#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.
|