НЧ-динамики

На низких частотах диффузор динамика должен рабо­тать как поршень. Между тем обычный конический бу­мажный диффузор с внешним диаметром 250 мм имеет поршневой характер движения лишь на частотах не более 300—400 Гц. Поэтому ведущие фирмы мира буквально изощряются в применении для диффузоров все новых и новых материалов — пластмассы, литых конусов из проч­ной бумаги с металлизированным покрытием, графито­вых материалов, бумаги, армированной слюдой, и т. д. Так, фирмы Panasonic и Technics создали диффузоры сотовой структуры, у которых сотовый диффузор с двух сторон обклеивается фольгой или пленкой. Это расширя­ет поршневой характер движения до частот около 2000 Гц. Фирма Fisher (США) делает диффузоры осаждением ни­келя на пористую основу. В своем новом поколении музыкальных центров,  фирма Pioneer приме­нила истинные поршневые динамики. Ход диффузора в них достигает ±20 мм. Акустические системы с такими динамиками получили название Power Bass и при малом диаметре диффузора радуют мощными и густыми басами. Многие фирмы уделяют большое внимание увеличению хода диффузора — это единственная возможность увели­чить отдачу на низких частотах при одновременном умень­шении диаметра диффузора. Широко практикуется глубокое гофрирование диф­фузора НЧ-динамиков. При этом чем ниже частота, тем больше эффективный диаметр диффузора, перемеща­ющего воздушную массу. Такой диффузор тоже нельзя сжать в гармошку — он, по существу, уже подобен ей, так что деформация диффузора при ударных сигналах воз­буждения оказывается достаточно предсказуемой и не опасной. Тщательный расчет на ЭВМ профиля гармош­ки исключает ее повреждение и позволяет получить достаточно равномерную АЧХ. Динамики с такими диф­фузорами выпускают многие фирмы, например, JBL, Pioneer и др.

Одной из самых трудно решаемых (и до конца нере­шенных) проблем является подавление резонанса меха­нической системы динамика. Подвешенный диффузор динамика (обычно подвеска делается в двух местах — у вершины и у основания конуса диффузора) ведет себя как колебательная механическая система с довольно малым коэффициентом затухания. Это можно почувствовать, слегка стукнув пальцем по диффузору, - вы услышите (и даже увидите, если динамик мощный) колебания диффу­зора, затухающие довольно медленно.

Коэффициент затухания (и обратная ему величина — добротность резонансной системы Q) является мерой затухания колебаний: чем меньше коэффициент затуха­ния и выше добротность, тем дольше звучит динамик при импульсном воздействии на диффузор. Заметим, что доб­ротность можно характеризовать числом периодов затуха­ющих колебаний при уменьшении их амплитуды в е раз (е — основание натурального логарифма, е == 2,718...). Даже у хорошо сконструированного НЧ-динамика доб­ротность нередко достигает нескольких единиц, т. е. в ответ на ударное возмущение динамик ответит несколь­кими полными циклами колебаний с резонансной часто­той. Плохо сконструированный динамик дает десятки циклов затухающих колебаний, прежде чем переходный процесс кончается.

Низкочастотные динамики должны иметь прочный диффузор с мягкой подвеской. Это достигается примене­нием специальных материалов для гофрированной диаф­рагмы и центрирующей шайбы. Таким образом, обеспечи­вается снижение резонансной частоты до 25—50 Гц, иногда и ниже. Ниже резонансной частоты отдача динамика резко падает и его применение становится малоэффек­тивным. Резонанс динамика приводит к двум неприятностям. При воспроизведении ударных звуков (например, выст­рела или удара по барабану) резонансные колебания диффузора приводят к появлению дополнительных коле­баний диффузора и, соответственно, к появлению допол­нительных звуков, воспринимаемых как сильные искаже­ния (бубнение). Кроме того, при воспроизведении гармонических сигналов резко возрастает отдача динами­ка на частотах, близких к резонансной, а на более низких частотах резко усиливается спад АЧХ динамика. Вблизи резонансной частоты амплитуда колебаний диффузора резко усиливается (примерно в Q раз) и это может создать большие нелинейные искажения из-за неравномерного магнитного поля в зазоре магнитной системы динамика.

Для уменьшения влияния резонанса используют спе­циальные материалы для подвески гофрированной диаф­рагмы и центрирующей шайбы — бумагу, пористую рези­ну, спрессованный поролон и т. д. Это уменьшает упругость системы и понижает частоту резонанса. Правильный выбор материалов может заметно уменьшить добротность механической системы динамика. Небольшой подъем АЧХ из-за резонанса на низших частотах звукового диапазона может даже выровнять результирующую АЧХ — однако это возможно лишь при соответствующем акустическом оформлении динамика. Типичным средством подавления резонанса является при­менение усилителей с близким к нулю (а иногда даже и отрицательным) выходным сопротивлением. Динамик с усилителем представляют собой колебательную электро­механическую систему, для которой полное сопротивле­ние (усилителя и катушки динамика) выполняет роль демпфера. Такое электрическое демпфирование эффек­тивно дополняет другие (сугубо механические) методы демпфирования. Больших успехов в разработке обычных динамиков уже давно добились немецкие и некоторые другие евро­пейские фирмы. Еще с послевоенных лет динамики фирм Grundig и Philips славились своим мощным и в то же время мягким и сочным звуком. И ныне эти фирмы выпускают обширнейшую номенклатуру динамиков, хотя и испытывают весьма серьезную конкуренцию со сторо­ны американских и японских фирм. Так, японская фир­ма Matsushita еще в 1983 году выпустила НЧ-динамик серии DA с диаметром диффузора сотовой конструкции 160 мм, полосой частот от 0 до 4 кГц, мощностью 100 Вт, отдачей 90 дБ/Вт/м и коэффициентом нелинейных иска­жений менее 0,2%. Однако динамики столь высокого качества безумно дороги и так и не нашли широкого применения. Тем не менее можно лишь позавидовать нынешним радиолюбителям — конструкторам электро­акустических устройств, ибо излучатели (в том числе динамические!) ведущих фирм мира ныне куда более доступны, чем раньше. Обширную номенклатуру дина­миков выпускают фирмы B&W, Pioneer, JBL, Sony, Technics и др.

Но самым больным вопросом при использовании динамиков является устранение принципиально прису­щего динамикам явления акустического короткого замы­кания. Когда диффузор динамика выталкивается из маг­нитного зазора, он создает впереди себя избыточное давление воздуха, а сзади — разрежение. Естественно, что уплотненный воздух тут же переходит в рядом располо­женную область разрежения, что резко уменьшает интен­сивность излучаемых волн на низких частотах. Чем ниже частота колебаний (и больше длина их волны), тем силь­нее проявляется этот эффект. Он перестает быть замет­ным на высоких частотах, когда длина волны звуковых колебаний становится меньше размеров диффузора. Мы вернемся к обсуждению этого вопроса при опи­сании акустических колонок, а пока лишь отметим, что описанные факторы практически исключают применение динамиков самих по себе, без соответствующего акусти­ческого оформления (например, ящика или корпуса ап­парата, в который они устанавливаются).