«Породы» динамиков: типы излучателей и за что отвечает каждый

Один динамик не может одинаково хорошо воспроизвести и бас, и верх: требования к излучателю на краях слышимого диапазона противоположны. Поэтому диапазон делят между специализированными динамиками — широкополосным, высокочастотным (ВЧ), среднечастотным (СЧ) и низкочастотным (НЧ), а также коаксиальным, где излучатели совмещены в одной точке. Разберём, за что отвечает каждая «порода» и почему её диффузор устроен именно так.

Слово «динамик» в быту означает любой излучатель в колонке, но внутри этого понятия скрывается несколько принципиально разных конструкций. Они отличаются размером, массой и жёсткостью диффузора, материалом мембраны и полосой частот, в которой работают. Понимание этих различий помогает читать характеристики акустики осмысленно — и не переплачивать за лишние полосы там, где они не нужны.

Почему один динамик не воспроизводит весь диапазон

Диапазон, который воспринимает человеческий слух, лежит примерно в пределах от 20 Гц до 20 кГц. Логично было бы иметь один излучатель на весь этот диапазон, и такие динамики существуют. Проблема в физике: для эффективного воспроизведения низких частот диффузор должен быть большим и обладать заметной массой, а для верхних — наоборот, лёгким и небольшим, чтобы успевать за быстрыми колебаниями. Эти требования противоречат друг другу.

Большой и тяжёлый диффузор на высоких частотах перестаёт двигаться как единое целое: его периферия не успевает за центром, где закреплена голосовая катушка. В результате на краях диапазона любой широкополосный излучатель идёт на компромисс. Именно поэтому в большинстве колонок диапазон делят между несколькими динамиками, а как устроен сам излучатель и из чего он собран — подробно разобрано в материале «Как устроен динамик».

Широкополосный динамик: один излучатель на весь диапазон

Широкополосный динамик — это излучатель, который воспроизводит максимально широкую часть слышимого диапазона одним диффузором, без кроссовера. Чтобы вытянуть верх, в центр диффузора часто вклеивают дополнительный высокочастотный конус — «визер» (whizzer). Он легче основного диффузора и берёт на себя верхние частоты примерно с 4–8 кГц, когда тяжёлый главный конус уже не справляется, и заодно расширяет угол рассеивания.

Хороший результат для широкополосника — работа в диапазоне порядка 60–16 000 Гц с неравномерностью около ±10 дБ. Зато из-за простой конструкции и отсутствия фильтров такая акустика показывает высокую чувствительность — от 90–92 дБ и выше. Это делает колонки с широкополосными динамиками желанными для ламповых усилителей с ограниченной мощностью; как чувствительность связана с громкостью, мы разбирали в статье о чувствительности колонок. Голосовые катушки таких динамиков нередко делают с повышенным сопротивлением, тогда как у обычных излучателей это 2–8 Ом.

Есть и более тонкое преимущество: широкополосник максимально близок к точечному источнику звука — наиболее выгодному варианту с точки зрения локализации. Поскольку звук стереоканала исходит из одной небольшой области, такой излучатель строит очень точную звуковую сцену. Обратная сторона — простейшая колонка с широкополосником остаётся самым дешёвым решением, и о полнодиапазонном звуке здесь говорить не приходится: на краях слышимого спектра компромисс неизбежен.

Аудиофильские широкополосники ScanSpeak 10F/4424G00 и Lii Audio Fast-10 — результат серьёзных инженерных разработок.

ВЧ-динамик: за что отвечает и из чего сделан

Высокочастотный динамик (ВЧ-динамик) отвечает за верхнюю часть диапазона — как правило, от 2–3 кГц и выше. Его мембрана должна быть маленькой, жёсткой и максимально лёгкой. Наибольшее распространение получил купольный ВЧ-динамик, где излучающую поверхность образует купол диаметром около 25 мм.

Материал купола определяет характер звука. Мягкие купола из ткани с пропиткой или шёлка хорошо демпфированы и звучат мягче — их резонансы менее заметны. Жёсткие металлические купола из алюминия, титана, а в топовых решениях из бериллия делают звук точнее на высоких уровнях громкости и поднимают верхнюю границу выше 20 кГц, но сильнее «звенят» на собственном резонансе и требуют аккуратного кроссовера. Особняком стоит бериллий и алмаз: у них резонанс вынесен далеко за пределы слышимого диапазона. Бериллиевые купола — визитная карточка Focal, а алмазные ВЧ-динамики компания Bowers & Wilkins применяет в старших сериях ещё с 2004 года.

Зачем тянуть частоту выше 20 кГц, если там мы уже ничего не слышим? Расширенный вверх диапазон позволяет точнее воспроизводить верхние гармоники, формирующие тембр высоких частот. При этом два требования к ВЧ-динамику взаимоисключающие: чтобы понизить резонанс, мембрану нужно делать крупнее и тяжелее, а чтобы поднять верхнюю границу — наоборот, легче. Вся технологическая борьба идёт за максимальное соотношение жёсткости и массы. Кроссовер при этом «обрезает» частоты ниже рабочей полосы, где у динамика собственный резонанс: близко к резонансу связка усилитель—динамик работает некорректно, и появляются искажения там, где слух к ним особенно чувствителен.

Купольные, ленточные и AMT

Купол — не единственная схема. В ленточном излучателе сама мембрана (тонкая гофрированная металлическая лента) является проводником, по которому идёт ток. Близкая по идее конструкция — AMT (Air Motion Transformer), излучатель со «складчатой» плёнкой, который проталкивает воздух из складок мембраны. Ленточные и AMT-излучатели ценят за скорость и детальность на верху; в каталоге их используют, например, колонки Piega. Разница между динамическими, ленточными и электростатическими системами — отдельная тема, ей посвящён наш гид по типам динамиков из блока «Читайте также».

Слева — компактный ВЧ-динамик колонки Apple HomePod; справа — высокочастотник с алмазной мембраной Seas Excel E0100-04.

СЧ-динамик: самая чувствительная полоса

Среднечастотный динамик (СЧ-динамик) воспроизводит средние частоты — именно ту полосу, где располагается человеческий голос и где слух наиболее чувствителен к искажениям. По конструкции он ближе всего к классическому динамику, и его ахиллесова пята — деформации диффузора.

На определённых частотах периферия диффузора перестаёт двигаться синфазно с центром, где закреплена голосовая катушка: возникает так называемая изгибная волна, и разные участки мембраны колеблются вразнобой. Звук становится «рыхлым» и неточным. Значит, диффузор должен быть жёстким. Но если решать задачу в лоб, жёсткий диффузор окажется слишком тяжёлым, чтобы хорошо звучать. Поэтому, как и в ВЧ-динамике, в основе лежит сложный компромисс между жёсткостью и малой массой.

Материалы перепробованы самые разные: классическая целлюлоза (бумага), полипропилен, стекловолокно, кевлар, магний, керамика, углеволокно, а также многослойные сэндвич- и сотовые структуры. У жёстких металлических и керамических диффузоров резонанс выражен острым пиком, который приходится гасить кроссовером; у бумаги и тканых композитов переход к зоне разбиения мягче. Показательна история Bowers & Wilkins: в 2015 году компания заменила фирменный жёлтый кевлар на собственный материал Continuum — тоже тканый композит, но с более плавным переходом от поршневого режима к разбиению.

Слева — поведение диффузора в реальной работе (замеры лазерным интерферометром); справа — СЧ-динамик Morel SCM 634 с карбоновым диффузором.

НЧ-динамик и сабвуфер

Низкочастотный динамик (НЧ-динамик) отвечает за бас и в любой акустической системе является самым большим по площади излучателем. Для него предпочтителен поршневой режим работы, когда диффузор движется как единое целое. Здесь проблема жёсткости решается радикальнее, чем у среднечастотника: диффузор делают максимально жёстким даже ценой утяжеления.

Причина — в физиологии слуха: на низких частотах он наименее чувствителен к искажениям. Поэтому, когда важна прежде всего амплитуда колебаний, ради жёсткости идут на увеличение массы. В крупных басовых динамиках подвижная система может весить 200 г и более; диффузоры иногда получают пространственную конструкцию из многослойного композита с сотовым заполнением. Амплитуда колебаний у НЧ-динамиков самая большая среди всех динамиков, поэтому их оснащают длинноходовой голосовой катушкой и резиновым подвесом — это позволяет диффузору иметь большую экскурсию (смещение от центрального положения).

Ярче всего «порода» НЧ-динамика проявляется в сабвуферах. Это мощные устройства диаметром от 8 до 15 дюймов с тяжёлыми магнитными системами. В активных моделях, работающих от мощных встроенных усилителей, нередко ставят катушки минимального сопротивления — 2 или даже 1 Ом. При этом для аудиофильских систем массу диффузора по-прежнему стараются минимизировать: натренированный слух не любит низкочастотных искажений так же, как и любых других.

Крупные басовые динамики: 24-дюймовый излучатель в сабвуфере Pro Audio Technology и 18-дюймовый НЧ-динамик JBL.

Коаксиальный динамик: точечный источник в одной точке

Коаксиальный динамик объединяет ВЧ- и НЧ-излучатели на одной оси: высокочастотный купол располагается в центре низкочастотного диффузора. Смысл в том, чтобы звук исходил практически из одной точки и система приближалась к точечному источнику — а значит, давала более точную стереосцену и согласованную фазу частот по обе стороны от частоты раздела.

Идея не нова: Tannoy выпускает коаксиальные динамики Dual Concentric для домашнего Hi-Fi ещё с начала 1950-х. В 1988 году KEF представила технологию Uni-Q, где ВЧ-излучатель помещён в акустический центр среднечастотного диффузора — это стало возможным благодаря компактным и мощным неодимовым магнитам. Преимущество совмещённой конструкции хорошо слышно вне оси: стереообраз остаётся стабильным на широкой площади прослушивания.

С инженерной точки зрения такая компоновка резко усложняет расчёт и изготовление, и это отражается на цене. Есть упрощённые варианты — например, размещение ВЧ-динамика на стойке перед НЧ-диффузором, — но именно «полновесные» коаксиальные системы создают самый точный стереоэффект. Поэтому разные компании во все времена держали коаксиальные динамики в составе своих топовых моделей.

Коаксиальные конструкции: строение KEF Uni-Q и динамик TAD CST.

Специальные динамики: уличные, влагозащищённые и для наушников

Воспроизведение звука вне комнаты требует динамиков, рассчитанных на агрессивную среду. Ландшафтные, всепогодные и морские излучатели должны выдерживать пыль, прямое солнце, влажность и солёный воздух: для этого выбирают стойкие материалы и защищают уязвимые узлы. В акустике pult.by под такие задачи выделены отдельные категории — ландшафтная и всепогодная.

Отдельная «порода» — миниатюрные динамики наушников: калибром от 6 до 12 мм для внутриканальных моделей и до 50–60 мм для накладных. Чаще всего это широкополосные излучатели — малый размер облегчает им воспроизведение полного диапазона. Из-за требований к компактности и малому весу здесь особенно часто применяют неодимовые магниты, благодаря которым чувствительность достигает 120 дБ и выше. Специфика применения требует и повышенного сопротивления: если у динамиков акустических систем оно 2–16 Ом, то у наушников — не ниже 16 Ом, а у профессиональных моделей доходит до 600–800 Ом.

Миниатюрный широкополосный динамик наушников Apple EarPods.

Какой динамик за что отвечает

На практике в шоуруме мы часто слышим вопрос: «почему здесь всего два динамика, а звучит полнее, чем у соседней колонки с четырьмя?» Вопрос правильный. Число динамиков говорит лишь о схеме разделения полос, а не о качестве звука — грамотно настроенная двухполосная акустика нередко играет цельнее посредственной трёхполосной. Смотреть стоит на качество самих излучателей, кроссовера и корпуса, а не на количество динамиков на передней панели.

Материал подготовлен экспертами pult.by. Данные основаны на официальной технической документации производителей и нашем практическом опыте работы с техникой в шоуруме.

© pult.by. Любое копирование — со ссылкой на источник.