Какво кара високоговорителя да произвежда ясни високи честоти?

Материали за мембрани: Баланс между неутралност, дълготрайност и точност на звука

Чести материали за високоговорители (коприна, титаний, берилий, PEI, Mylar) и техните звукови характеристики

Материалите, използвани за високоговорителни мембрани, имат голямо влияние върху тяхното представяне на високи честоти поради тяхната твърдост, свойства за гасене на резонанс и способност за контролиране на резонанс. Високоговорителите с купол от коприна са известни с плавния и естествен звук на високите честоти и доброто разпространение при слушане под ъгъл, различен от директно по оста, което е причината много аудиофили да ги предпочитат в своите системи. Въпреки това, коприната не е толкова дълготрайна като металните варианти с течение на времето. Титанът осигурява впечатляваща твърдост с модул на Юнг около 116 GPa, което позволява бързи преходни отклици и детайлно възпроизвеждане. Берилият отива още по-далеч с изключителното си съотношение между якост и тегло – около 287 GPa, значително намалявайки изкривяването над 10 kHz. За хора, търсещи по-евтин, но все пак добър по звучене вариант, синтетични полимери като PEI и Майлар предлагат компромис между тегло, цена и производителност. Проучвания показват, че куполите от PEI могат да намалят изкривяването при разпад на сигнала с около 18% в сравнение с обикновени полимери, осигурявайки на слушателите ясни средни честоти, без да страдат от склонността към крехкост, присъща на металните мембрани.

Метални срещу меки куполни високоговорители: Компромиси между яркост и гладкост

Когато избират между метални и меки куполни високочестотни звукови системи, повечето хора се оказват в положението да теглят предимствата на звуковите характеристики спрямо личните си предпочитания. Металните варианти като алуминий и титан обикновено произвеждат около половин децибел до повече от един децибел по-голям звук в диапазона, в който ушите ни са най-чувствителни (около 3 до 6 kHz). Това придава по-голяма яснота на гласовете и инструментите, макар че понякога може да направи определени звуци твърде рязки или драскащи, ако демпфированието не е подходящо. Алтернативите с мек купол, изработени от материали като коприна или платнени смеси, обикновено омекотяват тези остри ръбове, като правят музиката по-гладка, дори когато записите не са перфектни. Много аудиофили предпочитат точно тях за възпроизвеждане на плочи или за слушане на джаз изпълнения. Според проучване, проведено миналата година, около две трети от слушателите всъщност са предпочели звука на мекия купол при джаз пеене, докато почти шест от десет са избрали металните типове при слушане на оркестрови произведения със струнни инструменти. Краен резултат? Това какво работи най-добре, всъщност зависи от това какъв тип музика някой основно слуша у дома.

Дебатът между Берилий и Коприна купа в професионални и аудиофилски приложения

Временната реакция на берилит е около 40 процента по-бърза в сравнение с други материали, което му дава ясно предимство за професионални студийни монитори, където точността има най-голямо значение. Разбира се, цената също е значително по-висока (около 4 до 7 пъти повече от тази на коприна), но хората все пак я избират, когато прецизността е от решаващо значение. От друга страна, куполни твийтъри от коприна обикновено осигуряват по-гладък звук при странично прослушване – с около ±1,5 dB над честотите над 8 kHz. Това ги прави по-подходящи за обикновени домашни системи, където слушателите не винаги седят точно в центъра. Вероятно затова все още виждаме коприна да се използва толкова често в премиум домашни аудиосистеми. Наскоро имаше някои интересни разработки с хибридни динамични ковчеги, които всъщност нанасят слой коприна върху ядра от берилит. Тези конструкции с комбинирани материали успяват да постигнат общо хармонично изкривяване под 0,3% при нива на звуковото налягане от 110 dB SPL, което представлява увеличение от около 26% в сравнение с традиционните решения с единичен материал. Въпреки че все още не са перфектни решения, те сочат посоката към постигане на баланса между различните характеристики за производителност.

Оптимизация на формата и акустичните характеристики на високоговорителя

Купол, обърнат купол и форми на конус: Влияние върху насочеността и разсейването

Формата на високоговорителите наистина има значение, когато става дума за това как се насочва звукът и къде хората могат да чуят качествен аудио сигнал. Високоговорителите от тип купол са предпочитани от повечето производители днес. Те разпространяват звука приблизително с 30 градуса по-широко в сравнение с конусообразните конструкции, както е отбелязано в последните аудиоизследвания от миналата година, което ги прави по-подходящи за хора, седящи извън централната ос в помещение. Някои модели използват обърнати куполни форми, които се огъват точно правилно по време на възпроизвеждане, разпространявайки звука още повече странично, но губейки около 2 до 3 децибела от силата на звука. Конусните високоговорители наистина спестяват средства, макар че обикновено имат по-малки области с оптимален звук, където качеството му е най-добро, според лабораторни тестове, които сме виждали. Правилното им позициониране в колонните корпуси става доста важно, ако производителите искат високите честоти да се възпроизвеждат ясно, без проблеми с изкривяването.

Управление на отраженията от задната вълна и акустичното комбинирано филтриране

Онези досадни високочестотни изкривявания, които често виждаме над 12 kHz? Обикновено те идват от интерференция на задната вълна, която разстройва нещата. Добрата новина е, че съвременните високоговорители се борят с този проблем по няколко хитри начина. Първо има тези акустични лабиринти, които буквално забавят досадните задни вълни за около половин милисекунда до десета от милисекунда. След това идват прецизионните фазови щепсели, които помагат за контролиране на излъчването на звука. И да не забравяме специалните абсорбиращи материали, които спадат отраженията доста ефективно, съгласно проучване на Audio Precision Lab от миналата година. Когато всички тези подходи работят заедно, те всъщност намаляват проблемите с комбинираното филтриране с около 40 процента в сравнение с прости запечатани задни конструкции. Данните от конференцията на AES потвърждават това, така че какво означава това за нас? По-чист звук като цяло с много по-добра когерентност във високите честоти.

Резонанс и стоящи вълни в конструкции на високочестотни звукови глави с мек купол

Материалите за меки куполи от коприна и полиестер имат тенденция да създават стоящи вълни, когато честотите надхвърлят около 14 kHz, тъй като просто не са достатъчно огъвки. Инженерите са измислили няколко хитри решения за справяне с този проблем. Започнали да произвеждат мембрани с променлива дебелина – от около 0,02 mm в самия център до 0,06 mm в периферните части. Някои производители комбинират гума и пяна в заобикалящата част, за да осигурят по-добро гасене на нежеланите вибрации. Проведени са и проучвания за оптимизиране на кривината на говорителя чрез лазерни интерферометрични методи, които намаляват досадните режими на разпадане приблизително с две трети. Наскорошно проучване, публикувано миналата година, показа, че тези постижения всъщност понижават нивото на общите хармонични изкривявания (THD) при високочестотни звукови глави с мек купол само до 0,8%, дори при силни нива на звукова мощност от 105 dB. Такава производителност вече е съпоставима с тази, която обикновено се наблюдава при скъпи метални куполни говорители.

Контролиране на изкривяването чрез демпфериране и системна интеграция

Ролята на демпферирането при минимизиране на изкривяването и оцветяването от високоговорителя

Демпферирането действа по начин, наподобяващ акустичен амортисьор за тонколони, като преобразува излишната механична енергия в топлина, вместо да позволява тя да създава нежелани шумове или оцветяване. Специалните полимери, използвани в подвесите на звуковите намотки, всъщност значително намаляват резонанса на мембраната в трудния диапазон от 2 до 5 kHz, където ушите ни са изключително чувствителни към всякакво изкривяване. Проучвания от лаборатории по прецизна инженерия показват интересен ефект, когато тези материали се комбинират с многостепенни демпфериращи структури. Размазването във времевата област намалява с около 22 процента в сравнение с прости еднокомпонентни конфигурации. Това означава по-добро запазване на преходните състояния и по-малко умора на слушателя с течение на времето, което е от голямо значение за хора, прекарващи часове със слушалки.

Измерване на хармоничното изкривяване при различни типове високоговорители

Когато разгледаме резултатите от тестовете по IEC 60268-5, виждаме някои интересни разлики между материалите на високоговорителите. Куполите от берил съдове обикновено достигат около 0,4 до 0,6 процента общо хармонично изкривяване при нива на звуковото налягане от 90 dB, макар че се нуждаят от подходящо гасене поради досадните високи резонансни Q стойности, които могат да нарушият работата. Високоговорителите с копринен купол обикновено имат малко по-голямо изкривяване, някъде между 0,8 и 1,1 процента, но когато започнат да се разпадат, това се случва по начин, който всъщност звучи музикално, а не рязко. Лентовите високочестотни говорители се отличават с чистото си представяне с под 0,3 процента THD при честоти над 5 kHz, тъй като те практически нямат движещи се части, които да объркват нещата. Има и случаят с интермодулационното изкривяване – металните куполи последователно постигат резултати с 2 до 4 dB по-добри от техните меки колеги при честоти над 10 kHz, което е причината много сериозни студия все още да ги предпочитат за записване, където точността има най-голямо значение.

Интеграция на кросовър и нейното въздействие върху възприеманата чистота при високи честоти

Добрият кросовър дизайн наистина кара говорителите да звучат по-ясно, защото помага различните драйвери да се синхронизират и да работят заедно, вместо да се противодействат един на друг. Тук има няколко важни неща за разглеждане. Първо, повечето проектиращи използват наклони от 24 dB на октава, тъй като те помагат да се намали изкривяването, когато честотите се смесват под около 2000 Hz. Правилната фаза е също много важна. Това позволява преходните сигнали да минават чисто и ясно, без да замърсяват звука. И не забравяйте и компенсацията на импеданса. Тя решава онези досадни проблеми с реактивната мощност, които всъщност създават повече хармоници, отколкото искаме. Когато всички тези елементи са правилно подредени, се случва нещо интересно. Дори сравнително прости високочестотни драйвери могат да достигнат под половин процента общо хармонично изкривяване в целия си диапазон. Освен това остават запазени и малките динамични промени в музиката, което е абсолютно критично, ако говорим за правенето на записите да звучат истински и живото.

Съгласуване на честотния отговор с чувствителността на човешкото слухово възприятие

Фокусиране върху пиковата чувствителност на човешкия слух (2–5 kHz) за оптимална яснота

Ушите ни са най-чувствителни към звуци в диапазона от около 2 до 5 килогерца, което съвпада с важни аспекти за разбирането на говора и разпознаването на отделни музикални инструменти. Проучване, публикувано миналата година от Обществото по аудиоинженерия, установи, че около две трети от това, което възприемаме като ясен звук, всъщност идва от този честотен диапазон. Когато аудиоинженерите настройват начина, по който колоните възпроизвеждат високите честоти, те по същество работят с естествените граници на човешкото слухово възприятие, за да постигнат по-голяма детайност, без да правят звука пронизващ или неприятен. Познатите криви на Флетчър-Мънсън показват точно как се променя възприемането ни при различни нива на силата на звука, което помага на производителите да създават системи, които звучат добре не само според техническите спецификации, но и когато хората ги използват в домовете или колите си.

Контролирано затихване и спектрален баланс за естествено възпроизвеждане на високите честоти

Най-добрите високочестотни тонколони обикновено имат плавно спадане на честотния отговор с 6 до 12 dB на октава, започващо около 12 kHz. Това помага да се предотврати прекалено яркият и рязък звук, който много хора намират за дразнещ, като едновременно с това се запазват всички приятните хармоници. Ушите ни естествено стават по-малко чувствителни с увеличаването на честотите, намалявайки с около 15 dB на всяка декада след 5 kHz. Така че такива спадове по същество създават онова, което повечето хора възприемат като балансиран и комфортен слухов опит, без уморяващи върхове. Миналогодишно проучване разкри нещо интересно — приблизително 8 от всеки 10 слушатели в тест сляпо предпочитаха тонколони, които следват подхода на кривата на Харман за високите честоти, при която спадът е около -3 dB при 15 kHz. Те отбелязаха, че звукът изглеждал по-реалистичен в пространството и просто бил по-лек за ушите като цяло. Съвременните конструкции на звукови водачи вече правят възможно постигането на такъв баланс благодарение на по-добрия контрол върху дифракцията на звуковите вълни по ръбовете. Тези подобрения задържат груповото закъснение под половин милисекунда и осигуряват правилните фазови зависимости, което води до значително по-естествено звучащи високи честоти в различни условия за слушане.

Часто задавани въпроси

Какви са предимствата на използването на високочестотни звукови възпроизвеждачи с купол от коприна в сравнение с металните?

Високочестотните звукови възпроизвеждачи с купол от коприна са известни с по-гладкото и по-естествено възпроизвеждане на високите честоти в сравнение с металните. Те осигуряват добра дисперсия, особено при слушане под ъгъл, различен от директния. Въпреки това, те може да не са толкова дълготрайни като металните варианти от титан или берил.

Как формата на високочестотния звуков възпроизвеждач влияе на дисперсията на звука?

Формата на високочестотния звуков възпроизвеждач влияе върху насочването на звука. Куполните високочестотни звукови възпроизвеждачи разпространяват звука по-широко, което ги прави подходящи за слушатели, седнали встрани от централната ос. Обърнатите куполи могат да подобрят хоризонталната дисперсия, но често са с леко намалена мощност на звука. Конусните високочестотни звукови възпроизвеждачи имат по-малки „сладки“ зони и изискват прецизна позиция, за да се избегне изкривяването.

Защо затихването е важно за минимизиране на изкривяването при високочестотните звукови възпроизвеждачи?

Амортисирането действа като акустичен амортизатор, намаляващ нежелан шум или оцветяване, като преобразува излишната механична енергия в топлина. Правилното амортисиране помага за намаляване на резонанса на мембраната, особено в диапазона 2 до 5 kHz, където човешкото ухо е най-чувствително към изкривяване.

Какво постигат контролираните спадове при високоговорителите?

Контролираните спадове, обикновено 6 до 12 dB на октава, помагат да се избегнат рязко звучащи, ярки тонове, като същевременно запазват хармоничното богатство. Те съответстват на естественото намаляване на чувствителността на човешкото ухо към по-високите честоти и осигуряват балансиран и комфортен слухов опит без умора.