні твітери
Цей високочастотний гучномовець зазвичай не має кошика (діффузодержателя). Купол є опуклою (рідше - увігнутою) півсферою-дифузором, безпосередньо до якого і кріпиться звукова котушка.
стрічкові твітери
Засновані на роботі Оскара Хейла «Перетворювач руху повітря» від 1972 року. Мембрана складається з зигзагом складеної діафрагми, складки якої переміщаються згідно току в звуковий котушці, таким чином, стискаючи і розряджаючи повітря. Всі інші конструкції гучномовців, управляються вони звуковою котушкою, електростатикою, п'єзоелектричні або магнітостатики, діють подібно до поршня, що переміщає повітря з коефіцієнтом 1: 1. Це неефективно, тому що вага повітря набагато меншою ваги дифузора. Стрічкова технологія досягає співвідношення 4: 1 - повітря переміщається в чотири рази швидше, ніж мембрана. Ще одна перевага - площа дифузора.
Твітер сьогодні
Що ж пропонується нам сьогодні. Розглянемо кілька популярних компаній, виробників акустики.
BW BowersWilkins (www.bwspeakers.com). Безсумнівно, головною особливістю твитеров в складі компонентної акустики серії 800 з індексом «D» є алмазні купола ( «D» - diamond, алмаз). Міцність алмаза незаперечна, а значить відсутність деформацій дифузора у всьому діапазоні частот і точність відтворення високочастотних сигналів гарантовані. Алмаз легкий і неймовірно міцний, прозорий для ультрафіолету та інфрачервоного випромінювання, добре проводить і поглинає тепло. Єдиною проблемою залишалося одне - як же зробити твітер з алмаза? На допомогу прийшли досягнення напівпровідникової технології за останнє десятиліття - вирощування кристалів і вакуумне напилення. У компанії BW розробили метод, що дозволяє осаджувати з парової фази чистий алмаз в складні форми, що і дозволило з'явитися на світло алмазним твітера. Це найбільш природно звучать високочастотники, що виправдовують найвищі епітети - «знаковий успіх в мистецтві звуку».
У моделях з індексом «S» використовуються новорозроблені твітери з алюмінієвими куполами. Вони виконані в тому ж дизайні, що і їх алмазні «брати», що також дозволяє точно синхронізувати руху купола з сигналом на котушці.
ADAM Professional Audio (www.adam-audio.com). У серії акустики ADAM A.R.T. використовуються оригінальні стрічкові твітери, створені за технологією A.R.T. (Accelerated Ribbon Technology - стрічкова технологія швидкого спрацьовування), що дозволяє отримувати частоти до 35000 герц. Стрічкова, складена «гармошкою», мембрана дуже ефективна (її площа більша за площу купольного дифузора на порядок) і дає більш широку діаграму спрямованості. Новий підхід до геометрії дизайну випромінювачів і використання недоступних раніше матеріалів дозволило ADAM переосмислити оригінальну ідею Оскара Хейла і створити твітер з унікальними характеристиками: середня ефективність 93 дБ / Вт / м, лінійне у всьому діапазоні відтворюваних частот опір 3,2 ± 0,05 Ом і фазовий зсув ± 1 градус, хорошу діаграму спрямованості. Стрічковий твітер розмірами 2 на 3 дюйми дає теплове випромінювання порівнянне з тим, що дає купольний твітер діаметром в 1 дюйм.
Boston Acoustics (www.bostonacoustics.com). Твітери, вироблені компанією, містять жорсткий і дуже легкий купол з анодованого алюмінію. Охолодження здійснюється феромагнітної рідиною і додатково литим алюмінієвим радіатором на тильній стороні корпусу. Компактні розміри твитеров отримані завдяки застосуванню неодімових магнітів, які на порядок легше і менше звичайних.
Раніше широко використовувалися ВЧ-головки з куполом з титану, котрі володіли ще більш високою міцністю, але їх акустичні характеристики перестали задовольняти строгим вимогам компанії, і сьогодні подібні твітери зустрічаються тільки в попередніх моделях.
Focal (www.focal.tm.fr). Особливість куполів твитеров Focal в тому, що вони не опуклі, а увігнуті. Тим самим фахівцям компанії вдалося підвищити віддачу твітера на 4-5 дБ.
Берилієві купола мають унікальне поєднання жорсткості і малої ваги (18 мг), що дозволяє отримувати робочий діапазон від 1 до 40 кілогерц. Настільки мала вага досягається тим, що товщина купола становить всього 25 мікрон. Берилієві куполи не мають піків і резонансів в своїх частотних характеристиках як купола з інших металів.
Твітер завтра
В майбутньому твитеров бачиться два основних напрямки: пошук нових матеріалів для виготовлення дифузорів і розвиток принципово нових конструкцій.
Якщо ще кілька років тому словосполучення «золотий» або «алмазний твітер» могли бути всього лише захопленими епітетами для якісних зразків, то сьогодні такі характеристики слід розуміти буквально. Схоже, всі можливі «чисті» матеріали вже перепробувані (включаючи рідкісний берилій, якого в світі в рік добувають всього-то кілограмів 400) і нас чекають нові композити за прикладом Кортек або кевлара.
Можливо, нові конструкції будуть засновані на абсолютно інших технологіях, де в якості дифузора виступає сам повітря. Це і «плазмові» твітери, і твітери «віртуальні» (або «повітряні»).
Плазма нагріває повітря так, що він починає звучати. Уявіть собі дугу плазмового зварювання, модульований струмами звукової частоти. Ніяких рухомих частин, а, значить, і резонансів. Головний недолік - підвищене утворення озону. «Якби ці твітери винайшли в 60-х, ми б все померли від раку шкіри!» - лякають нас експерти NewForm Reseach (www.newformresearch.com). Ну, сьогодні ми ж якось боремося з озоном лазерних принтерів ....
У «повітряних» твітера звук утворюється «нізвідки», прямо в повітрі, на перетині двох дуже потужних ультразвукових променів. При перетині двох вузьких променів з частотами, скажімо, 200 і 205 кілогерц, інтермодуляції утворюється різницевий тон з частотою 5 кілогерц. Проблема в тому, що для отримання рівня 100дБ в звуковому діапазоні, кімнату заповнять ультразвукові промені з частотами понад 200 кілогерц і потужностями до 150дБ, що смертельно для випадково підвернувся під такий промінь. Хочеться вірити, що ці недоліки швидше технологічні, ніж принципові. Якби на зорі електрики сказали, що в побутових приладах майбутнього буде потрібно напруга в кілька кіловольт (кольоровий телевізор), тодішні винахідники визнали б такий прилад смертельно небезпечним.
Матеріал підготував Арсен Газімагомед