Главная → Скачать софт → История развития колонок. История развития колонок История развития акустических систем

История развития колонок. История развития колонок История развития акустических систем

Стандартный динамический громкоговоритель, который мы знаем сегодня, был разработан в 1920-х годах и использует магнитное поле для перемещения катушки или магнита, который соединен с диафрагмой. Конечно есть и другие виды динамиков, которые зависят от типа устройств усилиения, помимо стандартных круглых динамиков, в этой статье мы рассмотрим немного основных типов: рупорные(рожковые), пьезоэлектрические, магнитострикционные динамики, электростатические, ленточные и плоские магнитные колонки, волновые, плоские панельные колонки, «преобразователи воздушного движения», плазменные динамики, и цифровые колонки.

1. Рожковые (рупорные) динамики

Данные динамики были самой первой формой для усиления звука. Им не нужно электричество для усилиения. Данные динамики использовали в своих конструкциях например: Томас Эдисон, Magnavox, и Victrola. Период их использования примерно 1880 по 1920.

Основной их недостаток в том, что они не могут качественнои мощно производить усиление.В будующем их полностью вытеснят динамики и устройства основанные на электричестве. Сегодня они интересны лишь в качестве экспоната для коллекционеров, правда есть современные разработки, которые полностью или частично используют принципы рупорных динамиков.

2. Электродинамические (современные) динамики

Что такое электродинамический динамик? Это устройство, которое использует электромагнитную катушку и диафрагму для создания звука. Это наиболее распространенный тип динамиков в современном мире.

Как это работает?

Современный динамик использует электромагнит, чтобы преобразовывать электрические сигналы разной силы в движение диффузора. Катушка из медной проволоки движется в магнитном поле. Это работает используя принцип индукции. Катушка подключена к конусу из картона, бумаги, винила или другого материала. Конус диафрагмы вибрирует вместе с электромагнитной катушкой. Звук создается и усиливается непосредственно самой диафрагмой. Особенность данных динамиков заключается в том, что каждый тип динамиков производится для определенного диапазона частот, т.к это зависит от типа магнитов, материала и предназначения динамиков.

Немного о звуке:

Звук является одной из форм энергии, проходящий через газ или жидкую среду. Есть два основных параметра для измерения звука: частота и уровень громкости (децибелы). Частота несет ответственность за качество звука в динамике, децибелы за громкость звука.

Люди могут слышать звук частотой с 20 — 20.000 Гц. Герц является количеством циклов в секунду. Звук представляет собой волну в диапазоне от 0 уровня энергии до бесконечности.

Если посмотретьт на музыку, то любая нота не звучит на постоянной частоте, это звуковая волна, которая достигает максимума, для ноты До диез 1 октавы например каждые 277-278 раз в секунду.Частотный спектр воспринимаемый человеком (примерно) от 20Hz до20 kHz,
наибольшая чувствительность в диапазоне от 2 до 4 KHz.
Динамический диапазон (от самых тихих воспринимаемых звуков до самых громких) около 96 dB (более чем 1 к 30000 по линейной шкале).
Общеизвестно, что человек в состоянии различить изменение частоты на 0.3% на частоте порядка 1kHz.
Если два сигнала различаются менее чем на 1дб по амплитуде – они трудноразличимы. Разрешение по амплитуде зависит от частоты и наибольшая чувствительность наблюдается в диапазоне от 2 до 4 KHz.
Пространственное разрешение (способность к локализации источника звука) – до 1 градуса у человека.
Звуки различной частоты распространяются в воздухе с разной скоростью. В результате высокочастотная часть спектра от источника находящегося на удалении от слушателя несколько запаздывает.
Человек не в состоянии заметить внезапное исчезновение высоких частот, если оно не превышает порядка 2ms.
Некоторые исследования показывают, что человек в состоянии ощущать частоты выше 20kHz. С возрастом частотный диапазон сужается.

Для человеческой речи частотный спектр, несущий информацию: от 500 Hz до 2 kHz
Низкие частоты в нашей речи это басы и гласные, высокие частоты – согласные.
Так как нейрон может возбуждаться не чаще чем 500 раз в секунду, то для получения информации о более высоких частотах слуховой аппарат человека прибегает к некоторым «ухищрениям»: на частотах до 500 Hz — колебания непосредственно переходят в нервные импульсы.
Примерно до 1.5кГц проблема решается подключением одновременно до 3 нейронов к одному нервному окончанию. Нейроны в данном случае возбуждаются последовательно, один за другим и, соответственно, помогают улучшить частотное разрешение в 3 раза.
На более высоких частотах регистрируется лишь амплитуда сигнала.
Таким образом бинауральный слух, играющий большую роль в локализации источника звука, лучше всего развит на частотах меньших 1.5кГц. Выше этой частоты источником информации о местоположении служит лишь разница амплитуд сигнала для левого и правого уха.

Основные этапы развития современных динамиков:

1861 — самый простой тип электронных громкоговорителей был разработан Johann Philipp Reis — учитель в городе Friedrichsdorf, Германия. Динамик был способен грубо очень «грубо» воспроизводить звук. Это был первый опыт использования электродинамического громкоговорителя.

1876 - Александр Грэм Белл также делает опыты с созданием динамика, основываясь на работе Рейса.

1877 — идея электромагнитной катушки для использования в динамиках осуществленная Вернером фон Сименсом, он использовал её для преобразования входных сигналов постоянного тока телеграфа. У него небыло решения для усиления звука, но он предположил, что это в конечном счете может быть сделано в ближайшем будующем.

1877-1921 — Различные изобретатели и инженеры работают с идеей электродинамических громкоговорителей, но пока получается создать только грубые, искаженные звуки. Промышленность продолжала выпусать рупорные динамики.

C.W. Rice из General Electric и E.W. Kellogg из AT&T вместе работали в Скенектади, Нью-Йорк, над улучшением электромагнитных динамиков и первой электрической системой усиления. Они создали рабочий прототип в 1921 году. Райс и Келлог смогли решить окончательно все проблемы, которые привели их к хорошиму, четкому звуку. Предыдущие попытки сделать громкоговоритель давали плохое, неприемлемое, приглушенное звучание. Этот приглушенный звук не был достаточно хорош, чтобы конкурировать с звуком рупорного динамика, который был хорошо известен на рынке. Райс и Келлог смогли в полной мере понять что необходимо для воспроизведения всех частот, необходимых для создания точного звука. Их прототип обладал достаточно большим динамическим диапазоном частот, чтобы быть лучше, чем диапазон рупорного динамика, обладая при этом возможностью значительно увеличить громкость. В 1925 году они подали на патенты и выступил с речью в Сент-Луисе на конференции AIEE(American Institute of Electrical Engineers ). После нескольких лет работы они усовершенствовали его как первый коммерческий продукт в своем роде и назвали громкоговоритель Радиола № 104. Она продавалась в 1926 году за $ 250 (около $ 3000 сегодня). Динамик продавался под брендом RCA.

Электродинамические громкоговорители сейчас производятся под несколько задач и делятся на основные категории:

Пищалки (Tweeter ) — 2 кГц — 20 кГц, используются для производства всей верхней линейки высоких частот.Большинство пищалок сделаны по принципу электродинамических громкоговорителей, однако есть пьезоэлектрические, электростатические и плазменные высокочастотные динамиками.

Динамики средней частоты (Mid-range ) — 300 — 5 кГц. Этот диапазон охватывает большую часть человеческого голоса вместе с большинством музыкальных инструментов.

Низкочастотный динамик (Woofer ) — для частот 40 — 1 кГц.

Сабвуфер (Subwoofer ) — 20 — 200 Гц. Очень низкие частоты. Человеческое ухо может слышать только до 20 Гц. низкочастотного диапазона. Это означает, что он может быть размещен в любом месте комнаты и быть услышанным из любой точки с тем же качеством звука. Сабвуферы также производят звуковые волны, которые проникают легко через стены. Шум от этого типа динамиков может даже проникнуть вертикально через 5 и более полов из бетона в жилых домах. Излишне говорить, легко попасть в неприятности с местными постановлениями шума. Сабвуферы были разработаны в 1960-х годах.

3. Плоские панельные колонки

Здесь выделяется NXT-технология.

NXT-панели – это один из вариантов исполнения плоско-панельных громкоговорителей. В основу легли разработки для военной промышленности, однако, основное применение подобные устройства нашли в потребительской электронике. Компании Parrot использует данную технологию в устройствах MINIKIT SLIM, MINIKIT CHIC и MINIKIT L.E.

Говоря об особенностях, выгодно отличающих систему, нам следует назвать те, которые важны при использовании устройства в ограниченном пространстве:

практически безукоризненное излучение звука во всех направлениях;
малая зависимость акустического давления при удалении от панели NXT. То есть качество звука не падает при перемещении пользователя.

В отличие от обычных громкоговорителей, NXT - это технология плоских панелей, где ее возбуждение осуществляется из одной точки с помощью подвижной катушки, пьезоэлемента или другого возбудителя. Привод NXT максимизирует резонансное поведение панели, например, благодаря выбору материала поверхности и определению места установки возбудителя.

Основная идея заключается в получении максимально случайного характера движения любых двух соседних точек поверхности панели относительно друг друга - и это основной прорыв NXT.

В очень жесткой панели системы NXT после возбуждения, основанного на обычном электродинамическом или электростатическом принципе, на всей ее поверхности происходят сложные вибрационные процессы. При этом резонансные свойства, связанные со структурой материала и точкой возбуждения, становятся более интенсивными, соседствующие элементы материала начинают произвольно вибрировать. Научное название этого явления - «режим распределенной вибрации». Постарайтесь себе представить трассу скоростного спуска, на которой бугры переходят в углубления и наоборот. Необходимо, чтобы структура вибраций во всем частотном диапазоне была бы как можно более сложной и плотной.

В отличие от обычных многополосных громкоговорителей, для воспроизведения всего звукового диапазона используется одна панель NXT, возбуждаемая при помощи одного-единственного преобразователя. При площади 0,6 кв. м нижняя граничная частота составляет 100 Гц, а верхняя 18 кГц. И отклонения частотной характеристики при этом имеют такой же порядок, как и у обычных громкоговорителей. При увеличении площади до 1,5 кв. м низкочастотная граница уменьшается до 60 Гц. Панели NXT могут работать при размерах от 25 кв. см до 100 кв. м! Самые маленькие могут быть использованы в системе мультимедиа совместно с ноутбуком, а самые большие в кинотеатрах, служа одновременно экраном. И при этом открывается совершенно безбрежное море применений от автомобильной акустики и портативных устройств (Parrot MINIKIT SLIM) до совершенно незаметной (для глаз, но отнюдь не малых размеров) встроенной акустики, имитирующей даже архитектурные фрагменты помещения.

Панели NXT могут работать при размерах от 25 кв. см до 100 кв. м! Самые маленькие могут быть использованы в системе мультимедиа совместно с ноутбуком, а самые большие в кинотеатрах, служа одновременно экраном. И при этом открывается совершенно безбрежное море применений от автомобильной акустики в виде полки под задним стеклом до совершенно незаметной (для глаз, но отнюдь не малых размеров) встроенной акустики, имитирующей даже архитектурные фрагменты помещения. Говоря о параметрах, выгодно отличающих систему, следует назвать прежде всего практически безукоризненное излучение звука во всех направлениях, качество которого несколько снижается на низких частотах по сравнению с классическими диффузорными громкоговорителями. Кроме того, зависимость акустического давления при удалении от панели NXT значительно меньше. И если измеренное традиционными методами звуковое давление на расстоянии 1 метра у них на 4 дБ меньше, чем у среднего динамического громкоговорителя (за которое мы принимаем 90 дБ SPL), то при перемещении на 3,5 м для NXT оно уменьшится всего на 4 дБ против 11 для акустики с традиционными преобразователями источника сигнала. Так что при передвижении слушателя по помещению практически невозможно обнаружить никаких изменений ни частотного спектра, ни громкости. Во время демонстрации поворот панели на 90° или помещение за спину демонстрировавшего ее специалиста практически не влияли на качество воспроизведения. Благодаря микроскопическим перемещениям характер импеданса возбудителя для панели будет просто резистивным, что значительно облегчает работу усилителя.

У системы NXT практически не существует никакого ограничения мощности, хотя контролировать температуру преобразователей все же приходится. С другой стороны, сами панели одновременно играют роль охладителя. Более того форму панели можно приспособить к подставке, на которую она будет поставлена. При этом не следует забывать о потерях энергии одной стороной панели. Субъективное впечатление от звучания панелей системы NXT можно охарактеризовать как прозрачное с детальным распознаванием и передачей кратковременных сигналов без искажений. Что касается воспроизведения Hi-Fi, то к относительным недостаткам можно отнести некоторое ограничение полосы низких частот, а также утрату точной локализации. Эти недостатки вызваны так называемой «диффузностью» звукового поля, которая сама по себе недостатком не является, а для тыловой акустики домашнего театра ТНХ даже необходима, но тем не менее от нее можно будет избавиться в процессе совершенствования системы NXT.

4. Мембранные колонки

Принцип действия заключается в том, что используются магнитные поля для перемещения звуковоспроизводящего элемента (диафрагма). В таком динамике катушка монтируется непосредственно на диафрагму. Основное достоинстов таких динамиков это большая мощность, широкий диапазон воспроизводимых частот и компактные, особенно по толщине, размеры.

5. Колонки на основе плазменной дуги

Плазма представляет собой ионизированный газ, или ток в газе. Плазма реагирует на электрические поля, поэтому вы можете включить электрический сигнал (звук) в электрическое поле, которое манипулирует плазмой. У плазмы есть масса и она будет вибрировать создавая звук, это похоже на то, как в диафрагме движется воздух для получения звука. Такие динамики визуально довольно интересны, но ограниченны в качестве звука. Подобные разработки имеют проблемы с надежностью и поэтому пока остаются только в качестве концепта или устройств для любителей.

6. Пьезоэлектрические колонки

Пьезоэлектрические динамики ограничены в частотной характеристике поэтому они
используются только как твитеры (пищалки) в небольших электрических устройств, таких как часы, чтобы воспроизводить простые звуки. Такие динамики сделаны по твердотельной технологии, что делает их очень прочными, это отличное решение для использования в качестве микрофона под водой. В них звуковые волны создаются за счет изменения геометрии жесткого и упругого, чаще всего плоского, элемента, изготовленного, обычно, из пьезокерамики (типа титаната бария). Эти излучатели хорошо воспроизводят звуки на резонансных частотах и почти не воспроизводят на всех остальных.

7. Электростатические динамики

К высококачественным громкоговорителям класса High-End относятся электростатические громкоговорители, ласково именуемые электростатами. Принцип действия их прост - притяжение плоской мембраны к наряженной пластине. Увы, для заметного проявления этого эффекта приходится использовать очень высокие напряжения - примерно до 10 кВ. Но и в этом случае эффект проявляется настолько слабо, что для получения приемлемой громкости звучания на низких частотах площадь мембраны должна быть порядка 1 квадратного метра, а то и больше, что определяет большие габариты громкоговорителей. Отрадно, что хоть толщина их может быть малой - порядка 10-15 см. Разумеется, конструкторам приходится не забывать о мерах безопасности при работе со столь высоковольтными агрегатами.Фирма Sony - одна из немногих упорно ведущих разработку электростатов. Габариты колонок (1,5 метра в высоту и 0,8 метра в ширину), а также рабочее напряжение в 9 кВ говорят сами за себя. Зато колонки неплохо воспроизводят низкие частоты - для этого в них используются две мембраны размером 50×27 см. Мембраны поменьше служат для воспроизведения средних и высоких частот. Электростаты не только громоздкие, но и очень дорогие излучатели. Вряд ли они представляют практический интерес для подавляющего большинства наших меломанов и любителей электроакустики. Так же, как и некоторые типы излучателей, использующих особые физические эффекты, ведущие к генерации звуков, например, генерацию звуковых колебаний плазмой. Однако картина меняется, если электростаты использовать только для воспроизведения средних и высоких частот, а почетную миссию воспроизведения низких частот оставить за хорошо апробированными динамическими громкоговорителями. По этому пути пошла и фирма Sony, применяющая ВЧ-электростаты в целом ряде своих музыкальных центров. Диапазон эффективно воспроизводимых частот простирается от самых низких частот звукового диапазона до десятков килогерц (любопытно, что точные данные фирма пока не указывает). Все эксперты единодушно сходятся на том, что эти системы дают особенно прозрачный и естественный звук, к качеству которого невозможно придраться.

Подробнее о

Разработка, изготовление уникальных, программируемых блоков питания для педалей эффектов гитар.

Акустические системы сегодня представляют высокотехнологичные устройства, способные воспроизводить звук самого разного типа. И подключить современные колонки можно практически к чему угодно – к любому устройству, способному передавать звуковую информацию: компьютеру, телефону, телевизору, музыкальному центру. Отдельная тема – автомобильные акустические системы, которые тоже имеют широкое разнообразие и часто используются для модернизации заводских версий автомобилей.

Но колонки далеко не сразу стали такими, какими мы их знаем сейчас. Всего пару десятков лет назад люди не могли себе представить многоканальную цифровую акустическую систему, создающую полноценное звуковое объемное окружение. Какими же были колонки на заре своей истории и как изменялись с течением времени?

История колонок

Первые прототипы колонок появились еще в далеком XIX веке. Связано это было, конечно, с одним из величайших открытий в истории человечества – открытием в 1831 году явления электромагнитной индукции, совершенным Майклом Фарадеем. Вскоре после этого изобретатели начали использовать электричество в своих исследованиях, и спустя три десятка лет был создан первый прототип телефона, использовавший такое устройство, как громкоговоритель для воспроизведения звука.

Этот момент и считается рождением того, что к нынешнему времени стало динамиком. Стало возможным создание колонок, однако в те времена их просто-напросто не к чему было подключить. К тому же, тогда еще не существовало усилителей, которые необходимы для получения достаточно мощного и качественного звука. Все это привело к тому, что сразу после изобретения колонки не обрели популярности и широкого применения.

Однако о технологии не забыли, и она начала настоящую свою жизнь после того, как был создан первый ламповый усилитель. Отсюда пошло первое разделение акустических устройств на активные – использующие встроенный преобразователь электрического сигнала, и пассивные – требующие подключения отдельного усилителя звука. Первые усилители были ламповыми – в них использовались обычные лампы накаливания, которые смогли позволить усиливать электрический сигнал до достаточной для воспроизведения звука мощности.

После появления технологии для усиления звука колонки начали стремительно развиваться. Первое устройство, использовавшее усилитель вместе с динамическим излучателем, появилось в 1926 году – это была Radiola 104, позволявшая получать звук мощностью 1 Вт. Усовершенствовались колонки на протяжении всего XX века, а на 70-80-е годы пришелся период наиболее активного акустических систем. Несмотря на появление все новых технологий, общие принципы конструирования колонок практически не изменились – как в прошлом, так и сейчас они состоят из звукоизолированного корпуса, усилителя и динамического излучателя. Улучшаются со временем только электрические детали за счет появления новых материалов, которые можно использовать при производстве микросхем и некоторых деталей динамика. Так, к примеру, сегодня появляются сложные полимерные пленки, призванные заменить бумагу на посту мембраны диффузора.

Современный облик колонки обрели в середине 1950-х годов, когда в Америке была запатентована закрытая конструкция акустических устройств. Закрытость динамика от окружающего воздуха позволила не только существенно увеличить качество издаваемого колонкой звука, но и в разы уменьшить размеры устройства. Примерно в то же время было начато производство высокочастотных динамиков – твиттеров – которые, в отличие от средне- и низкочастотных излучателей имеют купольную конструкцию.

В середине 1970-х годов компания Yamaha совершила настоящий прорыв в производстве акустических систем – ею были выпущены первые колонки, в которых был использован экспериментальный по тем временам материал – бериллий. Распыленный в вакуумной камере, он был применен для конструирования средне- и высокочастотных динамических излучателей. Сложность использования бериллия заключалась в том, что он очень хрупок и легко разрушался под нагрузкой в динамике. Инженеры Yamaha же научились обрабатывать его таким образом, чтобы целостность материала сохранялась в любых условиях.

Чем же был так важен бериллий? Дело в том, что изделия из него обладают самой высокой жесткостью, которая является одним из главных параметров мембраны диффузора, поскольку именно она определяет стабильность хода пленки при вибрации. Соответственно, от нее зависит непрерывность и чистота звука. Эту характеристику как-то нужно совместить с плотностью, от которой зависит, насколько на звук влияет сам материал изготовления диффузора, и малым весом устройства.

В 1973 году появился первый высококачественный сабвуфер, воспроизводивший звук частотой от 20 Гц. В его конструкции использовались 22-сантиметровые магниты, а все устройство весило чуть больше 50 кг.

В СССР, в отличие от стран Запада и Японии, развитие акустических систем высокого качества шло замедленными темпами. Когда как в последней колонки высшего класса, NS 1000 monitor, которые до сих пор считаются едва ли не лучшими акустическими устройствами за всю историю, появились в 1974 году, в нашей стране процесс активной разработки и производства Hi-Fi устройств только начался в конце 70-х годов. Советский технический гений смог создать колонки достаточного качества, чтобы отвечать всем международным требованиям, но очень хорошими их назвать было нельзя. Несмотря на все усилия отечественных инженеров, советская техника никогда не могла догнать и уж тем более перегнать по качеству продукцию западных компаний.

Развитие компьютерных колонок

После того, как началось массовое производство персональных компьютеров, изменились и тенденции в разработке и изготовлении акустических систем. Нужно было сделать колонки не только достаточно качественными, но и компактными, а также способными подключаться к звуковой плате компьютера.

До изобретения более-менее совершенных звуковых карт компьютерные колонки не были способны выдавать хоть сколько-нибудь качественный звук. Он был сравним с тем, как звучат плохие магнитофоны – если музыку еще можно было слушать, то человеческая речь, например слова песен, воспроизводилась с жуткими помехами.

С появлением звуковых карт стала возможной организация двухканального звучания. Эта схема широко используется и по сей день – в ней применяется пара колонок, на которые при помощи микросхемы в компьютере подается два отдельных электрических сигнала, кодирующих два разных канала – обычно это фронтальные каналы, создающие основную часть звукового окружения. Такие системы отмечаются индексом 2.0 – то есть, в них используется две широкополосные колонки и ни одного сабвуфера.

Звук уже стал достаточно качественным – оставалось только расширять его способности. Для этого система 2.0 была дополнена еще двумя колонками – тыловыми. С такой системы 4.0 началась эпоха объемного звучания. Первые такие модели еще не были тем, что сейчас представляет собой полноценное многоканальное окружение, но уже позволяли получить представление о расположении источников звука в пространстве. Для еще большей полноты звука к широкополосным колонкам стал добавляться сабвуфер, и система получила индекс 4.1.

И, наконец, один из финальных этапов развития колонок – появление системы Dolby Surround, которая реализуется благодаря еще одной, пятой, колонке. Эта колонка является центральной и привносит в звуковое окружение финальный штрих, делая воспроизводимую речь максимально качественной. Кроме того, центральная колонка позволяет объединять сигналы с разных каналов для одновременного их усиления.

Таким образом, история колонок весьма объемна и занимает почти два века. Она началась с открытия электричества, и с тех пор акустические системы неотрывно следовали за развитием технологий, являясь неотъемлемой частью научно-технического прогресса. Что будет с колонками дальше – неизвестно. Кажется, что сделать звук еще более качественным уже невозможно, но кто знает – может быть, завтра ученые откроют новый материал, который при использовании в динамиках вознесет звук на неслыханные ранее высоты.

Громкоговоритель

Громкоговоритель - устройство для преобразования электрических сигналов в акустические и излучения их в окружающее пространство (обычно - воздушную среду). Состоит из одной или нескольких излучающих головок, которые собственно и являются источниками звука, а также акустического оформления, необходимого для более эффективного излучения звука в заданной полосе частот.

Функционально к громкоговорителям близки телефоны (наушники) , однако в отличие от громкоговорителей они не предназначены для излучения звука в открытое пространство. Громкоговоритель, выполненный в виде закрытого корпуса той или иной формы (чаще параллелепипед, куб) называется акустической системой или (неправильно) колонкой .

Классификация громкоговорителей

Виды громкоговорителей в зависимости от способа излучения звука

Электродинамический громкоговоритель - в нём источником механических колебаний диффузора является лёгкая катушка , движущаяся в поле мощного магнита.
Электростатический громкоговоритель - основан на электростатическом взаимодействии тонких мембран, между которыми приложено высокое напряжение
Пьезоэлектрический громкоговоритель - основан на пьезоэффекте .
Электромагнитный громкоговоритель - в нём диффузор из магнитных материалов движется под действием магнитного поля электромагнита
Ионофон - схема без диффузора, в которой колебания воздуха возникают под действием электрического заряда
Громкоговорители на базе динамических головок специальных видов (магнепланарных, изодинамических, ленточных, ортодинамических, излучателях Хейла)

Функциональные виды громкоговорителей

Акустическая система - громкоговоритель, предназначенный для использования в качестве функционального звена в бытовой радиоэлектронной аппаратуре, имеет высокие характеристики звуковоспроизведения; основная статья - Акустическая система
Абонентский громкоговоритель - громкоговоритель, предназначенный для воспроизведения передач низкочастотного канала сети проводного вещания; основная статья - Абонентская радиоточка
Концертный громкоговоритель - имеет большую громкость в сочетании с высоким качеством звукопередачи
Громкоговорители для систем оповещения и систем озвучивания помещений (громкоговорители этих систем похожи по назначению, несколько отличаются громкостью и качеством звуковоспроизведения)
- Настенный громкоговоритель
- Потолочный громкоговоритель
- Панельный громкоговоритель
Уличный громкоговоритель - имеет большую мощность, обычно, рупорное исполнение, в просторечии «колокол»
Специальные громкоговорители для работы в экстремальных условиях - противоударные, противовзрывные, подводные
Другие специальные виды громкоговорителей

Классификация по другим признакам

Однополосный громкоговоритель - громкоговоритель, головки которого работают в одном и том же диапазоне частот
Многополосный громкоговоритель - громкоговоритель, головки которого работают в двух или более разных диапазонах частот
Диффузорный громкоговоритель
Рупорный громкоговоритель - громкоговоритель, акустическим оформлением которого является жесткий рупор
Громкоговоритель непосредственного излучения

Рупорные громкоговорители

Автомобильный компрессионный рупорный ВЧ-громкоговоритель Hertz ST 25

Рупорные громкоговорители чаще всего применяется в случаях, когда требуется большая громкость но не требуется высокого качества звука - в таком случае достаточно просто создать рупорный громкоговоритель небольших габаритов, развивающий значительное звуковое давление при небольшой подводимой мощности (а значит - имеющий высокий КПД).

Рупорный громкоговоритель состоит из электродинамической головки прямого излучения и рупора . Чаще всего применяется в составе мегафонов , для озвучивания массовых мероприятий на открытом воздухе (в парках, на улицах и площадях), как наружное устройство для массового оповещения на производственных объектах, для излучения сигналов тревоги; сеть таких громкоговорителей имеется в распоряжении подразделений ГО и ЧС . Использовались в прошлом в многополосной акустике, преимущественно в киноиндустрии, для воспроизведения средних и высоких частот, от 1000 до 20 000 Гц, но в дальнейшем от рупорных громкоговорителей здесь отказались, так как для рупорных громкоговорителей сложно добиться высокого качества звука при небольших габаритах. Для более низких частот такие громкоговорители неприменимы, так как требуется рупор слишком большого размера.

В настоящее время рупоры с компрессионными драйверами иногда применяются и в бытовой Hi-Fi индустрии (Klipsch , Cerwin-Vega!), в сфере профессионального аудио (JBL pro), а также довольно широко распространены в нише так называемого High End Audio - эксклюзивной аудио аппаратуры для бытового пользования (Avantgarde Acoustic, Acapella Audio Arts, Cessaro), где чаще всего применяются крупногабаритные сферические рупоры на высоко- и средне-частотных диапазонах, а на низкие частоты работает активный НЧ-блок на динамических головках (хотя есть примеры полностью рупорных систем во всем диапазоне слышимых частот). Подобные изделия эксклюзивны и отличаются чрезвычайно высокой стоимостью.

История громкоговорителя

Александер Грэм Белл запатентовал первую электродинамическую головку (капсюль) как одну из составных частей своего телефона, в 1876 г. В 1878 г. конструкция была усовершенствована Вернером фон Сименсом . Никола Тесла в 1881 г. также заявил об изобретении подобного устройства, но не патентовал его. В то же время Томас Эдисон получил британский патент на систему, использовавшую сжатый воздух в качестве механизма усиления звука в его ранних валиковых фонографах (см. сирена (акустика)), но в конечном итоге установил обычный металлический рупор, колебания воздуха в котором вызывались мембраной, связанной с иглой. В 1898 г. Х. Шорт запатентовал конструкцию громкоговорителя, управляемого сжатым воздухом, и затем продал права Чарльзу Парсонсу, получившему ранее 1910 г. еще несколько британских патентов.

Несколько компаний, включая Victor Talking Machine Company и Pathe , выпускали проигрыватели, использующие головки, управляемые сжатым воздухом. Однако подобные устройства (головки косвенного излучения) нашли лишь ограниченное применение ввиду плохого качества звука и неспособностью воспроизводить звуки низкой громкости. Разновидности подобных систем использовались в звукоусилительных установках (для больших площадей, стадионов и т. п.) и значительно реже в промышленности в испытательной технике вибростенды, например, для тестирования космического оборудования на устойчивость к низкочастотным вибрациям, производимым стартующей ракетой.

Современная конструкция головки с подвижной катушкой разработана в 1898 г. Оливером Лоджем . Принцип был запатентован в 1924 г. Честером У. Райсом и Эдвардом У. Келлогом.

Первые ГД с электромагнитами были очень больших размеров, а мощные постоянные магниты - труднодоступны ввиду значительной стоимости. Обмотка электромагнита , называемая полевой, намагничивается за счет тока, проходящего по другой обмотке головки (катушке подмагничивания). Такое включение имеет двоякую роль, ибо выполняет фильтрацию напряжения, питающего усилитель , к которому подключена данная акустическая система. Проходя по обмотке, фон переменного тока усиливается; однако, частоты переменного тока стремятся промодулировать аудиосигнал, поданный на звуковую катушку и складывающийся с слышимым шумом включенного устройства звуковоспроизведения.

Качество акустических звуковоспроизводящих систем до начала 1950-х годов было сравнительно низким. Продолжающееся до сих пор улучшение дизайна корпусов и материалов привело к существенному улучшению качества звуковоспроизведения. Наиболее значительными усовершенствованиями являются: усовершенствование рамы, открытие технологии высокотемпературной адгезии, улучшение технологии изготовления постоянных магнитов, усовершенствование измерительной техники, и наконец проектирование и анализ элементов при помощи компьютера.

Низкочастотный громкоговоритель

Проектирование низкочастотных громкоговорителей (НЧ ГГ), как и всей конструкции в целом, так и их отдельных элементов, исходит из специальных требований, основные из которых следующие:

низкочастотные ГГ, как правило, имеют более низкую чувствительность по сравнению со средне- и высокочастотными ГГ - 86-91 dB/Вт/м. В связи с этим для обеспечения необходимого звукового давления в области низких частот они должны выдерживать значительные мощностные нагрузки (до 200 Вт и более) при сохранении тепловой и механической прочности;
сравнительно низкая резонансная частота (16-30 Гц) этих ГГ, необходима для обеспечения эффективного воспроизведения низкочастотных составляющих сигнала, требует высокой линейности упругих характеристик гибких элементов (подвеса и шайбы) при больших смещениях подвижной системы вплоть до ± 12-15 мм;
для обеспечения «неокрашенности» звучания НЧ ГГ должны иметь, помимо малых уровней гармонических искажений, как можно более «гладкую» амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) звукового давления, вплоть до верхней границы воспроизводимого ими диапазона частот (как правило, 1500-3000 Гц). Экспериментально показано, что для того, чтобы НЧ ГГ не вносил слышимой окраски в звучание акустической системы (АС) в верхней части воспроизводимого им диапазона, резонансные пики на его АЧХ должны быть не менее чем на 20 дБ ниже среднего уровня звукового давления, создаваемого АС в этой области частот.

Для удовлетворения таким требованиям при проектировании НЧ ГГ уделяется большое внимание конструктивной и технологической разработке всех элементов: подвеса, шайбы, диффузора, пылезащитного колпачка, звуковой катушки, гибких выводов звуковой катушки, магнитной цепи и диффузородержателя.

Лингвистические аспекты

См. также

Примечания

Литература

Павловская В. И., Качерович А. Н., Лукьянов А. П. Акустика и электроакустическая аппаратура. 2-е изд. - М.: Искусство, 1986
Акустика. Справочник. Под ред. М. А. Сапожкова. - М.: Радио и связь, 1989.
Корольков В. Г., Сапожков М. А. Справочник по акустике. Под общ. ред. М. А. Сапожкова. - М.: Радио и связь, 1979.
Алдошина И. А. Электродинамические громкоговорители. - М.: Радио и связь, 1989.
Алдошина И. А., Войшвилло А. Г. Высококачественные акустические системы и излучатели. - М.: Радио и связь, 1985.
Иофе В. К., Лизунков М. В. Бытовые акустические системы. - М.: Радио и связь, 1984.
Виноградова Э. Л. Конструирование громкоговорителей со сглаженными частотными характеристиками. - М.: Энергия, 1978.
Эфрусси М. М. Громкоговорители и их применение. - М.: Энергия, 1971.

Нормативно-техническая документация

ГОСТ 16122-87. Громкоговорители. Методы измерения электроакустических параметров.
ГОСТ 12089-66. Громкоговорители рупорные общего назначения. Общие технические условия.
ГОСТ 5961-89. Громкоговорители абонентские. Общие технические условия.
ГОСТ 23262-88. Системы акустические бытовые. Общие технические условия.
ГОСТ 27418-87. Аппаратура радиоэлектронная бытовая. Термины и определения.
ГОСТ 9010-84. Головки громкоговорителей динамические прямого излучения. Общие технические условия.
ОСТ 4.383.001-85. Головки громкоговорителей динамические. Общие технические условия.

Ссылки

Нетрадиционные излучатели: обзор в восьми частях. Излучатели для громкоговорителей и наушников: динамические , ленточные , изодинамические , ортодинамические , Хейла , электростатические , плазменные , электретные .
Lenard Education - Speaker Principles (англ.)

Пассивные твердотельные	Резистор · Переменный резистор · Подстроечный резистор · Варистор · Конденсатор · Переменный конденсатор · Подстроечный конденсатор · Катушка индуктивности · Кварцевый резонатор · Предохранитель · Самовосстанавливающийся предохранитель · Трансформатор
Активные твердотельные	Диод · Светодиод · Фотодиод · Полупроводниковый лазер · Диод Шоттки · Стабилитрон · Стабистор · Варикап · Вариконд · Диодный мост · Лавинно-пролётный диод · Туннельный диод · Диод Ганна Транзистор · Биполярный транзистор · Полевой транзистор · КМОП-транзистор · Однопереходный транзистор · Фототранзистор · Составной транзистор · Баллистический транзистор Интегральная схема · Цифровая интегральная схема · Аналоговая интегральная схема Тиристор · Симистор · Динистор · Мемристор
Пассивные вакуумные	Бареттер
Активные вакуумные и газоразрядные

Началось всё на всемирной выставке в Осаке (Япония), где в 1976 году были представлены «супер идеальные» колонки, работающие в поршневом режиме, во всём диапазоне частот. Это был технический прорыв. В поршневом режиме скорость распространения радиальных изгибных волн так велика, что диффузор движется как единое целое во всем диапазоне частот. Эти АС обладали ровной АЧХ (35Гц -35кГц ±1,5 дБ) и нелинейными искажениями ниже в 1000 раз психофизиологических порогов заметности.

Как и над форматом VHS, над этой разработкой трудились специалисты лидеров HI-FI рынка того времени: Это японские компании – Sanyo, и её акустическое подразделение OTTO, – Sony, их АС SS-G5, SS-G7, SS-G9 на тот момент считались эталоном качества, – Yamaha, имеющая наибольший опыт в изготовлении купольных СЧ динамиков. А так же ряд американских производителей и молодая (на тот момент) английская компания Wilson, чья концепция и была выбрана за основу этих АС.

На выставке данная акустика была представлена под маркой Fisher. Угасающая компания была куплена концерном Sanyo, выпуск таких АС должен был возродить легендарный бренд. Для Европы и США они назывались Fisher 1200 Studio Standard (STE 1200), для внутреннего рынка Японии – OTTO SX-P1.

История отечественных «супер идеальных» колонок началась на международной конференции в 1977 году в Западной Германии. Одним из участников был высокопоставленный член ЦК КПСС, меломан и поклонник качественной музыки. На фуршете в заключение конференции, его внимание привлекла необычайно завораживающая и «живая» музыка. Наш делегат заинтересовался источником звука – это были Fisher 1200 Studio Standard. Представитель Англии отпустил шутку, вроде того, что в СССР – кроме ракет и подводных лодок – больше делать ничего не умеют… После возвращения советской делегации в Москву пришёл груз – Fisher 1200 Studio Standard. Это был подарок от немецких друзей.

На очередном докладе ЦК партии о развитии товаров народного потребления, было заявлено что к предстоящему съезду ЦК КПСС будут представлены и запущены в производство новые АС высшего класса сложности, работающие в поршневом режиме. Тем временем Fisher 1200 Studio Standard были разобраны по винтику и изучены.

Задание было дано ведущим КБ и радиотехническим предприятиям Министерства электронной промышленности СССР. Но, несмотря на затраченные усилия и средства, никому не удалось изготовить даже опытного образца. Руководители, несмотря на страх потерять свои места, в один голос заявляли, что советская промышленность не располагает такими технологиями и отстает на двадцать лет от зарубежных разработок. Военная же промышленность в СССР, как известно, наоборот, опережала мировую. Шутка английского делегата оправдывалась.

Тогда проект был отдан на НПО «Торий» в г. Москва, выпускавший в то время комплектующие для атомных подводных лодок. Где уже к концу 1980г создают опытные образцы. А через два года запускается серийное производство АС под названием Электроника 100АС 060. Экономии не было не в чём, с затратами не считались. Например, звуковые катушки и магнитные системы динамических головок проектировались с учётом сопротивления соответствующих звеньев фильтров и их влияния на параметры Тиля-Смолла. НЧ диффузоры изготавливались на прецизионном оборудовании – никелевый сплав напылялся на специальные поролоновые формы, которые помещались в высокотемпературную печь, где никель вспенивался до строго определённой структуры. Затем вручную шла наклейка на никелевое основание алюминиевой фольги. Купол СЧ – головки наращивался внешними слоями сапфира на алюминиевой подложке в специальной камере. ВЧ излучатель имел кольцевую диафрагму с тончайшими прорезями, полученными с помощью лазера и бескаркасную алюминиевую катушку. Корзины всех динамиков выливались под высоким давлением из алюминиевого сплава и имели массивные основания. Многозвенные фильтры с линейной фазой не только фильтровали сигнал, но и компенсировали реактивное сопротивление головок и их частотно-временные отклонения. Для вибродемпфирования пятислойных стенок корпуса в опытных образцах использовались те же материалы, что и в атомных подводных лодках.

Далее было налажено производство ещё 7 моделей АС, наиболее популярными из которых были . Главным минусом новых моделей было использование таких же НЧ и СЧ-головок в малогабаритных корпусах, что сказывалось на звучании в основном в басовой и мидбасовой области звукового сигнала.

Из-за сложного процесса производства и высокого процента брака, данные АС выпускались небольшими партиями около 1000 пар в год. Стоимость в розничной сети одной 100АС была 540 рублей, а затраты на изготовление были в два с половиной раза больше, разницу в цене предприятию, естественно, доплачивало государство.

После выпуска первых серийных образцов проводились сравнительные субъективные экспертизы, выполненные совместно с Ленинградским Домом радио и фирмой “Мелодия”, где принимали участие помимо конструкторов, профессиональные звукорежиссеры и музыканты. Для прослушивания были выбраны лучшие зарубежные АС того времени (Wilson, Onkyo, JBL, Yamaha, Diatone, Sony, Kef, Tannoy, Technics и др.), но оригинальных АС Fisher на прослушивании не было. В ходе прослушивания Электроника показала не плохие результаты, разработчики праздновали победу. Их звучание характеризовалось как чёткое, детальное, в меру аналитичное с хорошей артикуляцией и динамикой. Также отмечалась хорошо прорисованная сцена и натуральная подача звуковых образов. Используемый тракт состоял из ламповой усилительной аппаратуры, а в качестве источников выступали катушечные деки и виниловые проигрыватели. Позже после появления цифровых форматов некоторые аудиофилы отмечали звучание этих АС как жёсткое, с небольшим металлическим призвуком. Другие же и по сей день считают данные АС эталоном качества и источником натурального звука. Такие довольно противоположенные мнения, скорее всего, обусловлены сложным импедансом и сравнительно высоким ЭДС самоиндукции этих колонок, исходя из чего могут возникнуть трудности при подборе транзисторного усилителя.

АС Fisher на прослушивании не было не случайно: к концу 70х годов было полностью прекращено их производство и идея не получила продолжения. Рыночные отношения не могли потерпеть убытков от изготовления столь сложного и высокотехнологичного изделия. Розничная цена акустики не оправдывала затраты и производство было свёрнуто.

Немного информации с рунета:

Кое-что немногое, чего не смогли достичь наши разработчики (в сравнении с Otto SX-P1/Fisher STE 1200):

1. Толщина стенок корпуса 20мм против 30мм; материал обычный ДСП против композитного спец. ДСП.

2. Магниты не соответствовали параметрам, на НЧ и СЧ даже пришлось склеивать два магнита, что ухудшает концентрацию магнитного поля в зазоре.

3. НЧ диффузор у Otto имеет большую жесткость и меньшую массу, благодаря более мелкой текстуре никеля и особенностям оригинального сплава. Нет даже картонных ребер жесткости по краю диффузора в месте крепления подвеса.

4. Большая жесткость дала возможность установить жёсткий тканевый подвес с пропиткой, уменьшить добротность, что дало более высокую чувствительность, при той же резонансной частоте.

5. Катушки всех динамиков 2-х слойные, намотаны плоским проводом, включая бескаркасную катушку ВЧ, намотанную плоским алюминиевым проводом. Каркасы же СЧ и НЧ динамиков изготовлены из алюминия и приклеены металлическим диффузорам жаростойким теплопроводящим клеем. В результате чего диффузоры служат теплоотводом, радиатором, что позволяет получить линейный импеданс в очень широком диапазоне мощностей. В наших 100АС применяются обычные катушки, намотанные проводом круглого сечения и каркас из бумаги, покрытый только алюминиевой фольгой.

6. Диффузор СЧ у SX-P1 выполнен из 3х-слойного оксидированного алюминия, каждый слой с разными параметрами жесткость/вес/затухание. 100АС – 1 слой оксида алюминия, при этом такой же толщины.

7. ВЧ у 100АС выполнен вообще не из оксида алюминия, а из обычного пищевого алюминия, только высокотемпературного прессования. Кольцо (диффузор не купольный, а кольцевой у обоих АС) получилось хоть и жесткое но хрупкое, что не позволило сделать прорези в гофре мембраны. В Оtto кольцо так же как и ВЧ из оксида алюминия, с прорезями и специальным демпфирующим покрытием гофра диафрагмы, что даёт возможность расширить диапазон частот в сторону радио частоты, снизить резонансную частоту, повысить динамику, и убрать присущие 100АС металлические призвуки.

8. Фильтры выполнены из аудиофильских компонентов, разводка кабелем большого сечения, позолоченные клеммы.

9. Более “дорогая” внешняя отделка (шпон дерева эбони).

Это интересно: