| Основа привода динамика осталась
практически без принципиальных изменений со времен выдачи первого
патента в 1925 г. Пять основных частей привода неизменны и незыблемы:
магнит, полюсный наконечник, передний и задний магнитопроводы и
звуковая катушка. Задача первых четырех элементов – создать по
возможности мощное магнитное поле и сконцентрировать его в зазоре между
полюсным наконечником и верхним магнитопроводом. А "пятый элемент” – звуковая катушка,
обязан в этом поле двигаться при протекании по обмотке тока. Все вроде
бы просто. Однако подробностей за эти годы выяснилось немало. Самая консервативная часть привода –
материал магнитопроводов. Ничего, кроме магнитомягких материалов, а
проще говоря – отожженной малоуглеродистой стали, почти чистого железа,
здесь не применяется. С материалами для магнитов колдовали долго,
вначале перепробовав разнообразные литые магниты из специальных
сплавов, а затем, с разработкой ферритовых композиций, вопрос
практически закрылся. Металлические магниты теперь применяются
практически исключительно в пищалках, где масса магнита мала и можно
использовать значительно более эффективные редкоземельные сплавы –
почти всегда на основе неодима.
|
| Крупных магнитов из неодимовых сплавов
не делают лишь потому, что элемент этот в самом деле редкий, и большая
часть выпуска идет, на изготовление микродвигателей.
| Момент истины в проектировании привода
– как обеспечить эффективное взаимодействие магнитного поля и звуковой
катушки, которая в него погружена. Геометрия и пропорции рабочего
зазора магнитной системы и звуковой катушки – необъятный простор
противоречий и компромисов. Основной параметр, определяющий результаты
этого взаимодействия – так называетмый силовой фактор B x L, часто
приводимый в технических характеристиках породистых динамиков. Силовой
фактор – произведение индукции в зазоре на длину провода звуковой
катушки, находящуюся в пределах этого зазора. Чем больше силовой
фактор, тем более контролируемым становится движение диффузора и тем
больше его электрическое демпфирование. |
| Ясно, что чем массивнее магнит,
тем силовой фактор будет больше, поскольку будет больше индукция. Но
последняя величина зависит также и от размеров зазора: чем шире
кольцевая щель в магнитной системе, чем она большего диаметра и чем она
глубже (чем толще верхний магнитопровод), тем меньше будет индукция в
зазоре, поскольку магнитное поле окажется "размазанным” в пространстве.
Сделать зазор узким, маленьким и неглубоким – и негде будет поместить
звуковую катушку, намотанную достаточно толстым проводом. Уменьшить
сечение провода – возрастет сопротивление и упадет отдача. И так далее.
А если принять во внимание, что диаметр звуковой катушки небезразличен
и для поведения диффузора, ситуация еще усложняется. |
| Существует два основных типа геометрии
звуковой катушки в зазоре: короткая катушка и длинная катушка. Длинной
звуковая катушка по длине существенно превышает глубину зазора в
магнитной системе и в каждый момент "работает” только часть витков,
находящаяся в пределах его глубины. Эта часть, а следовательно, длина
пповода, находящаяся в зазоре, будет оставаться неизменной пока внутрь
зазора не войдет край катушки. Динамик считается работающим в линейном
диапазоне перемещений диффузора, именно до этого момента. То, насколько
катушка длиннее зазора и будет определять максимальный линейный ход
диффузора – знаменитый X max. |
|
| Но, поскольу только те витки, что
попали "в поле” реально работают, плотность намотки стараются сделать
наибольшей и именно за этим придумали в свое время ленточную намотку
плоским проводом, уложенным на ребро. Сейчас многослойные катушки,
выполненные обычным круглым проводом, мирно уживаются с однослойными
ленточными, а высший пилотаж в смысле плотности намотки показала
датская компания Dynaudio, которая использует провод шестиугольного
сечения, полностью заполняющий медью сечение обмотки. В результате,
правда, каждую звуковую катушку наматывают вручную в течение 30 минут
(по норме), что потом соответственно отражается в цене готовой
продукции. |
| Типичная картина изменения силового фактора со смещением звуковой катушки для двух типов привода выглядит следующим образом: Привод с длинной звуковой катушкой
применяется в подавляющем большинстве сабвуферных динамиков и любим
производителями за возможность получить большую индукцию в коротком
зазоре, сделать звуковую катушку большой и хорошо охлаждаемой, получить
большой ход дифузора. Короткая катушка в пределах линейного диапазона
находится полностью внутри магнитного зазора. Сам зазор при этом
приходится делать длиннее, а катушку – короче, поэтому типичные
значения силового фактора B x L у таких динамиков – меньше. Казалось
бы, при таких делах можно эту конструкцию и похоронить, но именно она
обеспечивает наименьшие искажения при больших ходах диффузора.
|
У длинной звуковой катушки поведение в
пределах линейной области пристойное, а за его пределами – значение
силового фактора (а, значит, вносимые искажения) меняется довольно
плавно. При выходе короткой катушки из зазора искажения нарастают
быстро, зато пока этого не случилось, линейность – идеальная.
Здесь есть одна тонкость: различные
сочетания длины звуковой катушки и глубины зазора определяют разное
поведение динамика на границе его линейного диапазона (и за ней).
Возьмем два динамика – у одного глубина зазора (толщина верхней плиты
магнитной системы 8 мм, а длина звуковой катушки – 12 мм. У другого – 4
мм и 8 мм соответственно. Максимальный рабочий ход диффузора у обоих
будет одинаковым – 2 мм (12-8)/2 = (8-4)/2 = 2.
| Однако у первого, с большим отношением
глубины зазора к X max за пределами линейного диапазона, нелинейность
будет нарастать относительно плавно, а второй = захрипит уже при
незначительном превышении X max. Так что есть прямой смысл смотреть не
только на величину X max из документации, но и на толщину переднего
магнитопровода на самом динамике – чем больше, тем лучше. |
| Другой источник искажений, определяемых
конструкцией привода – его ассиметрия. В идеальном случае сила,
действующая на звуковую катушку при движении в одну и другую сторону,
то есть внутрь магнитной системы и наружу, должны быть одинаковы по
величине. Не будет этого – искажения сигнала неизбежны. Для этого
магнитное поле, создаваемое в зазоре, должно быть максимально
симметричным. Так бы оно и случилось, без особых ухищрений, если бы все
магнитное поле оказывалось в зазоре. |
На деле этого не происходит и
силовые линии поля "выплескиваются” из зазора и образуют поле
рассеяния. Но, поскольку выше зазора – воздух, а ниже – сталь полюсного
наконечника, рассеяние происходит существенно несимметрично.
| Чтобы как-то навести симметирию,
некоторые фирмы применяют более сложную геометрию рабочего зазора
магнитной системы. Некоторые, например, просто удлинняют полюсный
наконечник (в сабвуферах Kicker, например, очень это любят) |
| В результате магнитная обстановка
сверху и снизу существенно выравнивается, но дается это в результате
увеличения общего рассеяния – силовые линии "лезут” вверх по стволу
удлинненного полюсного наконечника, а место им – в зазоре, все
остальное – нежелательные побочные поля. Для компенсации возросшего
рассеяния приходится ставить более мощные магниты. Другие фирмы идут
"от противного” и уменьшают рассеяние ниже магнитопровода, для чего
полюсный наконечник делается ступенчатым. |
| Более "тощий” ствол замыкает на себя
меньше силовых линий и они поневоле скапливаются в зазоре, но
возрастает общее магнитное сопротивление системы и падает индукция в
зазоре. Вообще, магнитное сопротивление стараются сделать возможно
меньшим, для этого часто полюсный наконечник выполняют заодно с нижним
магнитопроводом, чтобы не было лишнего стыка, хотя это намного
хлопотнее, чем сделать их по отдельности и соединить при сборке. | Еще
одно, довольно эфективное, но не очень распространенное решение –
полюсный наконечник с выемкой, можно найти в довольно пафосных марках
динамиков. Здесь, помимо усложнения технологии, возрастает
чувствительность к разбросу характеристик магнита, поэтому менее
притязательные изготовители головок на такое решение идут неохотно.
| Особняком стоят радикальные решения –
вывернутые "наизнанку” магнитные системы, у которых магнит – внутри
звуковой катушки, а все, что вокруг – магнитопровод, замыкающий
магнитную цепь. Такие "обращенные” магнитные системы
сделаны главным образом для того, чтобы улучшить линейность работы
диффузора, а с точки зрения их функционирования как "мотора” – сплошная
головная боль для разработчиков – оттого они и редки.
|
Привод динамика, как любая машина
постоянного тока – обратим, то есть одновременно работает и как своего
рода трансформатор. При движении звуковой катушки в мощном магнитном
поле в ней наводится ЭДС и протекает ток, поскольку катушка закорочена
практически нулевым выходным сопротивлением усилителя. Этот ток
приводит к модуляции магнитного поля в зазоре, а поскольку звуковая
катушка то "надета” на полюсный наконечник, то вылезает наружу,
характер этой модуляции тоже ассиметричен и приводит к дополнительным
искажениям.
| Для снижения этих нежелательных эффектов необходимо сделать
так, чтобы, оставаясь эффективным двигателем, привод динамика перестал
быть эффективным трансформатором. Известно, что злейший враг
трансформатора – короткозамкнутые витки. Вот их-то и поставили на
службу обществу в усовершенствованных магнитных системах. Чаще всего
такие короткозамкнутые витки делаются в виде покрытия медью верхнего
торца полюсного наконечника, установки медного (реже – алюминиевого) наконечника…
|
|
| …или с помощью так называемого
"стабилизатора магнитного потока” – проводящего кольца, установленного
у основания полюсного наконечника, подобная конструкция замечена в
сабвуферах марки Fi Audio. Побочным эффектом от короткозамкнутых
витков в различных вариантах является уменьшение индуктивности звуковой
катушки, из-за влияния которой с повышением частоты растет импеданс
сабвуфера.
|
Поэтому косвенно о наличии описанных устройств в конструкции
динамика можно судить по величине индуктивности звуковой катушки. Если
величина этой индуктивности 5-6 дюймового мидбаса не превышает 0,3-0.4
мГн, а у сабвуферов 10 – 12 дюймов 0,6-1,0 мГн, можно дать голову на
отсечение, что создатели динамика позаботились о стабилизации потока,
за что им можно быть только признательными.
|