Пристрій динаміка: схема, розміри, призначення

Електродинамічний гучномовець – це пристрій, що перетворює електричний сигнал звукової допомогою руху котушки зі струмом у магнітному полі постійного магніту. З цими пристроями ми стикаємося повсякденно. Навіть якщо ви не великий шанувальник музики і не проводите в навушниках по півдня. Динаміками оснащуються телевізори, радіоприймачі в автомобілях і навіть телефони. Цей звичний для нас механізм насправді є цілим комплексом елементів, а його пристрій – це справжній витвір інженерного мистецтва.


У цій статті детальніше розглянемо пристрій динаміка. Обговоримо, з яких складових частин складається цей прилад і як вони працюють.

Історія

Дня початку невеликий екскурс в історію винаходу електродинаміка. Гучномовці схожого типу використовувалися ще в кінці 20-х років минулого століття. Телефон Белла працював за схожим принципом. В ньому була задіяна мембрана, яка переміщалася в магнітному полі постійного магніту. У цих динаміків було безліч серйозних недоліків: частотні спотворення, втрати звуку. Щоб вирішити проблеми, пов'язані з класичними гучномовцями, Олівер Лордж запропонував використовувати свої напрацювання. Його котушка рухалася поперек силових ліній. Трохи пізніше двоє його колег адаптували технологію для споживчого ринку і запатентували нову конструкцію электродинамиков, яка задіяна і донині.

Пристрій динаміка

Динамік має досить складну конструкцію і складається з безлічі елементів. На схемі пристрою динаміка (див. нижче) зображені ключові деталі, завдяки яким гучномовець функціонує правильно.


Пристрій акустичного динаміка включає в себе наступні складові частини: підвіс (або крайової гофр); дифузор (або мембрана); ковпачок; звукова котушка; керн; магнітна система; дифузоротримач; гнучкі висновки. У різних моделях динаміків можуть бути використані різні унікальні елементи конструкції. Класичне ж пристрій динаміка виглядає саме так. Розглянемо кожен окремий елементи конструкції більш докладно.

Крайовий гофр

Цей елемент також називають «коміром». Це пластикова або гумова окантовка, що описує електродинамічний механізм по всій площі. Іноді в якості основного матеріалу застосовують натуральні тканини зі спеціальним, ослаблює коливання покриттям. Гофри діляться не тільки за типом матеріалу, з якого вони виготовлені, але і за формою. Найпопулярніший підтип – полутороидальные профілі. До «коміру» пред'являють ряд вимог, дотримання яких говорить про його високу якість. Перша вимога – висока гнучкість. Резонансна частота гофра має бути низькою. Друга вимога – гофр повинен бути добре закріплений і забезпечувати тільки один тип коливань – паралельний. Третє вимога – надійність. «Комір» повинен адекватно реагувати на перепади температури і «нормальний» знос, зберігаючи свою форму тривалий час. Для досягнення найкращого балансу звучання в низькочастотних колонках використовують гумові гофри, а в високочастотних - паперові.

Дифузор

Основним випромінюючим об'єктом в електродинаміці є дифузор. Дифузор динаміка являє собою якийсь поршень, який рухається по прямій вгору-вниз і підтримує амплітудно-частотну характеристику (далі АЧХ) у лінійному вигляді. При підвищенні частоти коливань дифузор починає згинатися. З-за цього з'являються так звані стоячі хвилі, які, в свою чергу, призводять до провалів і підйомах на графіку АЧХ. Для мінімізації цього ефекту конструктори використовують більш жорсткі дифузори, виготовлені з матеріалів меншої щільності. Якщо розмір динаміка складає 12 дюймів, то діапазон частот в ньому буде змінюватись в межах 1 килогерца для низьких частот, 3 кілогерц для середніх і 16 кілогерц для високих.
Дифузори можуть бути жорсткими. Вони зроблені з кераміки або алюмінію. Такі вироби забезпечують найменший рівень спотворення звуку. Динаміки з жорсткими дифузорами коштують набагато дорожче аналогів. М'які дифузори роблять з поліпропілену. Такі зразки забезпечують найбільш м'яке і тепле звучання за рахунок поглинання хвиль м'яким матеріалом. Напівжорсткі дифузори являють собою компромісний варіант. Вони робляться з кевлара або склотканини. Спотворення, провоковані таким дифузором, вище, ніж у жорстких, але нижче, ніж у м'яких.

Ковпачок

Ковпачок являє собою оболонку з синтетики або тканини, основна функція якої – захист динаміків від пилу. Крім цього, ковпачок відіграє важливу роль у формуванні певного звучання. Зокрема, при відтворенні середніх частот. З метою найбільш жорсткого закріплення ковпачки роблять округлої форми, надаючи їм невеликий вигин. Як ви напевно вже зрозуміли, різноманітність матеріалів як раз-таки пов'язано з тим, щоб досягти певного звучання. У хід йде тканина з різними просоченнями, плівки, композиції целюлози і навіть металеві сітки. Останні, в свою чергу, виконують ще й функцію радіатора. Алюмінієва або металева сітка відводить надлишок тепла від котушки.

Шайба

Іноді її також називають «павуком». Це важка деталь, розташована між дифузором і його динаміка корпусом. У завдання шайби входить підтримання стабільного резонансу для низькочастотних динаміків. Це особливо важливо, якщо в приміщенні спостерігаються різкі перепади температури. Шайба фіксує положення котушки і всієї рухомої системи, а також закриває магнітний зазор, запобігаючи потраплянню пилу в нього. Класичні шайби представляють собою круглий гофрований диск. Більш сучасні варіанти виглядають трохи інакше. Деякі виробники навмисно змінюють форму гофр так, що підвищити лінійність частот і стабілізувати форму шайби. Така конструкція сильно впливає на ціну динаміка. Шайби виготовляють з нейлону, бязі або міді. Останній варіант, як і у випадку з ковпачком, виконує функцію міні-радіатора.

Звукова котушка і магнітна система

Ось ми і дісталися до елемента, який, власне, і відповідає за відтворення звуку. Магнітна система розташовується в невеликому зазорі магнітної ланцюга і разом з котушкою перетворює електричну енергію. Сама магнітна система – це система з магніти у вигляді кільця і керна. Між ними в момент відтворення звуку переміщається звукова котушка. Важливе завдання конструкторів – створення рівномірного магнітного поля в магнітній системі. Для цього виробники динаміків досконально вивіряють полюса і оснащують керн мідним наконечником. Струм в звукову котушку надходить через гнучкі висновки динаміка – звичайну дріт, намотану поверх синтетичної нитки.

Принцип роботи

З пристроєм динаміка розібралися, переходимо до принципом роботу. Принцип роботи динаміка полягає в наступному: струм, що йде на котушку, змушує її здійснювати перпендикулярні коливання в межах магнітного поля. Ця система захоплює за собою дифузор, змушуючи його коливатися з частотою подається струму, і створює розряджені хвилі. Дифузор починає коливатися і створює звукові хвилі, які можуть бути сприйняті людським вухом. Вони у вигляді електричного сигналу передаються в підсилювач. Звідси і з'являється звук. Діапазон відтворюваних частот безпосередньо залежить від товщини магнітопроводів і розміру динаміка. При більшій величині магнітопровода збільшується зазор в магнітній системі, а разом з ним збільшується і ефективна частина котушки. Саме тому компактні динаміки не справляються з низькими частотами в межах 16-250 герц. Їх мінімальний поріг частотності починається з 300 Герц і закінчується на 12000 герц. Ось чому динаміки хриплять, коли ви викручуєте звук на максимум.

Номінальна електричний опір

Провід, який подає струм на котушку, володіє активним і реактивним опором. Для з'ясування рівня останнього інженери вимірюють його на частоті 1000 герц і додають до отриманої величині активний опір звукової котушки. У більшості динаміків рівень опору становить 246 або 8 Ом. Цей параметр необхідно враховувати при покупці підсилювача. Важливо узгодити рівень навантаження.

Діапазон частот

Вище вже було сказано, що велика частина електродинамікою відтворює лише частину частот, які може сприймати людина. Зробити універсальний динамік, здатний відтворювати весь діапазон від 16 герц до 20 кілогерц неможливо, тому частоти поділили на три групи: низькі, середні і високі. Після цього конструктори почали створювати динаміки окремо для кожної частоти. Це означає, що низькочастотні динаміки найкраще справляються з басами. Вони працюють на діапазоні 25 герц – 5 кілогерц. Високочастотні створені для роботи з визжащими верхами (звідси загальне ім'я – «пищалка»). Вони працюють в частотному діапазоні 2 килогерца – 20 кілогерц. Середньочастотні динаміки працюють у діапазоні 200 герц – 7 кілогерц. Інженери все ще роблять спроби створити якісний широкосмуговий динамік. На жаль, ціна динаміка йде врозріз з його якістю і зовсім не виправдовує його.

Трохи про мобільних динаміках

Динаміки для телефону відрізняються від «дорослих» моделей конструктивно. Розташувати такий складний механізм в мобільному корпусі нереально, тому інженери пішли на хитрість і замінили ряд елементів. Наприклад, котушки стали нерухомими, а замість дифузора використовується мембрана. Динаміки для телефону сильно спрощені, тому очікувати від них високої якості звучання не варто. Діапазон частот, який здатний охопити такий елемент, значно звужений. За своїм звучанням він ближче саме до високочастотних пристроїв, так як в корпусі телефону немає додаткового простору для установки товстих магнітопроводів. Пристрій динаміка в мобільному телефоні відрізняється не тільки розмірами, але і відсутністю незалежності. Можливості пристрою обмежуються програмним забезпеченням. Це зроблено для захисту конструкції динаміків. Багато знімають цей ліміт вручну, а потім задаються питанням: "Чому хриплять динаміки?" У середньостатистичному смартфоні встановлюють два таких елемента. Один розмовний, інший музичний. Іноді їх об'єднують для досягнення ефекту стерео. Так чи інакше, досягти глибини і насиченості в звучанні можна лише з повноцінною стереосистемою.