Громкоговоритель – это электромеханическое устройство, преобразующее электрические волны в механические колебания, которые создают слышимые звуковые волны.
По принципу излучения звука существует:
- электромагнитный
- электродинамический
- электростатический
- пьезоэлектрический
- ионофон
- ленточный
- магнепланарный
- изодинамический
- ортодинамический
- излучатель Хейла
О всех нестандартных излучателях можно почитать по ссылкам выше. Мы же рассмотрим конструкцию классического электродинамического громкоговорителя. Размер излучателя определяет полосу пропускания, в которой динамик будет наиболее эффективно работать. Громкоговоритель можно разделить их на 3 основных вида:
НЧ, СЧ и ВЧ:
НЧ динамики обычно более Ø200 мм и предназначены для воспроизведения низких частот (20-500 Гц). СЧ диаметром 75-165 мм и работают на диапазон 100-7000 Гц. ВЧ громкоговорители имеют купол Ø25 мм (реже конус до Ø100 мм) и предназначены для воспроизведения частот выше 1000 Гц. Существуют полно диапазонные громкоговорители, это:
- широкополосные (с единой подвижной системой)
- коаксиальные (состоят из нескольких типов громкоговорителей, соединенных вместе)
Конструктивно динамик состоит из подвижной и магнитной систем, и рамы, что соединяет оба узла. Рама иногда отсутствует, если речь идет о ВЧ динамике, где ею является магнитная система с верхним декоративным фланцем. По форме излучателя (диффузора) громкоговоритель может быть круглым, овальным, квадратным или кольцевым в случае с ВЧ.
Стандартный громкоговоритель имеет следующий вид в разрезе:
Так выглядит динамик по отдельный частям:
Кроме конусных громкоговорителей, существуют купольные. Из названия можно понять, что излучатель имеет купольную форму. Конструктивно они состоят из тех же элементов, но выполнены иначе.
Купольный ВЧ громкоговоритель в разрезе:
На фото ниже представлено несколько разновидностей динамиков. Купольный и конусный нам уже знакомы. Коаксиальный точно такой как и классический, но с дополнительным ВЧ. Плоский НЧ так же электродинамический, но имеет другую конструкцию, чтобы иметь минимальный размер (обычно их применяют в автомобиле).
Конструкция мощного сабвуферного динамика:
Как видно из фото принцип работы у электродинамического громкоговорителя всегда одинаковый. Звуковая катушка очень большого диаметра, по этому пылезащитный колпачок превратился в диффузор, а край, что соединяет каркас звуковой катушки с подвесом и колпачком по сути и является диффузором. Звуковая катушка намотана с двух сторон.
Рама (корзина, диффузородержатель)
Каркас, который удерживает подвижную систему динамика, соединяя его с магнитной системой. В верхней части к раме клеится подвес, а к нижней центрирующая шайба. С обратной стороны крепится магнитная система. Чаще всего рамы изготавливают из металла методом штамповки и окрашивают. Качественные громкоговорители имеют алюминиевые рамы, изготовлены методом литья под давлением. Так же существуют корзины из пластмассы.
Излучатель (диффузор, диафрагма)
Бывает как конусной, купольной и даже плоской конструкции. Реальная физическая площадь, которая движется от взаимодействия звуковой катушки с постоянным магнитом, воспроизводя звук, сжимая и разрежая воздух, создавая тем самым звуковые волны. Если это СЧ или ВЧ громкоговорители, то диффузором является купол. В любом случае диффузор соединяется с подвесом или является с ним единой деталью. Существует множество материалов из которых изготавливают диффузоры (Материал диффузоров):
- бумага
- полипропилен
- углеволокно
- кевлар
- алюминий
- ткань или шелк
- керамика
Пылезащитный колпачок (пыльник)
Расположен в центре диффузора, закрывая звуковую катушку и увеличивая его жесткость. По форме могут быть купольными, плоскими, в виде конуса. Материал применяется разный – ткань, пленка, пластик. Форма колпачка влияет на звучание.
Подвес (гофр)
Подвес соединяет верхний край диффузора с рамой. Его тип, материал и жесткость напрямую влияет на параметры громкоговорителя. На мощных сабвуферных головках установлены большие подвесы с увеличенным ходом. В старых громкоговорителях подвес с диффузором изготовлены из бумаги и являются единым узлом. Основные формы подвесов:
- тороидальный (двуторы, трёхторы)
- тангенциальный
- s-образный
- пилообразный
Кроме того подвесы могут иметь 2 и 3 волны, а так же переменную толщину и форму волн. Форма может быть разной, это задается назначением самого громкоговорителя. Если разделить подвесы по материалам, то бывают:
- резиновые
- тканевые
- бумажные
- пенополуиретановые (пеновые)
- пленочные
- металлические
Центрирующая шайба (паук)
Основные функции шайбы это удержание (центрирование) звуковой катушки в узком магнитном зазоре и конечное определение жесткости самой подвижной системы. В основном изготавливаются из ткани с последующей пропиткой. Для увеличения жесткости используют сдвоенные. У мощных сабвуферов на шайбах прокладываются подводящие гибкие канатики. Шайба соединяется клеем с звуковой катушкой. В старых громкоговорителях, таких как 10ГД-20 или 25ГДН-5 шайба изготавливалась из текстолита толщиной 1 мм и была 3-х лепестковой формы.
Звуковая катушка
Наматывается одножильным проводом в изоляции (лаке) на цилиндрический каркас, который помещается в магнитный зазор. В большинстве случаев звуковые катушки мотаются медной жилой в два слоя. ВЧ динамики имеют алюминиевую жилу для меньшего веса. Каркас катушек может быть медным, алюминиевым, бумажным, из полиимида или каптона. Что же касается количества слоев намотки, она может иметь 2, 4, 6 и даже 8 слоев. Сечение жилы имеет круглую форму, но существуют так же плоские, квадратные и даже с сечением формы шестигранника. Если катушка имеет много слоев, то часть из них мотается по внутренней стороне, а часть снаружи каркаса, это обусловлено креплением жил и распределением нагрева.
Постоянный магнит
Фиксированный магнит постоянного тока, который является частью конструкции магнитной системы. Он крепится к раме динамика, создавая стабильный магнитный поток через кольцевой зазор, в котором находится звуковая катушка. О разных магнитах можно почитать в статье: О магнитах – альнико, феррит, кобальт, неодим. Форма может быть разной – кольцевой, цилиндрический (керновой) или набор из нескольких небольших магнитов. По применению материалов для магнита его можно разделить на:
- ферритовый (керамический)
- альнико
- самарий-кобальтовый
- неодимовый
Кольцо Фарадея
Так же называется короткозамкнутый виток. Устанавливается снаружи на керн или на внутреннюю часть верхнего фланца. Короткозамкнутый виток эффективно подавляет влияние практически всех источников искажений в громкоговорителе. Снижает интермодуляцию и гармоники. С таким кольцом снижается индуктивность звуковой катушки, что автоматически расширяет полосу воспроизводимых частот вверх.
Керн, нижний и верхний фланец
Железо вокруг магнита – детали магнитопровода. Они формируют рабочий зазор в определённом месте и направляют туда сконцентрированный магнитный поток. Без них поле возле звуковой катушки будет сильно рассеянным и работа динамика станет неэффективной. Размеры “железа” фланцев и керна рассчитываются под магнит для обеспечения оптимума между размерами магнитной системы и требуемой индукцией магнитного поля в зазоре заданного размера и конфигурации.
Керн – передаёт магнитное поле внутрь катушки, но не должен сам намагничиваться, поэтому изготавливается из магнитомягкого материала. Иногда в крене присутствует отверстие, оно помогает снизить давление воздуха под пылезащитным колпачком и охладить звуковую катушку на больших мощностях. Подробнее в статье – Влияние отверстия в керне динамика.
Хороший ликбез.
На что влияет толщина верхнего фланца?
На высоту магнитного зазора.
ну если на нч динамике высота была 8мм и сточить его до 4мм, получается плотность магнитного потока будет больше? но не перейдёт ли он уже ближе в разряд сч динамика?
Можно примерно рассчитать все это.
Я ошибся, поспешил с расчетом.
В качестве примера возьмем динамик 25гдн-1-4, он же 10гд-34. Ничего не меняем, только высоту зазора. У него как раз высота зазора 8 мм. При таком зазоре он имеет индукцию в 0,8 Тл, чувствительность 84 дБ и Qes=0,54.
Уменьшим высоту зазора до 4 мм. Индукция примерно повысится до 1,1 Тл, чувствительность станет 81 дБ, Qes=0,88.
Даже если каким то чудом индукция станет 1,3 Тл, то чувствительность будет 82,5 дБ, а Qes=0,63.
И решает здесь именно длинна провода в зазоре.
Да, действительно, если уменьшить высоту магнитного зазора, то это приведёт к повышению магнитной индукции в зазоре (при том же магните) – и вроде бы, и как будто должна увеличится чувствительность громкоговорителя.
Однако, здесь имеется один существенный нюансик…
А именно: при уменьшении высоты зазора уменьшается также и длина провода в зазоре(!)
Поэтому, что же будет на самом деле в итоге: “ВЫИГРЫШ ИЛИ ПРОИГРЫШ” при уменьшении высоты зазора – это ещё далеко не очевидно.
«… Уменьшим высоту зазора до 4 мм … чувствительность станет 81 дБ …»
Характеристики громкоговорителя определяются комбинацией одновременно нескольких параметров;
и произвольное изменение какого-либо одного параметра (или даже двух параметров) приводит, как правило, к изменению (чаще всего – к ухудшению) других параметров громкоговорителя.
Был динамик 25ГДН-1-4: высота зазора h=8мм, чувствительность S=84db;
(ещё для справки – высота намотки около H=12мм; отметим также, что максимальное осевое смещение здесь равно Xmax=H–h=12–8=4мм).
Далее: ничего не меняем кроме высоты зазора (h=4мм) и получаем S=81db;
но если обмотка осталась прежняя, то макс.осевое смещение стало Xmax=H–h=12–4=8мм, т.е. УВЕЛИЧИЛОСЬ ВДВОЕ;
тут отметим ещё, что увеличение Xmax приводит к резкому снижению чувствительности (при прочих равных условиях).
Скажите, а вот этот новый динамик (с h=4мм) – это какой-то реальный динамик, или же гипотетический?
Дело в том, что изначально у 25ГДН-1-4 две трети обмотки находится в зазоре и “работают”,
а при уменьшении зазора до 4мм – “работает” только ОДНА ТРЕТЬ обмотки, т.к. именно одна треть обмотки находится в зазоре; это не динамик, а “уродец” какой-то…
Пример то снова некорректный, потому что количество “рабочих витков” уменьшили вдвое, и сразу потеряли в чувствительности 3db – так динамики не конструируют…
Еще в статье «Хороший НЧ-СЧ динамик» (https://ldsound.info/xoroshij-nchsch-dinamik-oda-dinamiku-4-gd-5/?ysclid=m1ibyixlrf167605612) было рекомендовано, что если это нужно, то следует «ОДНОВРЕМЕННО УМЕНЬШИТЬ высоту намотки катушки и высоту магнитного зазора», чтобы оставить без изменения Xmax (или почти изменения).
А теперь посмотрите пример на грамотно сделанных промышленных динамиках 75ГДН-3-4 и 50ГДН-3-4.
75ГДН-3-4: высота зазора h=9,8мм (индукция в зазоре 0,85…0,9Тл), высота намотки H=22мм, чувствительность S=86db, макс.осевое смещение Xmax=H–h=22–9,8=12,2мм;
50ГДН-3-4 (с такими же диффузором и магнитом): высота зазора h=6мм (индукция в зазоре 1,1Тл), высота намотки H=17мм, чувствительность S=87db, макс.осевое смещение Xmax=H–h=17–6=11мм.
Здесь уменьшение высоты зазора с 9,8мм до 6мм сделано таким образом, что Xmax приблизительно равны (разница около 10%, а не в два раза, как в примере с 25ГДН-1-4).
А чтобы соблюсти равные сопротивления (4 ома) при уменьшении высоты зазора звуковая катушка намотана более тонким проводом (диаметры проводов у 75-ки – d0,355мм, у 50-ки – d0,31мм);
т.е. в итоге при уменьшении зазора применили более тонкий провод (что немного добавило длины провода в зазоре).
А разница в чувствительности (+1db в пользу 50-ки) – в данном случае объясняется тем, что масса подвижки у 50-ки меньше, главным образом, как я предполагаю, за счёт массы провода;
и если бы не было этой разницы в массе – то и чувствительности у них были бы практически одинаковые…
Доказательство есть, что увеличение Xmax снижает чувствительность?
Динамик я взял на основе 25ГДН-1-4, ничего в нем не менял, только высоту зазора и индукцию в нем. Можете рассчитать и ознакомится самостоятельно: https://ldsound.club/threads/raschet-zvukovoj-katushki-i-gromkogovoritelja.1935/ Я туда занес много советских головок. Есть все данные по массам и прочему.
Почему уродец? Вы видимо не знакомы с компанией Пурифай, вот для примера 5″ НЧ с высотой зазора 4 мм и высотой намотки 23 мм: https://ptt.purifi-audio.com/shop/ptt5-25×04-nfa-01-ptt5-25×04-nfa-01-299
У 50ГДН индукция 1,3 Тл. Звуковая катушка на 4-5г легче чем в 75ГДН, но это мизер по отношению подвижной системы, у 75ГДН она больше. У него больше и тяжелее пыльник. Плюс часть подвеса которая приклеена к диффузору тяжелее, потому что из резины а не из ППУ. От сюда и чувствительность.
«Доказательство есть, что увеличение Xmax снижает чувствительность?»
Так вы же сами привели эти доказательства:
«Был динамик 25ГДН-1-4 – высота зазора h=8мм, чувствительность S=84db (от себя добавлю, что макс.ос.смещение Xmax=H–h=12–8=4мм);
уменьшили высоту зазора до h=4мм, чувствительность стала S=81db (макс.ос.смещение стало Xmax=H–h=12–4=8мм)».
Т.е. было Xmax=4мм, а стало Xmax=8мм – и как результат минус 3db чувствительности.
Это же ваши данные.
«Можете рассчитать и ознакомится самостоятельно: https://ldsound.club/threads/raschet-zvukovoj-katushki-i-gromkogovoritelja.1935/»
Я считаю по своей считалочке, и, кстати, у меня результаты совпали с вашими.
Но за ссылку на ваш симулятор – спасибо!
«Почему уродец? Вы видимо не знакомы с компанией Пурифай …»
Да потому что у Пурифая: Xmax=+/–9,8мм, т.е. “суммарное” около Xmax=19,5мм – там особой конструкции подвес, допускающий бо’льшее смещение, и наверняка там ещё и магнитная индукция в зазоре рекордная (но данных по индукции не нашёл).
А если в 25ГДН-1 сделать Xmax=8мм – то подвес будет ограничивать осевое смещение, в результате часть обмоток просто “не будет участвовать в работе”.
«У 50ГДН индукция 1,3 Тл. Звуковая катушка на 4-5г легче чем в 75ГДН, но это мизер по отношению подвижной системы, у 75ГДН она больше. У него больше и тяжелее пыльник …»
Не знаю, откуда взяли индукцию 1,3Тл(?), я несколько динамиков 50ГДН-3 разбирал и измерял тесламетром, получалось 1,1Тл.
А вы сравнивайте 50ГДН-3-4 с 75ГДН-3-4 Ивано-Франковского радиозавода;
у них и колпачки одинаковые, и подвесы одинаковые, и ЧТО КАСАЕТСЯ МАССЫ, то отличаются они исключительно звуковой катушкой (только звуковой катушкой) – и такая же разница в чувствительности (+1db в пользу 50-ки).
У пурифая 1,5 Тл в зазоре.
Намагничивали и меряли всего 1,1 Тл у 50гдн?
Да, измерял и намагничивал; 1,1Тл.
P.S.
Мне кажется, что общими усилиями мы установили истину:
1 – если просто уменьшить высоту магнитного зазора, и при этом всё остальное оставить прежним, то как итог увеличится Xmax и вслед за этим резко упадёт чувствительность (подтверждается расчётами);
аналогичный результат получится если, не меняя магнитной системы, увеличить высоту намотки звуковой катушки – будет то же самое: увеличится Xmax и резко упадёт чувствительность (также подтверждается расчётами и моими неудачными экспериментами в молодости).
2 – если же уменьшить высоту магнитного зазора, но при этом одновременно пропорционально уменьшить высоту намотки катушки, чтобы Xmax не изменился (или почти не изменился), то чувствительность сохраниться практически на прежнем уровне (возможен небольшой прирост +1db).
Ещё значительная толщина верхнего фланца обеспечивает равномерность магнитного поля вокруг движущейся катушки и, как следствие, снижение искажений при её колебаниях. Так как магнитное поле убывает в квадрате от расстояния.
“Рама (корзина, диффузородержатель)” Я помню, меня тут диванные теоретики полоскали до икоты, что нет у динамика рамы, а есть диффузородержатель , а оказывается вон оно, как , есть рама! 😉
В статье сказано, что:
«… Иногда в крене присутствует отверстие, оно помогает снизить давление воздуха под пылезащитным колпачком и охладить звуковую катушку на больших мощностях. Подробнее в статье – “Влияние отверстия в керне динамика”»
Однако, если внимательно ознакомиться с этой статьей (https://disk.yandex.ru/i/Hkw-61tBKyUTOg и https://disk.yandex.ru/i/aR-UrnLNeU6c9w), то в ней, как раз, утверждается обратное(!);
а именно: НАЛИЧИЕ ОТВЕРСТИЯ В КЕРНЕ УХУДШАЕТ ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ОБМОТОК ЗВУКОВОЙ КАТУШКИ.
P.S.
Но в целом – статья хорошая!
я даже видео с экспериментом видел, как ставили на катушку датчик и измеряли им разность температуры. Оказалось, что с отверстием в керне катуха греется сильнее. Так, что то, что пишут ответстия для охлаждения-миф. Для ослабления перепада давления под колпвком.