Твитер - Tweeter
Высокочастотный динамик или высокочастотный динамик представляет собой особый тип громкоговорителя (обычно купол, обратного купола или рога-типа) , который предназначен для получения высоких звуковых частот, как правило , обеспечивают высокие частоты до 100 кГц. Название происходит от высоких звуков, издаваемых некоторыми птицами (твиты), особенно в отличие от низких, издаваемых многими собаками , в честь которых названы низкочастотные динамики ( вуферы ).
Операция
Почти все твитеры - это электродинамические драйверы, использующие звуковую катушку, подвешенную в фиксированном магнитном поле. Эти конструкции работают путем подачи тока с выхода схемы усилителя на проволочную катушку, называемую звуковой катушкой . Звуковая катушка производит переменное магнитное поле, которое работает против фиксированного магнитного поля постоянного магнита , вокруг которого цилиндрическая звуковая катушка подвешена, заставляя звуковую катушку и диафрагму , прикрепленную к нему , чтобы двигаться. Это механическое движение напоминает форму электронного сигнала, поступающего с выхода усилителя на звуковую катушку. Поскольку катушка прикреплена к диафрагме, колебательное движение звуковой катушки передается диафрагме; диафрагма, в свою очередь, вибрирует в воздухе, создавая движения воздуха или звуковые волны, которые воспринимаются как высокие звуки.
Современные высокочастотные динамики обычно отличаются от более старых высокочастотных динамиков, которые обычно были небольшими версиями низкочастотных динамиков . По мере развития технологии твитеров стали популярными различные дизайнерские приложения. Многие мембраны твитеров с мягким куполом изготавливаются методом термоформования из полиэфирной пленки, шелка или полиэфирной ткани, пропитанной полимерной смолой. Твитеры с жестким куполом обычно изготавливаются из алюминия, алюминиево-магниевых сплавов или титана.
Твитеры предназначены для преобразования электрического сигнала в механическое движение воздуха без каких-либо добавлений и вычитаний, но этот процесс несовершенен, и реальные твитеры требуют компромиссов. Среди проблем при разработке и изготовлении твитеров: обеспечение адекватного демпфирования, чтобы быстро останавливать движение купола по окончании сигнала; обеспечение линейности подвески, позволяющей получить высокий выходной сигнал в нижнем диапазоне частот; обеспечение отсутствия контакта с магнитным узлом, удерживание купола в центре при его движении; и обеспечение адекватной управляемости без увеличения массы.
Высокочастотные динамики также могут работать в сотрудничестве с низкочастотными динамиками, которые отвечают за генерацию низких частот или басов.
Некоторые твитеры располагаются вне основного корпуса в собственном полунезависимом блоке. Примеры включают в себя « супер твитеры » и роман Ома «яичный твитер» . Последний подключается и поворачивается для регулировки звукового поля в зависимости от положения слушателя и предпочтений пользователя. Разделение от перегородки считается оптимальным в соответствии с теорией, согласно которой наименьшая возможная перегородка является оптимальной для твитеров.
Диапазон
Большинство твитеров предназначены для воспроизведения частот до официально определенного верхнего предела диапазона человеческого слуха (обычно указывается как 20 кГц); некоторые работают на частотах примерно от 5 кГц до 20 кГц. Твитеры с более широким верхним диапазоном были разработаны для психоакустических испытаний, для цифрового звука с расширенным диапазоном, такого как Super Audio CD, предназначенного для аудиофилов , для биологов, проводящих исследования реакции животных на звуки, и для систем окружающего звука в зоопарках. Изготовлены ленточные твитеры, способные воспроизводить 80 кГц и даже 100 кГц.
Купольные материалы
У всех купольных материалов есть достоинства и недостатки. Три свойства, которые проектировщики ищут в куполах, - это малая масса, высокая жесткость и хорошее демпфирование. Celestion были первыми производителями, которые изготовили купольные твитеры из металла, меди . В настоящее время используются другие металлы, такие как алюминий , титан , магний и бериллий , а также их различные сплавы, которые являются легкими и жесткими, но имеют низкое демпфирование; их резонансные моды возникают на частотах выше 20 кГц. Более экзотические материалы, такие как синтетический алмаз , также используются из-за их чрезвычайной жесткости. Полиэтилентерефталатная пленка и тканый шелк менее подвержены звоном, но они не такие жесткие, что может ограничивать их очень высокочастотный выход.
В целом, твитеры с купольным куполом меньшего размера обеспечивают более широкое распространение звука на самых высоких частотах. Однако твитеры с купольным куполом меньшего размера имеют меньшую площадь излучения, что ограничивает их выходную мощность в нижней части диапазона; и у них есть звуковые катушки меньшего размера, что ограничивает их общую выходную мощность.
Феррожидкость
Феррожидкость представляет собой суспензию очень мелких (обычно 10 нм) магнитных частиц оксида железа в жидкости с очень низкой летучестью , обычно синтетическом масле. Широкий диапазон вариантов вязкости и магнитной плотности позволяет разработчикам добавлять демпфирование, охлаждение или и то, и другое. Феррожидкость также помогает центрировать звуковую катушку в магнитном зазоре, уменьшая искажения. Жидкость обычно вводится в магнитный зазор и удерживается на месте сильным магнитным полем. Если высокочастотный динамик подвергался воздействию повышенных уровней мощности, происходит некоторое утолщение феррожидкости, поскольку часть жидкости-носителя испаряется. В крайних случаях это может ухудшить качество звука и выходной уровень твитера, и жидкость необходимо удалить и установить новую.
Профессиональные звуковые приложения
Твитеры, предназначенные для усиления звука и использования музыкальных инструментов, в целом похожи на высокоточные твитеры, хотя обычно их называют не твитерами, а «высокочастотными драйверами». Ключевыми отличиями требований к конструкции являются: крепления, рассчитанные на многократную транспортировку и транспортировку, драйверы, часто устанавливаемые на рупорные конструкции, для обеспечения более высоких уровней звука и лучшего контроля над рассеиванием звука, а также более прочные звуковые катушки, способные выдерживать обычно встречающиеся более высокие уровни мощности. Высокочастотные драйверы в рупорах PA часто называют « драйверами сжатия » из-за режима акустической связи между диафрагмой драйвера и горлом рупора.
В конструкции диафрагм компрессионного привода используются различные материалы, в том числе титан, алюминий, ткань, пропитанная фенолом, полиимид и полиэтилентерефталатная пленка , каждый из которых имеет свои особенности. Диафрагма приклеена к каркасу звуковой катушки, обычно сделанному из материала, отличного от материала купола, поскольку он должен выдерживать тепло без разрывов или значительных изменений размеров. Для этого широко используются полиимидная пленка, номекс и стекловолокно. Подвеска может быть продолжением диафрагмы и приклеена к монтажному кольцу, которое может входить в паз, поверх установочных штифтов или закрепляться с помощью крепежных винтов. Диафрагма, как правило, имеет форму перевернутого купола и загружается в серию сужающихся каналов в центральной структуре, называемой фазовой пробкой , которая выравнивает длину пути между различными участками диафрагмы и горловиной рупора, предотвращая акустическое подавление между различными точками на диафрагме. поверхность диафрагмы. Фазовая пробка входит в сужающуюся трубку, которая образует начало самого рупора. Это медленно расширяющееся горло в драйвере продолжается в раструбе звукового сигнала. Рупорный блик управляет картиной покрытия или направленностью и, как акустический преобразователь, добавляет усиление. Комбинация профессионального рупора и компрессионного драйвера имеет выходную чувствительность от 105 до 112 дБ / ватт / метр. Это значительно более эффективно (и менее опасно термически для небольшой звуковой катушки и преобразователя), чем другая конструкция твитера.
Типы твитеров
Конический твитер
Конические высокочастотные динамики имеют ту же базовую конструкцию и форму, что и низкочастотные динамики, с оптимизацией для работы на более высоких частотах. Оптимизация обычно:
- очень маленький и легкий конус, поэтому он может быстро двигаться;
- материалы для конусов, выбранные по жесткости (например, керамические конусы в линии одного производителя), или хорошим демпфирующим свойствам (например, бумага, шелк или ткань с покрытием), или обоим;
- подвеска (или паук) более жесткая, чем у других драйверов - для воспроизведения высоких частот требуется меньшая гибкость;
- небольшие звуковые катушки (обычно 3/4 дюйма) и легкий (тонкий) провод, который также помогает конусу твитера быстро перемещаться.
Конические высокочастотные динамики были популярны в старых стереосистемах Hi-Fi, разработанных и изготовленных в 1960-х и 1970-х годах в качестве альтернативы купольному высокочастотному динамику (который был разработан в конце 1950-х годов). Конические твитеры сегодня часто относительно дешевы, но многие из них в прошлом были высокого качества, например, производства Audax / Polydax, Bozak, CTS, JBL, Tonegen и SEAS. Эти винтажные твитеры с коническим диффузором продемонстрировали очень плоскую частотную характеристику, низкие искажения, быструю переходную характеристику, низкую резонансную частоту и плавный спад низких частот, облегчая дизайн кроссовера.
Типичными для эпохи 1960-х / 1970-х годов были ВЧ-динамики CTS с «фенольным кольцом», демонстрирующие плоскую характеристику от 2000 до 15000 Гц, низкие искажения и быструю переходную характеристику. Твитер CTS с «фенольным кольцом» получил свое название от подвесного кольца оранжевого цвета с краями, которое он имеет, сделанного из фенола. Он использовался во многих марках и моделях хорошо зарекомендовавших себя винтажных колонок и был устройством средней ценовой категории.
Конические высокочастотные динамики имеют более узкую дисперсионную характеристику, аналогичную диффузионным низкочастотным динамикам. Поэтому многие дизайнеры считали, что это делает их подходящими для среднечастотных и низкочастотных диффузоров, обеспечивая превосходное стереоизображение. Однако «зона наилучшего восприятия», создаваемая узкой дисперсией диффузоров твитеров, невелика. Акустические системы с коническими твитерами обеспечивали наилучшее стереоизображение при размещении в углах комнаты, что было обычной практикой в 1950-х, 1960-х и начале 1970-х годов.
В течение 1970-х и 1980-х годов повсеместное распространение аудиофильских дисков более высокого качества и появление компакт-дисков привело к тому, что конический высокочастотный динамик потерял популярность, поскольку конические высокочастотные динамики редко выходили за пределы 15 кГц. Аудиофилы считали, что коническим твитерам не хватало «воздушности» купольных твитеров или других типов. Тем не менее, многие высококлассные твитеры с диффузорами оставались в ограниченном производстве Audax, JBL и SEAS до середины 1980-х годов.
Конические твитеры сейчас редко используются в современном Hi-Fi устройстве и обычно используются в недорогих приложениях, таких как заводские автомобильные динамики, компактные стереосистемы и бум-боксы. Некоторые производители бутик-колонок недавно вернулись к высококачественным диффузорам для воспроизведения верхних частот, особенно к воссозданию моделей с фенольными кольцами CTS, чтобы создать продукт с винтажным звучанием.
Купольный твитер
Купольный твитер создается путем прикрепления звуковой катушки к куполу (сделанному из тканого материала, тонкого металла или другого подходящего материала), который прикрепляется к магниту или верхней пластине с помощью подвески с низкой податливостью. Эти твитеры обычно не имеют рамы или корзины, а имеют простую переднюю пластину, прикрепленную к магнитному узлу. Купольные твитеры классифицируются по диаметру звуковой катушки и варьируются от 19 мм (0,75 дюйма) до 38 мм (1,5 дюйма). Подавляющее большинство купольных твитеров, используемых в настоящее время в Hi-Fi-динамиках, имеют диаметр 25 мм (1 дюйм).
Разновидностью является кольцевой радиатор, в котором «подвеска» конуса или купола становится основным излучающим элементом. Эти твитеры имеют другие характеристики направленности по сравнению со стандартными купольными твитерами.
Пьезо-твитер
Пьезо (или пьезоэлектрический) ВЧ - динамик содержит пьезоэлектрический кристалл , соединенный с механической диафрагмой. Звуковой сигнал подается на кристалл, который реагирует изгибом пропорционально напряжению, приложенному к поверхности кристалла, таким образом преобразуя электрическую энергию в механическую.
Преобразование электрических импульсов в механические колебания и преобразование возвращаемых механических колебаний обратно в электрическую энергию является основой ультразвукового контроля. Активный элемент - это сердце преобразователя, поскольку он преобразует электрическую энергию в акустическую и наоборот. Активный элемент в основном представляет собой кусок поляризованного материала (то есть некоторые части молекулы заряжены положительно, а другие части молекулы заряжены отрицательно) с электродами, прикрепленными к двум его противоположным сторонам. Когда к материалу прикладывается электрическое поле, поляризованные молекулы выравниваются с электрическим полем, что приводит к индуцированным диполям в молекулярной или кристаллической структуре материала. Это выравнивание молекул приведет к изменению размеров материала. Это явление известно как электрострикция . Кроме того, постоянно поляризованный материал, такой как кварц (SiO 2 ) или титанат бария (BaTiO 3 ), будет создавать электрическое поле, когда материал меняет размеры в результате приложенной механической силы. Это явление известно как пьезоэлектрический эффект .
Пьезо-твитеры редко используются в высококачественном аудио из-за их низкой точности, хотя они действительно присутствовали в некоторых высококачественных конструкциях конца 70-х годов, таких как Celef PE1, в котором они использовались в качестве супер-твитера в сочетании с обычный купольный твитер. Они часто используются в игрушках, зуммерах, будильниках, корпусах динамиков бас-гитары, дешевых компьютерах или стереодинамиках и рогах PA.
Ленточный твитер
В ленточном твитере используется очень тонкая диафрагма (часто из алюминия или, возможно, металлизированная пластиковая пленка), которая поддерживает плоскую катушку, часто сделанную путем осаждения паров алюминия, подвешенную в мощном магнитном поле (обычно создаваемом неодимовыми магнитами) для воспроизведения высоких частот. Развитие ленточных твитеров более или менее последовало за развитием ленточных микрофонов . Лента изготовлена из очень легкого материала и поэтому способна к очень высокому ускорению и расширенной высокочастотной характеристике. Ленты традиционно не обеспечивали высокую производительность (основная причина - большие зазоры между магнитами, ведущие к плохой магнитной связи). Но более мощные версии ленточных твитеров становятся обычным явлением в крупномасштабных системах линейных массивов звукоусиления, которые могут обслуживать тысячи слушателей. Они привлекательны в этих приложениях, поскольку почти все ленточные твитеры по своей сути обладают полезными характеристиками направленности с очень широкой горизонтальной дисперсией (охватом) и очень узкой вертикальной дисперсией. Эти драйверы можно легко установить вертикально, создавая линейный массив высоких частот, который обеспечивает высокий уровень звукового давления на гораздо большем удалении от расположения динамиков, чем обычные высокочастотные динамики.
Планарно-магнитный твитер
Некоторые разработчики громкоговорителей используют планарно-магнитный твитер, иногда называемый квазиленточным. Плоские магнитные твитеры обычно дешевле, чем настоящие ленточные твитеры, но не совсем эквивалентны, поскольку лента из металлической фольги легче, чем диафрагма в плоском магнитном твитере, а магнитные структуры отличаются. Обычно используется тонкий кусок полиэтиленовой пленки или пластика с проволокой звуковой катушки, многократно проходящей вертикально по материалу. Магнитная конструкция дешевле, чем у ленточных твитеров.
Электростатический твитер
Электростатическое твитер действует на тех же принципах , как полный диапазон электростатического громкоговорителя или пары электростатических наушников. В динамиках этого типа используется тонкая диафрагма (обычно из пластика и обычно из полиэтилентерефталата ) с тонким проводящим покрытием, подвешенная между двумя экранами или перфорированными металлическими листами, называемыми статорами.
Выход управляющего усилителя подается на первичную обмотку повышающего трансформатора с вторичной обмоткой с центральным отводом, а между центральным выводом трансформатора и диафрагмой подается очень высокое напряжение - от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт. Электростатика этого типа обязательно включает источник высокого напряжения для обеспечения используемого высокого напряжения. Статоры подключаются к остальным клеммам трансформатора. Когда аудиосигнал подается на первичную обмотку трансформатора, статоры электрически приводятся в действие смещением по фазе на 180 градусов, поочередно притягивая и отталкивая диафрагму.
Необычным способом управления электростатическим динамиком без трансформатора является подключение пластин двухтактного лампового усилителя непосредственно к статорам, а источник высокого напряжения между диафрагмой и землей.
Электростатика уменьшила гармонические искажения четного порядка благодаря своей двухтактной конструкции. У них также минимальные фазовые искажения. Конструкция довольно старая (оригинальные патенты датированы 1930-ми годами), но занимает очень небольшой сегмент рынка из-за высокой стоимости, низкой эффективности, большого размера для полнофункциональных конструкций и хрупкости.
ВЧ-динамик AMT
Твитер Air Motion Transformer работает, выталкивая воздух перпендикулярно из гофрированной диафрагмы. Его диафрагма представляет собой сложенные складки пленки (обычно полиэтилентерефталатной пленки) вокруг алюминиевых распорок, удерживаемых в сильном магнитном поле. В прошлые десятилетия компания ESS of California произвела серию гибридных громкоговорителей, использующих такие твитеры, наряду с обычными вуферами, назвав их преобразователями Heil в честь их изобретателя Оскара Хейла . Они обладают значительными выходными уровнями и более прочны, чем электростатические или ленточные, но имеют аналогичные маломассивные движущиеся элементы.
Большинство используемых в настоящее время драйверов AMT по эффективности и частотной характеристике аналогичны оригинальным разработкам Oskar Heil 1970-х годов.
Рупорный твитер
Рупорный твитер - это любой из вышеперечисленных твитеров, соединенный с расширяющейся или рупорной конструкцией. Рупоры используются для двух целей - для управления дисперсией и для соединения диафрагмы высокочастотного динамика с воздухом для повышения эффективности. В любом случае твитер обычно называется компрессионным драйвером и сильно отличается от более распространенных типов твитеров (см. Выше). При правильном использовании рупор улучшает внеосевую характеристику твитера, контролируя (то есть уменьшая) направленность твитера. Это также может улучшить эффективность твитера, связав относительно высокий акустический импеданс динамика с более низким импедансом воздуха. Чем больше рупор, тем ниже частоты, на которых он может работать, поскольку большие рупоры обеспечивают связь с воздухом на более низких частотах. Существуют разные типы рупоров, в том числе радиальная и постоянная направленность (CD). Рупорные твитеры могут иметь несколько «иную» звуковую подпись, чем простые купольные твитеры. Плохо спроектированные рупоры или неправильно перекрещенные рупоры имеют предсказуемые проблемы с точностью их выходного сигнала и нагрузкой, которую они представляют для усилителя. Возможно, обеспокоенные изображением плохо спроектированных рупоров, некоторые производители используют высокочастотные динамики с рупорной нагрузкой, но избегают использования этого термина. Их эвфемизмы включают в себя «эллиптическая апертура», «полугорн» и «управляемая направленность». Тем не менее, это форма загрузки рупора.
Плазменный или ионный твитер
Поскольку ионизированный газ электрически заряжен и им можно управлять с помощью переменного электрического поля, можно использовать небольшой плазменный шар в качестве твитера. Такие твитеры называют «плазменными» или «ионными» твитерами. Они более сложны, чем другие твитеры (генерация плазмы не требуется в других типах), но обладают тем преимуществом, что движущаяся масса оптимально мала и поэтому очень чувствительна к входному сигналу. Эти типы твитеров не способны ни к высокой выходной мощности, ни к другому, кроме воспроизведения очень высоких частот, и поэтому обычно используются в горловине рупорной конструкции для управления пригодными для использования уровнями выходного сигнала. Одним из недостатков является то, что плазменная дуга обычно производит озон , ядовитый газ, в небольших количествах в качестве побочного продукта. Из-за этого колонки Magnat "magnasphere" немецкого производства были запрещены к ввозу в США в 1980-х годах.
В прошлом доминирующим поставщиком была компания DuKane недалеко от Сент-Луиса в США, которая производила Ionovac; также продается в британском варианте как Ionophane. Компания Electro-Voice на короткое время изготовила модель по лицензии DuKane. Эти ранние модели были привередливы и требовали регулярной замены ячейки, в которой генерировалась плазма (в установке DuKane использовалась прецизионная кварцевая ячейка). В результате они были дорогими устройствами по сравнению с другими конструкциями. Те, кто слышал Ionovacs, сообщают, что в разумно спроектированной акустической системе высокие частоты были «воздушными» и очень детализированными, хотя высокая выходная мощность была невозможна.
В 1980-х годах в динамиках Plasmatronics также использовался плазменный твитер, хотя производитель не продержался в бизнесе очень долго, и было продано очень мало таких сложных устройств.
Смотрите также
- Корпус громкоговорителя
- Аудио кроссовер
- Полнодиапазонный динамик
- Супер твитер
- Среднечастотный динамик
- НЧ-динамик
- Сабвуфер
- Плазменный динамик