Hi-Hi-PC.ru Hi-Fi-звук на компьютере

StereoHead.ru все о наушниках
1 1 1 1 1 Рейтинг 5.00 (1 голос)

В нашем многосерийном макросправочнике — базе знаний, связанных с аппаратурой High End, — мы основательно погрузились в раздел «Акустические системы» и добрались до самых глубин: узлов и деталей громкоговорителя. Потихоньку разбираясь с конструкциями, материалами и технологиями, существенными для высококачественного громкоговорителя, нам пришлось обратить особое внимание на концептуальные задачи, которые стоят перед разработчиками акустических систем высокого класса.

 

 

 

ПОЭТАПНО

На каждом этапе преобразования звукового сигнала система воспроизведения High End ставит задачу обеспечения максимальной линейности. В громкоговорителе сигнал поступает на вход в виде (физическая форма) напряжения от усилителя, а на выходе подвижная система взаимодействует с окружающей средой, порождая распределение звукового давления в ней (вторичное звуковое поле, первичное было в процессе записи).

Задача линейности выполнена, если изменение звукового давления точно следует за изменениями входного электрического сигнала. Мы узнали, что магнитная цепь с мощным и однородным магнитным полем в воздушном зазоре, в котором размещена звуковая катушка, — это необходимое (и дорогостоящее) условие линейности преобразования. Переходя к подвижной системе, мы обозначили условием линейности ее упругий подвес, обеспечивающий ровное осевое движение звуковой катушки и излучателя без крутильных колебаний и перекосов.

Однако заметим, что наша подвижная система, очевидно, не захочет строго следовать за изменениями тока в катушке. Упругий подвес явно будет иметь пределы растяжимости и перестанет линейно увеличивать смещение диффузора-излучателя в соответствии с приложенным напряжением (представьте себе пружину и прилагаемую к ней силу: точка равновесия не за горами). Протекание тока по обмотке звуковой катушки вызывает ее нагрев, а значит, изменяет ее сопротивление, что, в свою очередь, приводит к уменьшению силы тока в катушке, ориентированной в магнитном поле, и, следовательно, к потере линейности между приложенным напряжением от усилителя и движением катушки и всей подвижной системы... И так далее (а мы даже не рассматриваем пока громкоговоритель в корпусе, который нагружен на воздушную пружину в нем, имеющую собственные нелинейности).

Иначе говоря, высококачественный динамик обязан отвечать набору сложных и противоречивых требований. Требования к частностям (катушке, магниту, диффузору, подвесу) должны складываться в требования к целому — всей системе.

ЗВУКОВАЯ КАТУШКА КАК ТАКОВАЯ

Мы узнали, что самой дорогостоящей частью динамика за явным преимуществом является магнит. Без мощного магнита можно забыть о неискаженном воспроизведении музыки на необходимых уровнях звукового давления. Но насколько велика роль звуковой катушки?

КПД электродинамического громкоговорителя крайне мал: от 1 до примерно 5%. Иначе говоря, большая часть закачиваемой усилителем электрической мощности утрачивается на пути к акустическому выходу в виде звукового давления. И основной канал потерь — это тепло. А основной «спиралью» нагревательного элемента является именно обмотка звуковой катушки. При температурах под 180 °С все ее элементы подвергаются жестоким испытаниям. Существует немалая опасность, что перестанет держать клей, с каркаса сползут витки, сам он подгорит или подплавится, исказится его форма, в результате чего обмотка станет цеплять стенки зазора.

МАТЕРИАЛИЗМ

Теперь давайте быстренько оглядим современные материалы, которые позволяют инженерам сохранить функции звуковой катушки в условиях высоких температур.

Наглядно-механически звуковая катушка, например, НЧ-громкоговорителя состоит из следующих частей:
— каркаса;
— витков намотки;
— дополнительного слоя другого материала поверх каркаса — его удобно приклеивать к мембране (диффузору), то есть излучающей поверхности.

Когда-то давно основным материалом каркаса катушки была кабельная бумага (бумага с повышенной электропроводностью). Ее пористая структура отлично усваивала клей, что гарантировало надежность крепления витков при намотке. Для недорогих и не очень мощных динамиков бумажный каркас — единственный конструктивный вариант. Но его недостатки очевидны. При температуре выше 100 °С бумага становится очень хрупкой — это раз. Повышенная влажность делает ее непрочной и тяжелой — это два.

Заманчиво было бы иметь металлическим каркас: это даст и хороший теплоотвод, и достаточную теплостойкость. Алюминиевые каркасы в общем-то и находят применение — но в случаях, когда мощность важнее качества, поскольку в алюминиевой (дюралюминиевой) или медной ленте с малым электрическим сопротивлением отлично разгоняются вихревые токи (токи Фуко), являющиеся источником значительных искажении полезного сигнала. К тому же металлическая лента тяжелее бумажной или пластиковой, что нехорошо вследствие приближения механического резонанса к звуковому диапазону и из-за падения КПД. Каркасы из стекловолокна прочны и легки, но к ним непросто подобрать надежный клей.

Так что королем материалов ныне является синтетика. А точнее, термоустойчивая полиимидная пленка. Химический концерн DuPont выпускает самую популярную (и дорогую) ее разновидность — каптон. Есть и другие: номекс, апикаль и масса неназванных пленок китайского производства, которые выглядят очень похоже на каптон.

Провод, которым мотают витки (медный, алюминиевый омедненный и пресловутый серебряный), необходимо покрывать лаковой изоляцией, иначе витки закоротит. Металл и покрывающие его современные лаки хорошо выдерживают нагрев, поэтому к материалам провода нет особых требований. Инженерам может потребоваться разве что более высокая плотность намотки для повышения КПД. С этой целью применяют так называемый плоский провод (получаемый раскатыванием круглого) или шестигранный.

В любом случае на каркас мотается несколько слоев провода: обычно их два, но бывает и больше, особенно в звуковых катушках динамиков для сабвуфера.

Кроме повышения теплостойкости материалов существуют, конечно, и другие способы облегчить тепловой режим звуковой катушки. Надежнее иметь катушку более крупного диаметра (но не слишком, иначе теряется связь катушки с центром излучающей мембраны) и располагать ее в зазоре по принципу underhang, то есть когда высота намотки меньше высоты зазора. Можно залить в зазор специальную суспензию-невыливайку, так называемую магнитную жидкость, которая радикально улучшает теплоотвод от провода, особенно в узких зазорах, характерных для ВЧ-динамиков.

СУХАЯ И МОКРАЯ НАМОТКА

На завод каркасы звуковой катушки и моточный провод приходят обычно в подготовленном виде. Каркасы представляют собой, например, рулоны каптоновой ленты, которые покрыты с одной стороны тонким слоем клея, подсушенного при относительно низкой температуре и еще не полимеризованного. Провод также уже покрыт термопластичным клеем.

Для массового производства катушек применяется «сухая» намотка, общепринятая на азиатских фабриках. Моточный станок специальным растворителем размачивает клей на проводе, а тот в свою очередь размягчает клей на каркасе. После намотки катушка отправляется в термостат для запекания клея. Или по ней пропускается ток — термопластичный клей схватывается, и катушка готова.

Преимущество такого производства — скорость. Но есть и недостаток: при высокой температуре клей может размягчиться снова, и витки катушки сползут с каркаса.

В Европе принят метод, когда провод перед намоткой проезжает через ванночку с жидким клеем или через горлышко дозатора клея. Чтобы зафиксировать толщину клеящего слоя (иначе катушка намотается вкривь и вкось), провод пускают еще и через экструзионную фильеру (или через фетровую подушечку, пропитанную клеем). Такой способ надежнее, но требует от оператора стайка более высокой квалификации.

Толщина ленты для каркаса звуковой катушки стандартизована и обычно выбирается из ряда 0,08, 0,1 и 0,13 мм. Толщина клеевого слоя заказывается у производителя отдельно. Если вы заказали у DuPont кантон (а он выпускается аж с конца 1970-х), то получите коричневую легкую ленту: обыкновенную (HN) или с улучшенной адгезией (HPP-ST). Такая лента сохраняет свои свойства примерно до 240 °С.

Если же нужна более высокая теплопроводность, то на этот случай существует черный каптон МТБ, который обеспечивает еще и демпфирование резонансов катушки.

Понятно, что каптон — удовольствие недешевое. Отсюда упомянутые выше варианты: апикаль (Kaneka Texas), упилекс (Ube Industries), китайские полиимидные пленки. Все они имеют схожие свойства, но менее термоустойчивы.
Номекс — другой материал, выпускаемый DuPont, — часто идет на изготовление каркасов звуковых катушек. Он представляет собой специальную арамидную пленку, нечто вроде значительно усиленного нейлона. Номекс дает хорошее демпфирование внутренних резонансов и поэтому используется даже как материал диффузора. Есть мнение, что номекс «звучит» лучше других синтетических материалов, но он не любит запекания клеев и склонен к внезапным искривлениям, поэтому чаще применяется для катушек небольшого диаметра (ВЧ).

Арамидоволоконная нетканая пленка, похожая на номекс, выпускается также другими производителями, например Teijin (японский конекс) или Bondex Inc. (бондекс). Процесс ее производства представляет собой захватывающее разум гидроплетение волокна с помощью водометов высокого давления...

Для удобства приклеивания катушки к диффузору над витками поверх выводов наклеивают полоску материала. Это повышает прочность каркаса выше витков провода и позволяет аккуратно расположить выводы начала и конца обмотки. В случае алюминиевого каркаса дополнительный слой также поможет защитить место склейки и диффузор от перегрева.

Напомним, что приклеить, скажем, каптон (каркас) к полипропилену (диффузор) вовсе непросто, и прокладка пористого материала дает возможность укрепить соединение.

Итак, попятно: инженеру, проектирующему новый динамик класса High End, есть с чем работать. И снова повторим: пока материалы, конструкция и технологии каждого узла не сыграли на конечный результат, на сумму частей, они бесполезны, и не будет никакой разницы между серебряным и алюминиевым проводом, каркасом из каптона или просто из бумаги...


По материалам издания АудиоМагазин
текст Сергей Таранов
 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить