Динамическая головка как источник звука

Динамик, или динамическая головка, сегодня является основным источником звука практически в любой современной звуковоспроизводящей аппаратуре. Однако, даже если не брать во внимание чисто механические устройства патефонной эры, так было не всегда. До конца 1920-х годов прошлого века большинство звуковоспроизводящих головок использовало так называемый электромагнитный капсюль (электромагнитный громкоговоритель).

Именно такие звуковые излучатели использовались еще в телефоне Белла и в последующих конструкциях (кто помнит телефонные аппараты советского периода, в них был именно такой капсюль). Такие капсюли применялись в старых низкокачественных наушниках, и этот же принцип получения звука использовался в рупорных электромагнитных громкоговорителях (например, в абонентских громкоговорителях серии «Рекорд», которые выпускались в СССР с 1925 по 1952 год). Это как раз известные нам по многим старым фильмам рупорные радиоточки.

Но эти акустические излучатели обладали очень высоким уровнем искажений и, естественно, качественного прослушивания музыки обеспечить не могли. Сейчас они могут быть нам интересны только как часть истории.

Однако уже в 1924 году Честер У. Райс и Эдвард У. Келлог предложили конструкцию динамического громкоговорителя, который был принципиально уже головкой современного типа. Правда, в те времена еще были большие сложности с изготовлением постоянных магнитов достаточной силы, поэтому примерно до конца 40-х годов в динамических головках для создания магнитного поля использовался дополнительный электромагнит. И это, конечно, ограничивало применение таких головок (например, в батарейных приемниках это сильно повышало энергопотребление и было неприемлемо).

Тем не менее, впоследствии технологические проблемы были решены, и динамическая головка, не претерпевая существенных изменений в своей конструкции, сохранилась до настоящего времени.

Итак, давайте ее рассмотрим. Для динамической головки существенной конструктивной особенностью является перемещение полой катушки, на которую подводится звуковой сигнал, в магнитном поле, создаваемым, как правило, постоянным магнитом, хотя в Hi-End решениях иногда используется и поле электромагнита.
Раз наша головка излучает звуковые волны, значит, она должна иметь неподвижную и подвижную части. Неподвижная часть ее – это сама магнитная система (как правило, кольцевой магнит с приклеенным к нему сердечником) и диффузородержатель, или корзина, на которой при помощи подвеса и крепится излучающая часть – диффузор. Реже используется стержневой магнит, тогда кольцевая оснастка, также обеспечивает минимальный зазор для движения катушки.

На рис. 1 показана магнитная система с кольцевым магнитом (магнит – темная область), а на рис 2 – магнитная система со стержневым магнитом.

Основная подвижная часть динамической головки – диффузор. Именно он излучает звуковые волны, и от его формы и материала, из которого он изготовлен, зависят свойства излучаемого звука. Чаще применяются диффузоры конусной формы (для низкочастотных и среднечастотных головок) и купольные (для высокочастотных и среднечастотных головок).

Реже диффузоры бывают плоской формы. Бывают и прочие, более сложные варианты, применяемые, как правило, в широкополосных динамиках, в которых применяются особые конструктивные решения, требующие отдельного разговора.

Его же требуют и варианты конструкции некоторых высокочастотных динамических головок, которые тоже достаточно разнообразны. Здесь же мы разберем общие особенности динамиков, которые лучше всего видны на примере НЧ-головок. Это сейчас необходимо, так как следующая статья будет раскрывать основы акустического оформления, которое актуально именно для низкочастотного диапазона.

Итак, рассмотрим динамическую головку в сборе:

1. Диффузор
2. Корзина
3. Подвес
4. Центрирующая шайба
5. Неподвижный сердечник катушки (магнитопровод) и подвижная катушка на каркасе
6. Кольцевой магнит (рассматриваем вариант с кольцевым магнитом).
7. Пылезащитный колпачок

А теперь, о каждом элементе динамической головки отдельно.

Диффузор

Диффузоры, в зависимости от задач, стоящих перед головкой, могут иметь различную форму и быть изготовлены из различных материалов. Это может быть керамика, алюминий или шелк (в основном в ВЧ-головках), кевлар – материал на основе стеклоткани (используют в низкочастотных динамиках), бумажные, со специальными присадками для улучшения звучания (популярны в широкополосных динамиках), и различные специфические полимеры.

Форма диффузора также определяется диапазоном, для которого он предназначен. Купольные, выпуклые применяют в высокочастотных и отчасти среднечастотных головках, воронкообразные – в низкочастотных, диффузоры более сложной формы – в широкополосных динамических головках.

Корзина

Корзина – основной каркас динамической головки. С одной стороны к ней магнитная система, с другой – подвес. Именно поэтому (в первую очередь, в низкочастотных головках) главное требование, предъявляемое к корзине, — это жесткость.

В хороших низкочастотных динамиках она бывает литая (обычно из алюминия), в более бюджетных – штампованная. На высокой громкости недостаточно жесткая корзина может давать собственные призвуки, это нужно иметь в виду при выборе в первую очередь НЧ-головки.

Подвес

Тот элемент динамической головки, от которого в существенной степени зависит как ен собственная резонансная частота, так и ее добротность. Об этих характеристиках мы скажем в отдельной статье о технических параметрах динамических головок. Это параметры первостепенной важности.

Для изготовления подвесов используют резину, пенополиуретан, ткани с особыми пропитками. Также подвес может быть и продолжением диффузора (как правило, если последний изготовлен из бумаги). Такой вариант типичен для некоторых среднечастотных и широкополосных динамических головок.

Центрирующая шайба

Вместе с подвесом данный элемент оказывает существенное влияние на резонансную частоту и добротность головки. Это обычно шайба из гофрированной ткани с пропиткой, установленная между узкой частью корзины и стыком подвижной звуковой катушки и диффузора. Она направляет движение катушки, устраняя провисание подвижной системы, тем самым обеспечивая движение катушки в узком зазоре магнитной системы.

Катушка подвижной системы

Это мотор всей динамической головки. Именно катушка, создавая переменное магнитное поле в узком зазоре магнитной системы, обеспечивает движение диффузора и тем самым производит акустические волны в окружающем воздухе. Тонкий медный провод катушки может быть намотан на каркас из различного материала, но в мощных головках важна его термостойкость, поэтому в них обычно используют каркасы из алюминия.

Магнитная система динамика

О типах магнитной системы мы говорили выше. Магнитная система должна обеспечивать максимально равномерное магнитное поле в рабочем зазоре, тогда и движение катушки, передаваемое на диффузор, будет наиболее точно воспроизводить звуковые колебания (кривую воспроизводимого звука). Здесь также стоит добавить, что в мощных низкочастотных динамиках в магнитной системе бывает еще воздуховод – отверстие, которое снижает компрессию воздуха под катушкой, а также обеспечивает ее охлаждение.

Пылезащитный колпачок

Пылезащитный колпачок – элемент, который бывает не во всех динамических головках, однако его наличие сильно снижает вероятность попадания посторонних частиц в зазор магнитной системы.

На этом, пожалуй, закончим разговор об устройстве динамической головки. Однако впереди у нас будет отдельный материал по ее техническим параметрам, а также обзор акустических оформлений динамика.

Смотрите материал в видео-формате.