#10/2004 • полезно знать

Алексей ЕГОРОВ

ПРИТЧИ ГРАФА ДИФФУЗОРА

НАЧАЛАСЬ ВСЯ ЭТА ИСТОРИЯ РОВНО 80 ЛЕТ НАЗАД, В 1924 ГОДУ. В ЭТО ВРЕМЯ В ИТАЛИИ РОДИЛСЯ МАРЧЕЛЛО МАСТРОЯНИ, В СОВЕТСКОМ СОЮЗЕ НАЧАЛСЯ ВЫПУСК ЖУРНАЛА «МУРЗИЛКА», А В США ИНЖЕНЕР ЭДВАРД КЕЛЛОГ, РАБОТАВШИЙ ТОГДА В GENERAL ELECTRIC, ВМЕСТЕ С ЧЕСТЕРОМ РАЙСОМ ЗАПАТЕНТОВАЛ УСТРОЙСТВО, НАЗЫВАЕМОЕ ТЕПЕРЬ В ОБИХОДЕ ДИНАМИКОМ. А ЕСЛИ ПО-НАУЧНОМУ — КОНИЧЕСКИЙ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЬ С ПОДВИЖНОЙ ЗВУКОВОЙ КАТУШКОЙ.

МОЖНО СКАЗАТЬ, ЧТО ИЗОБРЕтение это несколько запоздало — к тому моменту уже был придуман конденсаторный микрофон и электромагнитный звукосниматель, по радио во всю шли развлекательные передачи. Радиоприемники слушали тогда через наушники с телефонными капсюлями или примитивные рупорные конструкции, созданные еще Александром Беллом для своего телефонного аппарата. В грамзаписи царили граммофоны. Одним словом, нужно было придумать, как записанные на пластинках или передаваемые по радио звуки громко и качественно преобразовать обратно в акустическую форму. И Келлог с этой задачей справился — в сравнении со слюдяными диафрагмами граммофонов его изобретение звучало по тем временам удивительно натурально и чисто.

Однако с тех пор мир сильно изменился. Многие технологии, казавшиеся тогда самим совершенством, теперь можно встретить только в Политехническом музее. А вот тот самый динамик все это время, по сути, оставался самим собой — приклеенный по периметру на каркас бумажный диффузор со звуковой катушкой, сзади — кольцевой магнит. Вот, в общем, и вся конструкция.

Но, как это часто бывает, простота эта — абсолютный мираж. Стоит хоть чуть-чуть покопаться в тонкостях электроакустики, как становится понятно, что устройство динамической головки — это просто-таки коллекция противоречий, компромиссов и взаимоисключающих требований. Попробуй изменить какую-нибудь мелочь, и вся конструкция начнет работать совершенно по-другому. При воспроизведении звуковых сигналов в диффузоре происходят процессы, как следует разобраться в которых без математического моделирования или, скажем, голографической интерферометрии просто невозможно.

В любой уважающей себя фирме, производящей динамики и акустические системы на их основе, на исследовательскую работу тратится заметная часть прибыли. Затем результатам этой работы маркетологи придумывают какое-нибудь красивое название, которое вставляется в рекламные проспекты.

Попробуем разобраться подробнее, как и из чего серьезные производители изготавливают в наше время часть динамика, которая, собственно, и рождает звуковые волны — диффузор. Рассматривать будем только традиционные СЧ/НЧ-головки конической конструкции, поскольку пищалки и драйверы сабвуферов — это отдельные вещи.

В серии Bronze от Monitor Audio диффузоры мидбасовых головок штампуются под большим давлением из полипропилена с металлическими вкраплениями.

Сначала можно попытаться вообразить себе идеальный диффузор — предел мечтаний электроакустиков. Штука получится занятная — совершенно невесомая мембрана, зато обладающая абсолютной жесткостью. Во всем диапазоне рабочих частот этот идеал совершает исключительно поршнеобразные колебания, а полное демпфирование материала не позволяет возникать паразитным резонансам. Подвес настолько гибок, что никак не влияет на характер колебаний. Красота. Обидно только, что идеалы в материальном мире недостижимы. Так что приходится идти на компромиссы.

Начиналось все, конечно, с бумаги. Все эти 80 лет старушка не сдает позиций. В каких только динамиках она не используется — от копеечных бормоталок до очень серьезной акустики аудиофильского качества. И это, конечно, неспроста. Целлюлозные диафрагмы легки, обладают очень неплохим демпфированием, а значит, не дают призвуков. В отличие от начала прошлого века, сегодня вручную уже никто и не клеит. Размоченную пульпу осаждают на металлической сетке необходимой формы, где она и высыхает. Получается монолит с приемлемой жесткостью и переменной толщиной стенок, имеющий довольно гладкую АЧХ. В силу своих механических свойств бумага позволяет обойтись разделительными фильтрами малых порядков, при этом уменьшаются фазовые искажения и улучшается демпфирование головки. Легкость подвижной системы обуславливает высокую чувствительность, хорошую микродинамику, звучание таких головок очень комфортно для уха.

Одним словом, бумага — это воздушность и натуральность. Но у нее есть и специфические проблемы. Самая неприятная из них, недостаточная жесткость, не дает сделать хороший динамик с большой мощностью. А ведь высокое звуковое давление — главное, что требуется от современной акустической системы. Неудивительно, что борьба за жесткость бумаги развернулась очень серьезная.

На Fostex подошли к вопросу по-японски оригинально: создана многослойная бумага на основе банановых волокон. Jamo использует целлюлозу, армированную волокном минеральным. Кстати, эта же фирма прессует диффузоры и из древесины — неоднородных волокон, у которых одна общая резонансная частота подавлена почти полностью. Фрагменты разной длины и толщины имеют разную частоту собственного резонанса и как бы гасят паразитные колебания друг друга. Для достижения оптимального соотношения между жесткостью и внутренним демпфированием лицевая поверхность диффузора лакируется. В результате получается жесткая конструкция с низким уровнем искажений и открытым, детализированным звучанием на средних частотах. Это очень важно для правильной передачи малейших нюансов голосовых тембров.

НЧ-драйвер ТТ180 немецкой фирмы ELAC с двухслойной мембраной. Алюминиевая фольга толщиной 0,2 мм наклеивается на бумажную основу.

Но, помимо недостаточной жесткости, у бумаги есть и еще один недостаток. Вспомните, как выглядят старые газеты. Со временем и диффузор деградирует — выцветает, становится хрупким, начинает отрываться от подвеса. Кроме того, при изменении влажности конус «ведет», в результате чего звуковая катушка перекашивается в зазоре. Использование всевозможных пропиток и защитных лаков способно лишь несколько отсрочить финал. Так что многие фирмы присматриваются к более современным материалам.

Одним из первых полимеров, который показал обнадеживающие с точки зрения звука результаты, стал полипропилен. Первые синтетические диффузоры появились в середине 70-х годов в студийных мониторах BBC. После того как в исследовательском центре Британской Вещательной Корпорации была подтверждена абсолютная звуковая нейтральность полипропилена, создатели этой технологии основали фирму Harbeth. Она жива по сей день и по-прежнему выпускает головки на основе этого материала, причем синтезирует его самостоятельно, считая, что обычный промышленный полимер годится только для йогуртных стаканчиков.

«Правильный» полипропилен имеет очень неплохие импульсные характеристики и внутреннее демпфирование, обусловленное большой длиной молекул. Его ровная АЧХ, действительно, может обеспечить точное и неокрашенное звучание, но для этого пластику, как и бумаге, нужно добавить жесткости. Наиболее эффективный способ — внесение минеральных добавок, в т.ч. слюды. Встречаются и другие модификации. Polk Audio, например, для улучшения демпфирования и увеличения жесткости использует вспененный полипропилен. Стенки крошечных ячеек препятствуют изгибу диафрагмы, при этом ее масса практически не увеличивается.

Еще один легендарный материал, применяемый в диффузоростроении, — кевлар. Это невероятно прочное синтетическое волокно было создано в лабораториях фирмы «Дюпон» совершенно для других целей. Из него делают туристическое и альпинистское снаряжение, бронежилеты, а последние лет 25 еще и диафрагмы для средне- и низкочастотных динамиков. Высокая механическая прочность и износостойкость обеспечивают необходимую жесткость в сочетании с временной стабильностью параметров. И еще очень важно, что кевларовая ткань сплетена из продольных и поперечных волокон, что препятствует возникновению стоячих волн. В придачу отсутствие монолитной структуры заметно улучшает внутреннее демпфирование. Поэтому головки с кевларовыми диффузорами имеют меньшие, по сравнению с традиционными, нелинейные искажения и могут работать при очень больших амплитудах сигнала. В итоге получается динамичный звук с очень быстрой атакой.

А это — знаменитый кевлар. Тканая структура материала препятствует возникновению стоячих волн.

Но без «но» не обошлось и тут — кевлару свойственны резкие частотные выбросы, особенно на верхней границе рабочего диапазона. Если с ними не бороться или неудачно подобрать частоту среза, то звучание получает характерную неприятную окраску. А для дополнительного демпфирования бронеткань приходится пропитывать всевозможными составами. Чувствительность у кевларовых головок средняя — диффузор все-таки тяжелее бумажного, однако равномерное распределение больших физических нагрузок по всей площади позволяет строить динамики очень приличной мощности.

Один из наиболее известных адептов кевлара — британская B&W. Чтобы материал показал все свои преимущества, в нем тщательно подбирается структура плетения, состав пропитки и форма диафрагмы. Для мощных головок, особенно низкочастотных, на B&W иногда применяют и гибридную структуру — бумагу, усиленную кевларовыми нитями.

Иногда диффузоры плетут из углеродного волокна или стеклоткани. Звучание у них похожее — прозрачное и легкое. Если, конечно, удается получить удовлетворительное демпфирование, отследить момент перехода диффузора из поршневого в режим зонного излучения и справиться с неравномерностью АЧХ в этом месте.

Некоторые производители экспериментируют с различными металлами и сплавами. Кстати, если кто помнит, одно из последних достижений советской электроакустической мысли, колонки «Электроника 75AC-065», имели диффузоры вуферов из вспененного никелевого сплава. Но проблем с металлами, пожалуй, еще больше, чем с полимерами. За высокую жесткость приходится расплачиваться большим удельным весом (а значит, потерей чувствительности) и практически полным отсутствием внутреннего демпфирования. Разумеется, из листа диафрагмы не штампуют, но даже от спеченного порошка или пены очень сложно добиться неокрашенного звучания. К тому же у металла довольно высокая резонансная частота, что тоже осложняет жизнь разработчикам. Однако многих такие трудности не пугают. Например, британская Monitor Audio в серии Silver применяет головки с алюминиевыми диффузорами, внешне действительно напоминающими серебро. Acoustic Research предпочитает Magalloy — сплав алюминия с магнием, а Swans Speaker (торговая марка Diva) тоже использует эти два металла, но в виде композита.

Вообще в последнее время в диффузоростроении используется очень много гибридных материалов. Mission, к примеру, успешно применяет кераформ — керамику, спеченную на волокнистой матрице, ELAC прессует сэндвичи, склеивая тонкую алюминиевую фольгу с бумажной основой, а Acoustic Energy — ту же фольгу, но нанося сверху керамическое покрытие. Технология A.C.M.M.D. от Infinity предусматривает «выращивание» специального керамического покрытия с обеих сторон алюминиевой заготовки.

Комбинации иногда попадаются самые экзотические. В колонках Symphonic Line установлены головки с диффузорами из тонкорунной овечьей шерсти, спеченной с тонкой алюминиевой фольгой.

Matsushita предпочитает для лучшего демпфирования слюдяную крошку.

Некоторые фирмы параллельно развивают сразу несколько ноу-хау. Yamaha, например, в колонках для домашнего кино применяет PMD — полимер, на треть состоящий из частиц белой индийской слюды. В итоге получаются мощные динамики с хорошим внутренним демпфированием. Но если от акустики требуется предельно высокая точность и хорошая динамика, специалисты «Ямахи» предпочитают WSD, длинноволоконную структуру из древесины канадской ели, которую, кстати, используют и для изготовления роялей. Утверждается, что WSD — самый легкий в мире однослойный материал, к тому же очень жесткий и долговечный.

Идея всех этих захватывающих технических изысканий одна — получить как можно более легкий и жесткий диффузор, с минимальными внутренними резонансами и обладающий хорошими демпфирующими качествами. То есть тот самый идеал, о котором мы говорили в самом начале. И каждая фирма, занимающаяся электроакустикой, пытается достичь его собственным путем. Хотя пути эти, в общем, расходятся не слишком далеко. Или делать жестче бумагу, или «глушить» металл, или химичить с пластиком...

Еще одно обстоятельство, приобретающее в наше время чуть ли не первостепенное значение — внешний вид акустики. Когда инженер проектирует, скажем, полевой транзистор, ему только в кошмарном сне может присниться, что появится дизайнер и начнет требовать срочно изменить форму изделия или исполнить его в прозрачном корпусе. А диффузоры все время на виду. Поэтому мало того, чтобы они хорошо звучали, надо, чтобы они и внешне производили соответствующее впечатление. И это нормально — в нынешней рекламной гонке колонки должны нравиться сразу, еще до того, как их начнут слушать. Если же дизайн начинает превалировать над здравым смыслом, то из Hi-Fi запросто может получиться Life Style. И это тоже в порядке вещей, ибо каждый ищет эстетику там, где интереснее: кто в форме, а кто в содержании...

Что же мы имеем в итоге? Да как обычно — недоступность идеалов и отсутствие однозначных решений. Если кто-то говорит: «Кевлар не играет, обязательно нужна бумага (или наоборот)», — не верьте. В реальной акустике звучание зависит не столько от материала, как такового, сколько от умения производителя грамотно использовать его свойства. И очень осторожно относитесь к суперновым технологиям, расписанным в рекламных буклетах. Большинство из них — давно известные решения, перелицованные на новый лад. Чтобы составить собственное мнение, просто садитесь и слушайте. n

Снова Monitor Audio, но уже с диффузорами C-CAM. На заготовку из алюминиево-магниевого сплава наносится керамическое напыление.

 

   
ListenListen

Яндекс цитирования

Яндекс.Метрика

 
           

н а в е р х

ГЛАВНАЯ | РУБРИКИ | АРХИВ | КОНТАКТЫ | АВТОЗВУК
Copyright © "Салон Аудио Видео"