EN
Материалы диафрагм: баланс нейтральности, долговечности и точности звучания
Распространённые материалы твитеров (шелк, титан, бериллий, PEI, майлар) и их акустические характеристики
Материалы, используемые для диффузоров высокочастотных излучателей, оказывают большое влияние на их способность воспроизводить высокие частоты благодаря жесткости, демпфирующим свойствам и способности подавлять резонанс. Высокочастотные излучатели с шелковым куполом известны тем, что создают плавные, естественные высокие частоты и обеспечивают хорошее рассеивание звука при прослушивании под углом, а не строго по оси, поэтому многие аудиофилы предпочитают их в своих системах. Однако со временем шелк менее долговечен по сравнению с металлическими вариантами. Титан обеспечивает впечатляющую жесткость — модуль Юнга составляет около 116 ГПа, что позволяет быстро реагировать на переходные процессы и детально передавать звук. Бериллий выходит на еще более высокий уровень благодаря превосходному соотношению прочности и веса — около 287 ГПа, значительно снижая искажения выше 10 кГц. Для тех, кто ищет более доступный, но все же достойный по звучанию вариант, синтетические полимеры, такие как PEI и Майлар, предлагают компромисс между весом, ценой и производительностью. Исследования показывают, что купола из PEI могут снизить искажения распада примерно на 18% по сравнению с обычными полимерами, обеспечивая слушателям чистое звучание средних частот без недостатков хрупкости, характерных для металлических диффузоров.
Металлические и тканевые твитеры: компромисс между яркостью и плавностью
При выборе между металлическими и мягкими твитерами с купольной конструкцией большинство людей вынуждено сравнивать звуковые характеристики с личными предпочтениями. Металлические варианты, такие как алюминий и титан, обычно обеспечивают на полдецибела до более чем одного децибела громче в диапазоне, наиболее чувствительном для наших ушей (примерно 3–6 кГц). Это придаёт голосам и инструментам более чёткую ясность, хотя при неправильном демпфировании некоторые звуки могут стать слишком резкими или скрипучими. Альтернативы с мягким куполом, изготовленные из таких материалов, как шёлк или тканевые смеси, смягчают эти резкие переходы, делая музыку более плавной, даже если запись неидеальна. Многие аудиофилы предпочитают их для прослушивания виниловых пластинок или живого джаза. Согласно недавнему исследованию, проведённому в прошлом году, примерно две трети слушателей предпочли звучание мягких куполов при прослушивании джазового вокала, тогда как почти шесть из десяти выбрали металлические типы при прослушивании оркестровых произведений со струнными. Вывод прост: лучший выбор зависит от того, какую музыку человек в основном слушает дома.
Спор между бериллием и шелковым куполом в профессиональных и аудиофильских приложениях
Переходная характеристика бериллия примерно на 40 процентов быстрее по сравнению с другими материалами, что дает ему явное преимущество для профессиональных студийных мониторов, где особенно важна точность. Да, стоимость при этом значительно выше (примерно в 4–7 раз дороже шелка), но люди всё равно выбирают его, когда важна точность. С другой стороны, динамики с шелковым куполом обеспечивают более плавное звучание вне оси — в пределах ±1,5 дБ на частотах выше 8 кГц. Это делает их более подходящими для обычных домашних аудиосистем, где слушатели не всегда сидят строго по центру. Вероятно, поэтому шелк до сих пор широко используется в премиальных домашних системах. В последнее время появились интересные разработки гибридных диффузоров динамиков, в которых слой шелка наносится поверх сердечника из бериллия. Такие конструкции из комбинированных материалов обеспечивают суммарные нелинейные искажения менее 0,3 % на уровне звукового давления 110 дБ, что примерно на 26 % лучше по сравнению с традиционными решениями из одного материала. Хотя такие решения пока не являются идеальными, они указывают направление к достижению оптимального баланса между различными характеристиками производительности.
Оптимизация формы твитера и акустических характеристик
Купол, перевернутый купол и конус: влияние на направленность и рассеивание
Форма твитеров действительно имеет значение с точки зрения направления звука и областей, где можно услышать качественное аудио. Купольные твитеры — это то, что большинство производителей выбирают в настоящее время. Они распространяют звук примерно на 30 градусов шире по сравнению с коническими конструкциями, как отмечалось в недавних аудиоисследованиях прошлого года, что делает их более подходящими для людей, сидящих не по центру помещения. Некоторые модели используют форму перевернутого купола, которая изгибается оптимальным образом во время воспроизведения музыки, еще больше расширяя боковое распространение звука, но теряя около 2–3 децибел в выходной мощности. Конические твитеры действительно экономичнее, однако, согласно лабораторным испытаниям, которые мы видели, они обычно имеют меньшие «сладкие зоны», где звук звучит лучше всего. Правильное размещение таких твитеров в корпусах колонок становится довольно важным, если производители хотят, чтобы высокие частоты четко воспроизводились без искажений.
Управление отражениями тыльной волны и акустическая интерференция
Эти раздражающие искажения высоких частот, которые мы часто видим выше 12 кГц? Обычно они возникают из-за помех от тыльной волны, нарушающих работу системы. Хорошая новость заключается в том, что современные твитеры борются с этой проблемой несколькими умными способами. Прежде всего, существуют акустические лабиринты, которые по сути замедляют эти назойливые тыльные волны примерно на полмиллисекунды до одной десятой миллисекунды. Затем применяются точные фазоповорачивающие устройства, которые помогают контролировать излучение звука. И не стоит забывать о специальных поглощающих материалах, которые, согласно исследованию Audio Precision Lab прошлого года, весьма эффективно подавляют отражения. Когда все эти методы работают вместе, они фактически уменьшают проблемы интерференции на уровне около 40 процентов по сравнению с простыми герметичными конструкциями. Эти данные подтверждаются также материалами конференции AES, так что что это значит для нас? В целом более чистое звучание и значительно лучшая когерентность в области высоких частот.
Резонанс и стоячие волны в конструкциях высокочастотных излучателей с мягким куполом
Материалы мягкого купола из шелка и полиэстера склонны создавать стоячие волны при частотах выше примерно 14 кГц, поскольку просто недостаточно жесткие. Инженеры разработали несколько эффективных решений для устранения этой проблемы. Они начали изготавливать диффузоры с переменной толщиной — от около 0,02 мм в центре до 0,06 мм на внешних краях. Некоторые производители комбинируют резину и поролон в окружении (сурраунде), чтобы лучше гасить нежелательные вибрации. Также проводились работы по оптимизации кривизны динамика с использованием методов лазерной интерферометрии, что уменьшает эти надоедливые режимы распада примерно на две трети. Недавнее исследование, опубликованное в прошлом году, показало, что благодаря этим усовершенствованиям уровень общей гармонической дисторсии (THD) в высокочастотных излучателях с мягким куполом снижается всего до 0,8 % даже при высокой громкости 105 дБ. Такая производительность теперь сопоставима с тем, что мы обычно видим у дорогих излучателей с металлическим куполом.
Контроль искажений за счёт демпфирования и интеграции системы
Роль демпфирования в минимизации искажений и окрашивания сигнала высокочастотных динамиков
Демпфирование работает подобно акустическому амортизатору для громкоговорителей: оно поглощает избыточную механическую энергию и преобразует её в тепло, не позволяя возникать нежелательным шумам или окрашиванию звука. Специальные полимеры, применяемые в подвесах звуковых катушек, значительно снижают резонанс диафрагмы в диапазоне 2–5 кГц — частотах, на которых человеческое ухо чрезвычайно чувствительно к искажениям. Исследования точных инженерных лабораторий показывают интересный эффект при сочетании таких материалов со структурами многоступенчатого демпфирования: размывание во временной области уменьшается примерно на 22 процента по сравнению с базовыми однокомпонентными конструкциями. Это означает лучшее сохранение переходных процессов и меньшую утомляемость слушателя со временем — что особенно важно для тех, кто проводит часы, используя наушники.
Измерение гармонических искажений различных типов высокочастотных динамиков
При анализе результатов испытаний по IEC 60268-5 можно заметить интересные различия между материалами драйверов. Купола из бериллия, как правило, показывают общий уровень гармонических искажений (THD) около 0,4–0,6 % на уровнях звукового давления 90 дБ, хотя им требуется надёжное демпфирование из-за высоких резонансов с высоким добротностью (Q), которые могут нарушать работу. Драйверы с шелковым куполом обычно имеют несколько более высокие искажения — в диапазоне от 0,8 до 1,1 %, однако, когда они начинают искажаться, это происходит таким образом, который воспринимается как музыкальный, а не резкий. Ленточные твитеры выделяются своей чистотой звучания, обеспечивая менее 0,3 % коэффициента гармонических искажений на частотах выше 5 кГц, поскольку практически не имеют движущихся частей, способных ухудшить качество сигнала. Что касается интермодуляционных искажений, металлические купола стабильно работают на 2–4 дБ лучше своих мягких аналогов в диапазоне выше 10 кГц, что объясняет, почему многие профессиональные студии по-прежнему отдают им предпочтение при записи, где особенно важна точность.
Интеграция кроссовера и ее влияние на воспринимаемую чистоту высоких частот
Хороший кроссовер действительно делает звук динамиков более чётким, поскольку он помогает согласовать разные излучатели, заставляя их работать вместе, а не мешать друг другу. Здесь нужно учитывать несколько важных моментов. Прежде всего, большинство разработчиков выбирают наклоны фильтров 24 дБ на октаву, так как они помогают снизить искажения при смешивании частот ниже примерно 2000 Гц. Правильная фазировка — тоже очень важный фактор. Именно она позволяет передавать переходные процессы чисто и чётко, не затемняя звук. И не стоит забывать о компенсации импеданса. Этот приём решает проблему коварных реактивных мощностей, которые создают больше гармоник, чем хотелось бы. Когда все эти элементы правильно согласованы, происходит нечто интересное: даже довольно простые твитеры могут обеспечивать общие гармонические искажения менее половины процента по всему диапазону. Кроме того, сохраняются даже мельчайшие динамические изменения в музыке, что крайне важно для создания реалистичного и живого звучания записей.
Согласование частотной характеристики с чувствительностью слуха человека
Фокусировка на пиковой чувствительности слуха человека (2–5 кГц) для оптимальной чёткости
Наши уши наиболее чувствительны к звукам в диапазоне примерно от 2 до 5 килогерц, что как раз имеет большое значение для понимания речи и выделения отдельных музыкальных инструментов в музыке. Исследование, опубликованное Обществом аудиоинженеров в прошлом году, показало, что около двух третей того, что мы воспринимаем как чёткий звук, на самом деле приходится именно на этот частотный диапазон. Когда аудиоинженеры регулируют то, как колонки передают высокие частоты, они по сути работают в рамках естественных пределов слуха человека, стремясь добиться большей детализации, не делая при этом звучание металлическим или раздражающим. Знаменитые кривые Флетчера-Мансона показывают, как именно меняется наше восприятие на разных уровнях громкости, помогая производителям создавать системы, которые звучат хорошо не только по техническим характеристикам, но и тогда, когда люди действительно слушают их дома или в автомобилях.
Контролируемое затухание и баланс спектра для естественного воспроизведения высоких частот
Лучшие высокочастотные динамики обычно имеют плавное затухание в диапазоне от 6 до 12 дБ на октаву, начинающееся примерно с 12 кГц. Это помогает избежать резкого яркого звука, который многим людям кажется раздражающим, и при этом сохраняет все приятные гармоники. Так или иначе, чувствительность наших ушей естественным образом снижается с ростом частоты, уменьшаясь примерно на 15 дБ за каждое десятилетие выше 5 кГц. Таким образом, такое затухание создаёт то, что большинство людей воспринимают как сбалансированный и комфортный звук без утомляющих пиков. Недавние исследования прошлого года выявили интересный факт: около 8 из 10 слушателей в слепом тесте предпочли громкоговорители, которые следуют подходу Harman Curve к высоким частотам, где уровень сигнала снижается примерно на -3 дБ при 15 кГц. Они отмечали, что звук казался более реалистичным в пространстве и в целом был легче для ушей. Современные конструкции волноводов теперь позволяют достичь такого баланса благодаря лучшему контролю дифракции звуковых волн на краях. Эти усовершенствования поддерживают групповое время задержки ниже половины миллисекунды и обеспечивают правильные фазовые соотношения, что приводит к гораздо более естественному звучанию высоких частот в различных условиях прослушивания.
Раздел часто задаваемых вопросов
Каковы преимущества использования шелковых твитеров по сравнению с металлическими?
Шелковые твитеры известны тем, что создают более мягкое и естественное звучание высоких частот по сравнению с металлическими твитерами. Они обеспечивают хорошее распространение звука, особенно при прослушивании под углом к основной оси. Однако их срок службы может быть короче, чем у металлических вариантов, таких как титан или бериллий.
Как форма твитера влияет на рассеивание звука?
Форма твитера влияет на направление звука. Купольные твитеры распространяют звук более широко, что делает их подходящими для слушателей, сидящих не по центру. Обратная купольная форма может улучшить боковое рассеивание, но зачастую сопровождается небольшим снижением громкости. Конусные твитеры имеют меньшую «сладкую зону» и требуют точного размещения, чтобы избежать искажений.
Почему демпфирование важно для минимизации искажений твитера?
Демпфирование действует как акустический амортизатор, уменьшая нежелательный шум или окрашивание за счёт преобразования избыточной механической энергии в тепло. Правильное демпфирование помогает снизить резонанс диафрагмы, особенно в диапазоне от 2 до 5 кГц, где человеческое ухо наиболее чувствительно к искажениям.
Что дают контролируемые спады в высокочастотных динамиках?
Контролируемые спады, как правило, 6–12 дБ на октаву, помогают избежать резких, ярких звуков, сохраняя гармоническое богатство. Они соответствуют естественному снижению чувствительности слуха человека к более высоким частотам, обеспечивая сбалансированный и комфортный звук без утомления.