Схема, устройство колонок

Как известно, для воспроизведения звуковых волн в большинстве акустических систем применяются динамические излучатели, или динамики. Они занимаются преобразованием электрического тока в звуковые волны путем движения специальной мембраны. Но сами по себе они не могут образовывать звук достаточно высокого качества – в комплекте с ними идет целый комплекс электротехнических устройств, заставляющих динамик работать. Если все эти детали встроены в корпус источника звука – магнитофона или телевизора – в области низких частот широкополосные динамики работают менее эффективно. Звук наполняется искажениями из-за резонансного эффекта.

Чтобы микросхемы, трансформаторы и полупроводники не мешали звуковым волнам, в большинстве современных акустических систем динамические излучатели выносятся в отдельные корпуса – колонки. Разнообразие их форм-факторов, дизайна и прочих особенностей исполнения велико, но все они имеют ряд общих черт. Как же устроены привычные для большинства пользователей колонки?

Корпус

На первый взгляд может показаться, что корпус – это маловажная часть колонок, и то, как он выглядит и из чего сделан, имеет мало разницы. На самом же деле, правильная форма и материал исполнения корпуса колонок играет одну из важнейших ролей в деле производства высококачественного звука.

Все, как и было упомянуто вначале, упирается в резонанс и его эффект. От особенностей конструкции корпуса сильно зависит сила этих эффектов – наложений частот, посторонних звуков, особенно дребезжания.

В целом, корпус выполняет следующие задачи:

• устраняет акустическое короткое замыкание, улучшая качество воспроизведение низкочастотного звука;
• разделяет отдельные динамики в пространстве, мешая им негативно воздействовать друг на друга;
• создание условий для акустической усадки динамических излучателей;
• эстетическая роль – придание колонке определенной формы и стиля.

Для полноценного выполнения этих задач перед инженерами стоит задача правильно подобрать форму и материал, из которого будет изготовлена коробка для размещения излучателя, а также правильно расположить в пространстве все детали устройства.

Форма корпуса может быть самой разной, и от правильного ее подбора сильно зависит эффективность создания звуковых волн. Варианты могут быть следующими:

• Прямоугольник – стандартные колонки обычно именно такие, могут быть в форме параллелепипеда или куба. Несмотря на свою традиционность, такие колонки издают далеко не идеальный звук, поскольку прямоугольная форма располагает к созданию резонанса и сопутствующих ему эффектов.
• Форма с непрямыми углами – трапеция, пирамида.
• Круглые формы – эллипс или шар. Для широкополосных колонок скругленные стенки подходят лучше всего.

Таким образом, для обычных колонок, которые отвечают за основной диапазон звуковых частот, наиболее пригодны круглые формы. Эта особенность часто используется инженерами для компенсации качества дешевых колонок. В них передняя стенка делается прямой, а задняя и боковые объединяются в одну изогнутую поверхность, что позволяет эффективно отражать и направлять звуковые волны в сторону слушателя.

Сабвуферы же чаще кубические – это связано с особенностями воспроизведения низких частот. Также в них гораздо чаще, чем в обычные колонки, встраивается фазоинвертор – полая труба, насквозь проходящая сквозь одну из стенок и фокусирующая звуковые волны.

Материалы так же могут быть разными. В основном это, конечно, пластмасса или древесина разных типов. Могут встречаться следующие варианты исполнения корпуса колонок:

• ДВП, ДСП, фанера средней плотности. Колонки из продуктов деревоперерабатывающей промышленности получаются, по мнению многих аудиолюбителей, наиболее качественными и издают мягкие, чистые звуки. Однако используется такой вариант не слишком часто – особенно он был распространен в старых советских акустических системах. Колонки из дерева получаются массивными, поэтому они чаще всего напольные.
• Дорогие специальные полимеры. Несмотря на худшие показатели звукоизоляции, пластик, разработанный специально для производства колонок, неплохо подходит для формирования корпусов этих устройств. Однако устройства из высококачественного пластика имеют весьма высокую стоимость.
• Дешевый пластик – обыкновенный полистирол. Такие колонки зачастую совсем не поглощают звук, что приводит к множеству посторонних шумов. На большой громкости гулы и гудения слышны особенно отчетливо.

Изнутри стенки корпуса обычно отделываются дополнительным звукоизоляционным материалом – чаще всего самым простым поролоном. Это позволяет несколько улучшить характеристики даже самого дешевого материала.

Динамики

Динамические излучатели – это главная часть схемы устройства колонок. Именно они занимаются производством звуковых волн. Динамика их заключается в работе подвижной катушки. Как же работает эта часть колонки?

Схема динамика довольно проста, в нее входят самые основные электротехнические части.

Работает весь этот комплекс деталей также весьма просто. На корпусе колонки надежно закрепляется постоянный магнит – в отличие от электромагнита, это позволяет непрерывно создавать магнитное поле в любых условиях. В дешевых моделях используются старые материалы – магниты из обычного феррита. Более современные, технологичные и дорогие колонки оснащаются качественными неодимовыми магнитами, создающими статичное поле. Несравнимо более высокое качество таких устройств и до сих пор не слишком широкая их распространенность позволяет производителям указывать использование неодима как отличительную особенность своей продукции.

Постоянное магнитное поле окружает катушку из медного провода, находящегося под действием переменного тока, исходящего от электрической сети, аккумулятора или USB-порта в зависимости от типа колонок. Стоит отметить, что устройства работают с высокоуровневыми токами – напряжение измеряется в вольтах, десятках и, в некоторых случаях, даже тысячами вольт, а сила тока – в амперах и десятках ампер. Это создает необходимость для обеспечения линейности сигнала.

Поток электронов модулируется акустическим сигналом и, в соответствие с законами физики, создает вокруг себя электромагнитное поле. Его взаимодействие со статичным полем от постоянного магнита придает катушке динамику. Движение катушки, в свою очередь, приводит к вибрированию диффузорной мембраны, вибрации вызывают колебания воздуха, которые и воспринимаются человеческим ухом как звук.

Материал исполнения мембраны может быть разным: используются как искусственные полимеры, так и натуральные соединения, например целлюлоза. В дорогих моделях колонок может применяться тонкая титановая пластина. От этого параметра, конечно, сильно зависит качество издаваемого динамическим излучателем звука.

Разнообразие динамиков

Динамики различаются по воспроизводимому ими диапазону звуковых частот. Существуют следующие виды излучателей:

• низкочастотные (сабвуферы) – излучают звук в диапазоне 20-120 Гц;
• среднечастотные – занимаются воспроизведением основной массы звука, вплоть до 5 кГц;
• высокочастотные (твиттеры) – излучают самые высокие звуки, от 2 до 20 кГц в зависимости от технических особенностей.

Все эти динамики различаются не только особенностями исполнения элементов конструкции, но и размерами. Так, сабвуфер обычно самый большой – от величины его диаметра зависит качество исполнения низких частот. Твиттер, наоборот, маленький, чтобы волны получались как можно более короткими.

Усилитель

Колонки могут быть активными или пассивными. В колонки первого типа встраивается собственный усилитель звука – устройство, которое преобразовывает поступающий сигнал, подстраивая его под мощность колонок. Без усиления колонки звучали бы слишком тихо.

Если используемые колонки относятся к пассивному типу, усилитель подключается к ним отдельно посредством акустических кабелей с клеммами. Усилители бывают разными и не только занимаются собственно преобразованием мощности сигнала, но и сбором и объединением сигналов от разных колонок в многоканальных акустических системах. Помимо усилителя, преобразованием может заниматься такое устройство, как ресивер.

Применение правильных материалов, снижение силы искажений звука приводит к существенному повышению качества акустической системы. Инженеры обязаны уделять разработке колонок максимум внимания, ведь колонки должны не просто издавать звук – их задача состоит в том, чтобы правильно создать звуковое поле, соответствующее десятку реальных источников звука, используя всего лишь несколько громкоговорителей.

Другие статьи раздела Колонки: устройство, характеристики

Важные характеристики колонок

Несмотря на весьма распространенное мнение, что на качество акустической системы влияет буквально каждый...  23060

Размеры колонок, мощность колонок

Ассортимент колонок – устройств, являющихся совокупностью динамических излучателей, их корпусов и...  15749

Активные и пассивные колонки

На удобство пользования акустической системой, а также на сложность подключения ее элементов друг к другу и...  548719