Какова идеальная конфигурация драйвера динамика?

Последнее обновление Окт 15, 2022

Любой, кто какое-то время занимался аудио, вероятно, отдает предпочтение определенному стилю колонок и определенной конфигурации драйверов. Это предпочтение может быть основано на личном опыте, мнении доверенного рецензента, технических знаниях или, возможно, даже на некоторых усилиях по сборке колонок своими руками. На самом деле существует множество способов построить хороший динамик, и, безусловно, есть место для личного вкуса. Тем не менее, я часто удивляюсь тому, как мало большинство людей (даже те, кто глубоко вовлечен в аудио) действительно понимают влияние различных конфигураций драйверов на производительность.

Многое из этого объясняется в The Loudspeaker Design Cookbook. Когда я впервые прочитал The LDC 20 лет назад, это, вероятно, расширило мое понимание того, как работают динамики, на порядок. То, что я представлю здесь, гораздо менее техническое. Я призываю всех аудиофилов и рецензентов копнуть глубже, взяв копию LDC, которая сейчас находится в седьмом издании и была написана Вэнсом Дикасоном, редактором журнала Voice Coil и одним из самых опытных дизайнеров динамиков в мире.

Чтобы понять, почему одни конфигурации драйверов в определенных ситуациях работают лучше, чем другие, важно понять несколько общих принципов:

1) При прочих равных, чем больше диаметр драйвера, тем более низкие частоты он может воспроизводить, и тем сложнее ему будет воспроизводить высокие частоты. Опять же, это общий принцип, истинный только при прочих равных условиях.

2) Дисперсия динамика (равномерность, с которой он рассеивает звук во всех направлениях) в основном зависит от его диаметра или, в случае овальных или прямоугольных динамиков, от их горизонтальных и вертикальных размеров. Хорошее эмпирическое правило состоит в том, что дисперсия драйвера начинает сужаться (или «луч») на частоте, длина волны которой соответствует размеру драйвера. Чтобы вычислить это, разделите 13 512 (скорость звука в дюймах на уровне моря) на эффективную площадь излучения драйвера. Например, 6,5-дюймовый низкочастотный динамик с эффективным диаметром излучающей поверхности в пять дюймов (измеряемым от вершины объемного звучания до противоположной вершины) начинает излучать с частотой около 2702 Гц, или 13 512, разделенных на пять.

Дисперсия важна, потому что она дает громкоговорителю объемный, открытый, естественный звук. Если дисперсия динамика плохая, будет казаться, что звук исходит из коробки динамика, а не из настоящего певца или инструмента. Плохая дисперсия в средних частотах также может придать голосу окраску «сложенных чашечкой рук», как если бы у певцов руки были сложены чашечкой вокруг рта.

Возможно, вы уже поняли, в чем заключается самая большая дилемма при проектировании динамиков: чем меньше драйвер, тем шире его дисперсия (см. таблицу измерений ниже, нажмите на фотографию, чтобы просмотреть ее в большом окне); однако чем меньше драйвер, тем меньше он может обрабатывать низкие частоты. Еще немного размышлений может привести к осознанию того, что принцип «чем проще, тем лучше» редко применим к динамикам. Чем проще динамик, тем больше вероятность того, что он будет иметь некоторую комбинацию неравномерной частотной характеристики, плохой дисперсии, отсутствия низких и/или высоких частот и/или высоких искажений.

Давайте рассмотрим плюсы и минусы некоторых наиболее популярных конфигураций драйверов динамиков. Одно примечание: существует бесчисленное множество факторов, влияющих на характеристики динамиков, в том числе конструкция и материалы драйвера, конструкция и материалы корпуса, нагрузка на басы корпуса, наклон кроссовера и т. д. Однако они выходят за рамки этой статьи, которая посвящена конкретно конфигурациям драйверов. Для более полного понимания внутреннего устройства громкоговорителей ознакомьтесь с Поваренной книгой по проектированию громкоговорителей или другим подробным справочником.

Односторонний (один драйвер, полный диапазон)
Некоторые аудиофилы и обозреватели тяготеют к конструкциям с одним драйвером, потому что они считают, что устранение схемы кроссовера для разделения аудиосигнала на низкие и высокие частоты обеспечивает большую чистоту звука. Проблема в том, что за это приходится платить, причем часто очень дорого. Крупные полнодиапазонные драйверы имеют неравномерную высокочастотную характеристику и чрезвычайно плохую дисперсию в области высоких частот. Меньшие полнодиапазонные драйверы, такие как 3,5-дюймовый, используемый в недавно рассмотренном здесь динамике Role Audio Sampan FTL., могут иметь довольно гладкую высокочастотную характеристику и даже дисперсию где-то между 5 и 7,5 кГц, поэтому они могут звучать хорошо, но поскольку резонансные частоты этих динамиков, как правило, составляют 100 Гц или выше, они будут давать слабый или нулевой отклик по басам. По сравнению с приличным дюймовым твитером их высокие частоты не будут такими ровными, а их дисперсия не такой широкой.

Тем не менее, в недорогих продуктах полнодиапазонные драйверы иногда являются лучшим выбором. Я с любовью вспоминаю великолепно звучащие недорогие системы Cambridge SoundWorks, разработанные легендарным Генри Клоссом, которые имели 2,5- или трехдюймовые полнодиапазонные динамики в кубических корпусах, дополненные дешевым, но эффективным полосовым басовым модулем. Я много раз советовал производителям недорогих звуковых панелей использовать одиночные полнодиапазонные драйверы вместо отдельных низкочастотных и высокочастотных динамиков; по таким ценам почти невозможно найти прилично звучащий твитер и включить подходящую схему кроссовера.

Колонки с небольшими полнодиапазонными динамиками, такими как Sampan FTL или Kvart & Bolge Sound Sommeliers (показанные здесь), имеют свои прелести, часто обеспечивая абсолютно плоскую характеристику и красиво согласованную дисперсию от нижних средних частот до нижних высоких частот, что приводит к гладкости. и естественное воспроизведение голоса. Тем не менее, они звучат не так воздушно и объемно, как колонки с типичным дюймовым твитером, и они не играют очень громко и не дают много басов. Но их можно дополнить сабвуфером.

Я не понимаю, как динамики, использующие более крупные одиночные драйверы, могут считаться высококачественными продуктами. Некоторым меломанам они нравятся, но, насколько я могу судить, их привлекательность скорее философская, чем музыкальная. Аномалии частотной характеристики и дисперсии, вносимые этими динамиками, легко услышать и измерить; так что, на мой взгляд, нельзя назвать их звук естественным или нейтральным. Некоторые из этих динамиков добавляют супер-твитер для более расширенного высокочастотного отклика, но их общий частотный отклик все еще будет грубым, а их дисперсия узкой в нижних высоких и верхних средних частотах.

Существуют также полнодиапазонные электростатические и магнитопланарные панельные громкоговорители, например, производства MartinLogan и Magnepan соответственно. Это совсем другое дело, потому что они излучают звук вперед и назад, что помогает противодействовать проблемам рассеивания, вызванным большими излучающими поверхностями панелей. Многие из этих динамиков используют изогнутые панели для расширения их рассеивания. Они не могут воспроизвести глубокие басы на высокой громкости или сфокусированное изображение, которое может воспроизвести хороший динамический (т. е. конусно-купольный) громкоговоритель, но тем не менее многие аудиофилы и обозреватели считают эти громкоговорители одними из лучших, доступных для любого уровня громкости. цена.

Двухполосные (низкочастотный динамик / твитер)
динамики, сочетающие один низкочастотный динамик и один высокочастотный динамик, являются наиболее распространенными, и некоторые аудиофилы и обозреватели считают их лучшими, часто ссылаясь на принцип «чем проще, тем лучше». Опять же, это понятие не применимо. Да, двухполосные динамики обычно проще, чем трехполосные, но эта простота требует компромисса, который имеет место на частотах от двух до четырех кГц, где ухо наиболее чувствительно.

Проблема с двухполосными динамиками возникает в точке пересечения, частоте, на которой звук передается от низкочастотного динамика к высокочастотному динамику. Как мы обсуждали выше, чем больше НЧ-динамик, тем больше его дисперсия начинает сужаться на более высоких частотах. Таким образом, когда вы переходите от средних частот к высоким, дисперсия сужается по мере приближения к точке кроссовера, а затем снова расширяется, когда звук переходит на твитер, который обычно имеет диаметр 1 или 0,75 дюйма и, таким образом, рассеивает звук в широком диапазоне. верхняя октава высоких частот (между 10 и 20 кГц).

Одним из решений является использование низкочастотного динамика меньшего размера, и в этом случае вы жертвуете басами. Или вы можете переместить точку кроссовера ниже, чтобы низкочастотный динамик не работал на высоких частотах. Но затем вы начинаете чрезмерно нагружать твитер, у которого, вероятно, недостаточно площади излучения или отклонения (движение вперед-назад) для воспроизведения этих низких частот.

Очевидно, что многие разработчики динамиков успешно пошли на этот компромисс, потому что существует бесчисленное множество двухполосных динамиков, которые великолепно звучат. За некоторыми исключениями, я предпочитаю двухполосные динамики с однодюймовыми твитерами и низкочастотными динамиками размером не более 5,25 дюймов, с точками кроссовера около 2,2 кГц или около того. Конечно, любой двухполосный динамик можно дополнить сабвуфером.

Однако здесь есть два исключения. Во-первых, некоторые высокочастотные драйверы имеют достаточную отдачу в среднем диапазоне, поэтому их можно безопасно переключать на низкочастотный динамик на более низкой частоте, обычно в диапазоне от 800 Гц до 1,5 кГц. К ним относятся рупорные твитеры с компрессионными драйверами (не купольные твитеры с рупорным волноводом), некоторые ленточные твитеры, а также электростатические и магнитопланарные панели. Вот почему двухполосная конструкция хорошо работает, например, в рупорных динамиках от JBL и Klipsch, а также в двухполосных электростатических динамиках от MartinLogan.

Другим исключением является то, что большие вуферы с малой движущейся массой и высокой чувствительностью могут воспроизводить естественно звучащие средние частоты и могут пересекаться на относительно высоких частотах. Часто низкочастотный динамик будет иметь гофрированную окантовку (часть, которая соединяет диффузор с корзиной) вместо более распространенной полукруглой окантовки. С одним из них вы можете получить полнодиапазонный звук из двухполосного. Примеры включают профессиональные мониторы JBL M2 (показаны здесь) и колонки DeVore Fidelity Orangutan.

Трехполосный (НЧ/СЧ/ВЧ)
Большинство дизайнеров динамиков, которых я знаю, считают трехполосную конструкцию лучшим универсальным выбором. Трехполосная конструкция дает вам преимущество небольших полнодиапазонных динамиков, описанных выше: абсолютно плоская частотная характеристика и постоянное рассеивание на большей части вокального диапазона. Это связано с тем, что точки пересечения обычно составляют от 300 до 600 Гц между НЧ и СЧ и от 2,8 до 4 кГц между СЧ и ВЧ. Вы получаете широкую дисперсию одно- или 0,75-дюймового твитера, не беспокоясь об искажении или отказе твитера. Дизайнер также может использовать вуфер большего размера (или два, или три), чтобы получить более глубокие басы. Хорошо спроектированный трехполосный динамик может обеспечить высокую мощность, чрезвычайно естественный звук без серьезных аномалий тонального баланса и измеренные характеристики, близкие к идеальным.

Однако это не означает, что трехполосные динамики идеальны во всех отношениях. Распространены динамики, в которых используется среднечастотный динамик того же размера или немного меньше, чем низкочастотный динамик; они будут играть громче, чем динамики с меньшими среднечастотными драйверами, но обычно они не обеспечивают такой стабильно широкой дисперсии средних частот. Кроме того, я слышал некоторые трехполосные динамики, в которых среднечастотный динамик пересекался с большим низкочастотным динамиком на слишком высокой частоте, из-за чего голоса звучали неестественно раздутыми, потому что они исходят от большого низкочастотного динамика.

Также трудно сделать трехполосный динамик по низкой цене. Разработчик должен добавить СЧ-драйвер, отдельный внутренний корпус для СЧ-драйвера, общий корпус большего размера и, как правило, две или три дополнительные катушки индуктивности, два или три дополнительных конденсатора и дополнительный резистор. Умножьте стоимость этих дополнительных деталей в пять или шесть раз, чтобы получить увеличение розничной цены, затем добавьте еще немного для более дорогой доставки, и вы начнете понимать, почему существует мало трехполосных динамиков по цене ниже 400 долларов за пару.

Распространенным вариантом трехполосного динамика является двухполосный динамик. Обычно используется один твитер и два или три соответствующих низкочастотных динамика. Низкочастотный динамик, ближайший к твиттеру, пересекается с твитером, как обычно. Низкочастотные динамики под ним имеют фильтр нижних частот, обычно в диапазоне от 300 до 800 Гц, поэтому они усиливают басовую мощность верхнего низкочастотного динамика, но в основном остаются за пределами среднего диапазона. Если вы подключите все вуферы параллельно, подключив их к твиттеру, они будут интерферировать друг с другом на средних частотах, производя вертикальные узкие звуковые лучи (называемые «лепестками») на определенных частотах. Несмотря на то, что конструкции с двумя с половиной полосами дадут вам больше басов, чем сопоставимые двухполосные модели, они по-прежнему создают те же проблемы, что и двухполосные динамики, когда дело доходит до выбора правильной точки кроссовера между низкочастотным динамиком и твитером.

Четыре и более
Как только вы приобретете более дорогие модели, четырех- и пятиполосные динамики станут обычным явлением. По большей части это трехполосные модели с добавленным большим низкочастотным динамиком для более глубокого баса. У них есть все преимущества трехполосных моделей с еще большим количеством басов, но за более высокую стоимость. Четырехполосная конструкция особенно выгодна для динамиков с кроссоверами первого порядка из-за нагрузки, которую они создают для своих драйверов.

Я только поверхностно коснулся этой темы и предлагаю вам узнать о ней больше, прочитав LDC или другой хороший справочник по динамикам.

Источник записи: hometheaterreview.com