Яка ідеальна конфігурація драйвера динаміка?

Кожен, хто деякий час займався аудіосистемою, напевно, віддав перевагу певному стилю динаміків і певній конфігурації драйвера. Це перевага може ґрунтуватися на особистому досвіді, думці довіреного рецензента, технічних знаннях або, можливо, навіть на певних зусиллях зі створення динаміків своїми руками. Насправді існує багато способів створити хорошого динаміка, і, звичайно, є місце для особистого смаку. Тим не менш, я часто дивуюся тому, як мало більшість людей (навіть ті, хто глибоко займається аудіо) дійсно розуміють наслідки продуктивності різних конфігурацій драйверів.

Багато з цього пояснено в Кулінарній книзі з дизайну гучномовців. Коли я вперше прочитав The LDC 20 років тому, це, мабуть, на порядок покращило моє розуміння того, як працюють колонки. Те, що я тут представляю, є набагато менш технічним. Я заохочую всіх аудіофілів і рецензентів копнути глибше, взявши копію LDC, яка зараз вийшла у сьомому виданні і яка була написана Венсом Дікасоном, редактором журналу Voice Coil і одним із найдосвідченіших дизайнерів гучномовців у світі.

Щоб зрозуміти, чому деякі конфігурації драйверів працюють краще, ніж інші в певних ситуаціях, важливо зрозуміти кілька загальних принципів:

1) За інших рівних умов, чим більший діаметр драйвера, тим нижчі частоти він може відтворювати, і тим складніше йому буде відтворювати високі частоти. Знову ж таки, це загальний принцип, істинний лише тоді, коли всі інші умови рівні.

2) Дисперсія динаміка (рівномірність, з якою він розсіює звук у всіх напрямках) здебільшого залежить від його діаметра або, у випадку динаміків овальної або прямокутної форми, їх горизонтальних і вертикальних розмірів. Хорошим емпіричним правилом є те, що дисперсія драйвера починає звужуватися (або «промінь») на частоті, довжина хвилі якої відповідає розміру драйвера. Щоб обчислити це, розділіть 13 512 (швидкість звуку в дюймах на рівні моря) на ефективну площу випромінювання драйвера. Наприклад, 6,5-дюймовий низькочастотний динамік із ефективним діаметром площі випромінювання п’ять дюймів (виміряним від піку оточуючого звуку до протилежного піку) починає випромінювати приблизно 2702 Гц, або 13 512 поділено на п’ять.

Розподіл важливий, оскільки він надає динаміку гучного, відкритого, природного звуку. Якщо дисперсія динаміка погана, буде здаватися, що звук виходить із динаміка, а не від справжнього співака чи інструмента. Погана дисперсія в середніх частотах також може створити колір «склених долонь» у голосі, ніби співаки тримають долоні навколо рота.

Можливо, ви вже зрозуміли, яка найбільша дилема в дизайні динаміків: чим менший драйвер, тим ширша його дисперсія (дивіться таблицю вимірювань нижче, клацніть на фото, щоб переглянути його у збільшеному вікні); однак, чим менший драйвер, тим менше він може працювати з низькими частотами. Трохи більше роздумів може привести до розуміння того, що «простіше – краще» рідко застосовується до мовців. Чим простіший динамік, тим більша ймовірність поєднання нерівномірної частотної характеристики, поганої дисперсії, відсутності низьких і/або високих частот та/або високих спотворень.

Давайте розглянемо плюси і мінуси деяких найпопулярніших конфігурацій драйверів динаміків. Одна примітка: існує безліч факторів, які впливають на продуктивність динаміка, включаючи конструкцію драйвера та матеріали, конструкцію та матеріали корпусу, навантаження низьких частот корпусу, нахили кросовера тощо. Однак вони виходять за межі цієї статті, яка стосується конкретно конфігурацій драйвера. Щоб глибше зрозуміти внутрішню роботу гучномовців, перегляньте Loudspeaker Design Cookbook або іншу докладну довідкову роботу.

Односпрямований (один драйвер, повний діапазон)
Деякі аудіофіли та рецензенти тяжіють до проектів з одним драйвером, оскільки вважають, що усунення схеми кросовера для поділу аудіосигналу на низькі та високі частоти забезпечує більшу чистоту звуку. Проблема полягає в тому, що це коштує дуже дорого. Великі повнодіапазонні динаміки мають нерівномірну високочастотну характеристику та надзвичайно низьку дисперсію високих частот. Менші повнодіапазонні драйвери, як-от 3,5-дюймовий, що використовується в динаміку Role Audio Sampan FTL, нещодавно розглянутому тут, можуть мати досить плавний відгук високих частот і рівномірну дисперсію десь між 5 і 7,5 кГц, тому вони можуть звучати добре, але оскільки резонансні частоти цих динаміків, як правило, становлять 100 Гц або вище, вони запропонують слабкий або зовсім відсутній бас. Порівняно з пристойним однодюймовим високочастотним динаміком, їхня частотна характеристика не буде такою плавною, а їх розсіювання не таким широким.

Тим не менш, у недорогих продуктах повнодіапазонні драйвери іноді є найкращим вибором. Я з теплотою згадую недорогі системи Cambridge SoundWorks із чудовим звучанням, розроблені легендарним Генрі Клоссом, які мали 2,5- або тридюймові повнодіапазонні динаміки в кубічних корпусах, доповнені дешевим, але ефективним смуговим басовим модулем. Я багато разів радив виробникам недорогих звукових панелей використовувати єдині повнодіапазонні драйвери замість окремих низькочастотних і високочастотних динаміків; за такими цінами майже неможливо знайти твітер із пристойним звучанням і включити відповідну схему кросовера.

Динаміки з невеликими повнодіапазонними динаміками, як-от Sampan FTL або Kvart & Bolge Sound Sommeliers (показані тут), мають свої принади, часто забезпечуючи безперебійну реакцію та чудово рівномірну дисперсію від нижнього середнього до нижнього високого, що перекладається як плавне. і природне відтворення голосу. Однак вони не звучать так просторо чи просторо, як динаміки зі звичайним однодюймовим високочастотним динаміком, і вони не відтворюють дуже голосно та не видають багато басу. Але їх можна доповнити сабвуфером.

Я не розумію, як динаміки з більшими одинарними драйверами можна вважати продуктами високої якості. Деяким аудіофілам вони подобаються, але, як я можу сказати, їхня привабливість більше філософська, ніж музична. Частотну характеристику та аномалії дисперсії, створені цими гучномовцями, легко почути та виміряти; тому, на мою думку, немає надійного способу назвати їхній звук природним чи нейтральним. Деякі з цих динаміків додають супер-твітер для більш розширеної високочастотної характеристики, але їх загальна частотна характеристика все одно буде грубою, а дисперсія вузькою в нижніх високих і верхніх середніх частотах.

Існують також повнодіапазонні електростатичні та магнітопланарні панельні динаміки, наприклад, виробництва MartinLogan і Magnepan відповідно. Це зовсім інша справа, тому що вони випромінюють звук назад і вперед, що допомагає протистояти проблемам розсіювання, викликаним великими випромінюючими поверхнями панелей. Багато з цих колонок використовують вигнуті панелі, щоб розширити свою дисперсію. Вони не можуть забезпечити глибокі баси на високій гучності або вид сфокусованого зображення, який може створювати хороший динамік (тобто конуси та куполи), але багато аудіофілів і рецензентів вважають ці динаміки одними з найкращих у світі ціна.

Двосмугові (низькочастотний динамік/високочастотний динамік)
динаміки, що поєднують один низькочастотний динамік і один високочастотний динамік, є найпоширенішими, і деякі аудіофіли та рецензенти вважають їх найкращими, часто посилаючись на принцип «простіше, тим краще». Знову ж таки, це поняття не застосовується. Так, двосмугові динаміки зазвичай простіші, ніж трисмугові моделі, але ця простота вимагає компромісу, який, як правило, виникає на частотах від двох до чотирьох кГц, де вухо найбільш чутливе.

Проблема з двосмуговими динаміками виникає в точці кросовера, частоті, на якій звук передається від низькочастотного до високочастотного. Як ми обговорювали вище, чим більший НЧ-динамік, тим більше його дисперсія починає звужуватися на вищих частотах. Отже, коли ви переходите від середніх частот до високих, дисперсія звужується, коли вона наближається до точки кросовера, а потім знову розширюється, коли звук переходить до високочастотного динаміка, діаметр якого зазвичай один або 0,75 дюйма, і таким чином розсіює звук широко вгору. верхня октава високих частот (між 10 і 20 кГц).

Одним із рішень є використання меншого низькочастотного динаміка, у цьому випадку ви жертвуєте басами. Або ви можете перемістити точку кросовера нижче, щоб низькочастотний динамік не був активним на високих частотах. Але потім ви починаєте надмірно навантажувати високочастотний динамік, який, ймовірно, не має достатньої площі випромінювання або екскурсії (рух вперед-назад), щоб відтворити ці нижчі частоти.

Очевидно, що багато розробників гучномовців пішли на цей компроміс, оскільки існує незліченна кількість двосмугових колонок, які звучать чудово. За кількома винятками, я віддаю перевагу двосмуговим динамікам з однодюймовими високочастотними динаміками та низькочастотними динаміками розміром не більше 5,25 дюйма, з точками кросовера приблизно на 2,2 кГц або близько того. Звичайно, будь-яку двосмугову колонку можна доповнити сабвуфером.

Однак тут є два винятки. По-перше, деякі високочастотні динаміки мають достатній відгук у середніх частотах, щоб їх можна було безпечно переключити на низькочастотний динамік із нижчою частотою, зазвичай між 800 Гц і 1,5 кГц. До них належать рупорні високочастотні динаміки, що використовують компресійні драйвери (не купольні високочастотні динаміки з рупорним хвилеводом), деякі стрічкові високочастотні динаміки та електростатичні та магнітопланарні панелі. Ось чому двосмугова конструкція добре працює, наприклад, у рупорних колонках від JBL і Klipsch, а також у двосмугових електростатичних колонках від MartinLogan.

Інший виняток полягає в тому, що великі НЧ-динаміки з малою рухомою масою та високою чутливістю можуть створювати природне звучання середніх частот і можуть перетинатися на відносно високих частотах. Часто НЧ-динамік має плісироване оточення (частина, яка з’єднує конус із кошиком) замість більш звичайного напіврулонного оточення. За допомогою одного з них ви можете отримати звук повного діапазону від двостороннього. Приклади включають професійні монітори JBL M2 (показані тут) і колонки DeVore Fidelity Orangutan.

Трисмуговий (НЧ/СЧ/ВЧ динамік)
Більшість дизайнерів колонок, яких я знаю, вважають трисмугову конструкцію найкращим універсальним вибором. Трисмугова конструкція дає вам перевагу невеликих повнодіапазонних динаміків, описаних вище: абсолютно плоска частотна характеристика та рівномірна дисперсія в більшій частині голосового діапазону. Це пояснюється тим, що точки перетину зазвичай становлять приблизно від 300 до 600 Гц між НЧ-динаміком і СЧ-динаміком і від 2,8 до 4 кГц між СЧ- і Твітером. Ви отримуєте широку дисперсію високочастотного динаміка на один або 0,75 дюйма, не хвилюючись про спотворення чи поломку високочастотного динаміка. Дизайнер також може використовувати більший низькочастотний динамік (або два чи три), щоб отримати глибші баси. Добре сконструйований трисмуговий динамік може забезпечити високу потужність, надзвичайно природний звук без серйозних аномалій тонального балансу та виміряну продуктивність, близьку до ідеальної.

Однак це не означає, що трисмугові динаміки ідеальні в усіх відношеннях. Часто зустрічаються динаміки, у яких використовується середньочастотний динамік такого ж розміру або трохи менший за НЧ-динамік; вони відтворюватимуться голосніше, ніж динаміки з меншими середньочастотними динаміками, але вони зазвичай не забезпечують стабільно широку дисперсію середніх частот. Крім того, я чув деякі трисмугові динаміки, де середній динамік був перехрещений із великим низькочастотним динаміком на надто високій частоті, через що голоси звучали неприродно роздутими, оскільки вони виходили з великого низькочастотного динаміка.

Також важко зробити трисмуговий динамік за низьку вартість. Розробник повинен додати драйвер СЧ, окремий внутрішній корпус для драйвера СЧ, більший корпус загалом і, як правило, два або три додаткових індуктора, два або три додаткових конденсатора та додатковий резистор. Помножте вартість цих додаткових деталей у п’ять-шість разів, щоб отримати збільшення роздрібної ціни, а потім додайте трохи більше для дорожчої доставки, і ви почнете розуміти, чому мало трисмугових динаміків за ціною нижче 400 доларів за пару.

Поширеним варіантом трисмугового динаміка є двосмуговий динамік. Зазвичай тут використовується один високочастотний динамік і два або три відповідних низькочастотних динаміка. НЧ-динамік, найближчий до високочастотного динаміка, перетинає високочастотний динамік, як зазвичай. НЧ-динаміки під ним мають фільтри низьких частот, як правило, на частоті від 300 до 800 Гц, тому вони підсилюють потужність низьких частот верхнього НЧ-динаміка, але здебільшого залишаються за межами середніх частот. Якщо ви запустите всі низькочастотні динаміки паралельно, перехрестивши їх по всьому твітеру, вони будуть заважати один одному в середніх частотах, створюючи вертикально вузькі пучки звуку (так звані «пелюстки») на певних частотах. Хоча двосмугові конструкції дадуть вам більше басу, ніж аналогічні двосмугові моделі, вони все одно викликають ті ж проблеми, що й двосмугові динаміки, коли справа доходить до вибору правильної точки розділення між низькочастотним і твітером.

Чотири та більше
Коли ви купуєте дорожчі моделі, чотири- та п’ятисмугові динаміки стають звичайними. Здебільшого це трисмугові моделі з великим низькочастотним динаміком для глибшого басу. Вони володіють усіма перевагами трисмугових моделей із ще більшою кількістю басу, але за вищою ціною. Чотирисмугова конструкція особливо корисна для динаміків з кросоверами першого порядку через навантаження, які вони створюють для своїх драйверів.

Я лише пошкрябав поверхню цієї теми тут, і я закликаю вас дізнатися більше про це, прочитавши LDC або інший хороший довідник про гучномовці.