А кто это там пищит?

Все знают, что высокочастотные громкоговорители или твитеры («пищалки» - как их называли радиолюбители старой закалки) для качественного воспроизведения звука устройства совершенно необходимые. «Все знают, что полезно, но не все помнят, почему». Что же такое современные твитеры, какие технологии сегодня используются при их производстве, и какими характеристиками они обладают?

Что такое твитеры?

Помнится, ещё в детстве учитель труда говорил нам: «Пилить древесину вдоль или поперёк волокон можно универсальной пилой, но если вам нужно пилить действительно ХОРОШО, то лучше иметь две специальные пилы, чем одну универсальную». С годами стало очевидно, что это относится не только к ножовочным полотнам. Широкополосная акустика не даёт звука сопоставимого с трехполосными схемами: сотрясать воздух с частотой в 20 герц и в 20 килогерц - задачи различные на три порядка. Для решения этих задач обычно используются громкоговорители трех диапазонов: низкочастотные (сабвуферы), среднечастотные и высокочастотные (твитеры).

Твитеры, как и прочие динамические головки, состоят из следующих основных частей: корпус, магнит, звуковая катушка и диффузор. Первое, что бросается в глаза - это различие в размерах твитеров и низкочастотных головок. Ясно, что чем выше частота сигнала, тем линейные размеры диффузора должны быть меньше. Но здесь уже вступают в силу законы перехода количества в качество: твитеры - это не просто уменьшенные в размерах копии сабвуферов.

Магниты чаще всего содержат примесь редкоземельного металла неодима, что позволяет уменьшить их линейные размеры, так как характеристика напряженности магнитного поля неодимовых магнитов в несколько раз выше, чем обычных ферромагнитов. .

Из-за малого хода диффузора (не более 0,3 мм) звуковая катушка работает в тяжелых условиях. Для улучшения теплопередачи предусмотрена система охлаждения с помощью ферромагнитной жидкости (смесь силиконовой смазки и мельчайшего порошка ферромагнитного материала), отводящей тепло от звуковой катушки. Сама катушка чаще всего наматывается проводом из меди с высокой степенью очистки. .

Материал диффузора высокочастотной головки - совокупность компромиссов. Он должен быть достаточно жестким и в то же время легким. Жесткость необходима для того, чтобы при работе твитера не изменялась форма диффузора, что приведет к искажению сигнала. Легкость нужна для уменьшения момента инерции - слишком инерционный диффузор невозможно будет «раскачать» с частотами в десятки килогерц. Твитеры в компонентной акустике высокого класса чаще всего делают с тканевой (обычно шелковой) мембраной, титановой или алюминиевой. Встречаются купола из керамики (из окислов металлов). Используются даже такие экзотические материалы как бериллий или алмаз. .

Диаграмма направленности у твитеров много уже чем у низко- или среднечастотных головок и для ее расширения используются рассекатели. Обычно, это вертикальные рассекатели для расширения диаграммы в горизонтальной плоскости. .

Чаще всего твитеры классифицируют по форме диффузора. Рассмотрим основные типы. .

Конусные твитеры

На первых порах твитеры имели такой же конический диффузор, как и среднечастотные динамические головки, только меньшего размера. Конус делался тоньше и легче, чтобы мог двигаться с большей скоростью, катушки наматывались очень тонким проводом, для уменьшения веса и индукции. Сегодня конусные твитеры в высококачественной акустике практически не используются.

Купольные твитеры

Этот высокочастотный громкоговоритель обычно не имеет корзины (диффузодержателя). Купол является выпуклой (реже - вогнутой) полусферой-диффузором, непосредственно к которому и крепится звуковая катушка.

Ленточные твитеры

Основаны на работе Оскара Хейла «Преобразователь движения воздуха» от 1972 года. Мембрана состоит из зигзагом сложенной диафрагмы, складки которой перемещаются согласно току в звуковой катушке, таким образом, сжимая и разряжая воздух. Все другие конструкции громкоговорителей, управляются ли они звуковой катушкой, электростатикой, пьезоэлектрически или магнитостатикой, действуют подобно поршню, перемещающему воздух с коэффициентом 1:1. Это неэффективно, так как вес воздуха много меньше веса диффузора. Ленточная технология достигает соотношения 4:1 - воздух перемещается в четыре раз быстрее, чем мембрана. Еще одно преимущество - площадь диффузора. Если площадь конического или купольного диффузора - это площадь видимого круга, то активная площадь ленточного твитера - это полная развертка сложенной мембраны (эффективная площадь в 2,5 раз больше площади проекции сложенной ленты). Таким образом, для получения необходимого уровня звукового давления требуется меньшее перемещение диффузора, что позволяет исключить динамическое сжатие.

Твитеры сегодня

Что же предлагается нам сегодня. Рассмотрим несколько популярных компаний, производителей акустики.

B&W Bowers&Wilkins (www.bwspeakers.com). Несомненно, главной особенностью твитеров в составе компонентной акустики серии 800 с индексом «D» являются алмазные купола («D» - diamond, алмаз). Прочность алмаза несомненна, а значит отсутствие деформаций диффузора во всем диапазоне частот и точность воспроизведения высокочастотных сигналов гарантированы. Алмаз легок и невероятно прочен, прозрачен для ультрафиолета и инфракрасного излучения, хорошо проводит и поглощает тепло. Единственной проблемой оставалось одно - как же сделать твитер из алмаза? На помощь пришли достижения полупроводниковой технологии за последнее десятилетие - выращивание кристаллов и вакуумное напыление. В компании B&W разработали метод, позволяющий осаждать из паровой фазы чистый алмаз в сложные формы, что и позволило появиться на свет алмазным твитерам. Это наиболее естественно звучащие высокочастотники, оправдывающие самые высокие эпитеты – «знаковый успех в искусстве звука».

В моделях с индексом «S» используются вновь разработанные твитеры с алюминиевыми куполами. Они исполнены в том же дизайне, что и их алмазные «братья», что также позволяет точно синхронизировать движения купола с сигналом на катушке.

ADAM Professional Audio (www.adam-audio.com). В серии акустики ADAM A.R.T. используются оригинальные ленточные твитеры, созданные по технологии A.R.T. (Accelerated Ribbon Technology - ленточная технология быстрого срабатывания), что позволяет получать частоты до 35000 герц. Ленточная, сложенная «гармошкой», мембрана очень эффективна (ее площадь больше площади купольного диффузора на порядок) и дает более широкую диаграмму направленности. Новый подход к геометрии дизайна излучателей и использование недоступных прежде материалов позволило ADAM переосмыслить оригинальную идею Оскара Хейла и создать твитер с уникальными характеристиками: средняя эффективность 93 дБ/Вт/м, линейное во всем диапазоне воспроизводимых частот сопротивление 3,2 ± 0,05 Ом и фазовый сдвиг ± 1 градус, хорошую диаграмму направленности. Ленточный твитер размерами 2 на 3 дюйма дает тепловое излучение сопоставимое с тем, что дает купольный твитер диаметром в 1 дюйм.

Audiovector (www.audiovector.ru). С 1985 года, с изобретением собственного твитера LCT (Low compression tweeter - твитер низкого давления), компания использует в компонентной акустике только высокочастотники собственного производства. Кроме купольных, Audiovector производит и ленточные твитеры серии Avantgarde AMT – «высокочастотник без проблем с массой». Гофрированная лента-мембрана двигается из стороны в сторону, в результате чего получается более быстрый и точный отклик на сигнал частотой до 50000 герц. Вот почему звук твитера такой детализированный, невесомый и мощный. В основе технологии также лежат идеи Оскара Хейла. Годы «полировки» и развития его основной идеи дали в результате новый вид твитера, способный с превосходной точностью отслеживать сигналы высоких частот. «Звучание такое, как будто твитера нет вовсе. Звуки идут ниоткуда. Они невесомы» - Lyd & Bilde 2001.

Boston Acoustics (www.bostonacoustics.com). Твитеры, производимые компанией, содержат жесткий и очень легкий купол из анодированного алюминия. Охлаждение осуществляется ферромагнитной жидкостью и дополнительно литым алюминиевым радиатором на тыльной стороне корпуса. Компактные размеры твитеров получены благодаря применению неодимовых магнитов, которые на порядок легче и меньше обычных. Раньше широко использовались ВЧ-головки с куполом из титана, обладавшие еще более высокой прочностью, но их акустические характеристики перестали удовлетворять строгим требованиям компании, и сегодня подобные твитеры встречаются только в предыдущих моделях.

Гибкий материал диффузора не позволит отслеживать колебания сигнала с частотами до 20000 герц, а жесткие дают паразитный «звон» на резонансных частотах. Для решения этой проблемы, в серии Boston Rally для куполов стал использоваться кортек (kortec) - материал плотно сплетенный из шелковистой ткани, усиленный с изнанки специальным патентованным отвердителем. Мягкость материала снаружи и жесткость изнутри устраняют нежелательные резонансы и позволяют добиться очень высоких частот, дают плавный, мягкий и очень «живой» звук с точной проработкой высокочастотных деталей общей звуковой картины.

Focal (www.focal.tm.fr). Особенность куполов твитеров Focal в том, что они не выпуклые, а вогнутые. Тем самым специалистам компании удалось повысить отдачу твитера на 4-5 дБ.

Бериллиевые купола имеют уникальное сочетание жесткости и малого веса (18 мг), что позволяет получать рабочий диапазон от 1 до 40 килогерц. Столь малый вес достигается тем, что толщина купола составляет всего 25 микрон. Бериллиевые купола не имеют пиков и резонансов в своих частотных характеристиках как купола из других металлов.

Твитеры завтра

В будущем твитеров видится два основных направления: поиск новых материалов для изготовления диффузоров и развитие принципиально новых конструкций.

Если еще несколько лет назад словосочетания «золотой» или «алмазный твитер» могли быть всего лишь восторженными эпитетами для качественных образцов, то сегодня такие характеристики следует понимать буквально. Похоже, все возможные «чистые» материалы уже перепробованы (включая редкий бериллий, которого в мире в год добывают всего-то килограммов 400) и нас ждут новые композиты по примеру кортека или кевлара.

Возможно, новые конструкции будут основаны на совершенно иных технологиях, где в качестве диффузора выступает сам воздух. Это и «плазменные» твитеры, и твитеры «виртуальные» (или «воздушные»).

Плазма нагревает воздух так, что он начинает звучать. Представьте себе дугу плазменной сварки, модулируемую токами звуковой частоты. Никаких движущихся частей, а, значит, и резонансов. Главный недостаток - повышенное образование озона. «Если бы эти твитеры изобрели в 60-х, мы бы все умерли от рака кожи!» - пугают нас эксперты NewForm Reseach (www.newformresearch.com). Ну, сегодня мы ведь как-то боремся с озоном лазерных принтеров….

В «воздушных» твитерах звук образуется «ниоткуда», прямо в воздухе, на пересечении двух очень мощных ультразвуковых лучей. При пересечении двух узких лучей с частотами, скажем, 200 и 205 килогерц, интермодуляцией образуется разностный тон с частотой 5 килогерц. Проблема в том, что для получения уровня 100дБ в звуковом диапазоне, комнату заполнят ультразвуковые лучи с частотами свыше 200 килогерц и мощностями до 150дБ, что смертельно для случайно подвернувшегося под такой луч. Хочется верить, что эти недостатки скорее технологические, чем принципиальные. Если бы на заре электричества сказали, что в бытовых приборах будущего потребуется напряжение в несколько киловольт (цветной телевизор), тогдашние изобретатели сочли бы такой прибор смертельно опасным.

Материал подготовил Арсен Газимагомедов