EN
Матеріали діафрагми: баланс нейтральності, міцності та точності звуку
Поширені матеріали твітерів (шовк, титан, берилій, ПЕІ, Майлар) та їхні звукові характеристики
Матеріали, що використовуються для діафрагм високочастотних динаміків, суттєво впливають на їхню здатність передавати високі частоти завдяки своїй жорсткості, демпфірувальним властивостям і здатності контролювати резонанс. Високочастотні динаміки із шовковим куполом відомі тим, що створюють плавні, природні за тембром верхні частоти та добре розсіювання звуку при прослуховуванні під кутом, а не строго по осі, саме тому багато аудіофілів віддають їм перевагу у своїх системах. Однак з часом шовк менш довговічний, ніж металеві варіанти. Титан забезпечує вражаючу жорсткість із модулем Юнга близько 116 ГПа, що дозволяє досягти швидкої перехідної реакції та деталізованого відтворення. Берилій посилює ці якості завдяки чудовому співвідношенню міцності до ваги — близько 287 ГПа, значно зменшуючи спотворення на частотах понад 10 кГц. Для тих, хто шукає щось доступніше, але все ж достойне за звучанням, синтетичні полімери, такі як PEI та Mylar, пропонують компроміс між вагою, ціною та продуктивністю. Дослідження показують, що куполи з PEI можуть знизити спотворення розриву приблизно на 18% порівняно зі звичайними полімерами, забезпечуючи слухачам чітке середнє звучання без проблем надмірної крихкості, властивої металевим діафрагмам.
Металеві твітери проти твітерів з м'яким куполом: компроміси між яскравістю та плавністю
При виборі між металевими та пасивними високочастотними динаміками більшість людей змушені зважувати акустичні характеристики зі своїми особистими уподобаннями. Металеві варіанти, наприклад з алюмінію чи титану, зазвичай забезпечують на пів децибела до більш ніж одного децибела вищий рівень гучності в діапазоні, на який наш слух найчутливіший (приблизно 3–6 кГц). Це надає голосам і музичним інструментам більшої чіткості, хоча за поганого демпфування окремі звуки можуть стати надто різкими або дратівливо «металізуватися». Варіанти з м’яким куполом, виготовлені з матеріалів типу шовку чи тканинних сумішей, згладжують ці гострі кути, роблячи музику більш приємною для слуху, навіть якщо записи неідеальні. Багато аудіофілів віддають перевагу саме їм під час прослуховування вінілових платівок або живого джазу. Згідно з нещодавнім дослідженням минулого року, близько двох третин слухачів віддавали перевагу звучанню м’яких куполів під час прослуховування джазового співу, тоді як майже шість із десяти обирали металеві варіанти для оркестрових творів із струнними інструментами. Висновок простий: найкращий варіант залежить від того, який тип музики людина найчастіше слухає вдома.
Дискусія щодо берилію та шовкового купола в професійних та аудіофільських застосуваннях
Перехідна характеристика берилію приблизно на 40 відсотків швидша порівняно з іншими матеріалами, що чітко вигідно відрізняє його для професійних студійних моніторів, де найважливіше — точність. Звичайно, ціна також значно вища (приблизно в 4–7 разів більше, ніж у шовку), але люди все одно обирають його, коли важлива прецизійність. З іншого боку, динаміки із шовковим куполом зазвичай забезпечують більш плавне звучання поза віссю — приблизно на ±1,5 дБ у діапазоні частот понад 8 кГц. Це робить їх кращим варіантом для звичайних домашніх систем, де слухачі не завжди сидять точно по центру. Мабуть, саме тому шовк досі широко використовується у преміальних домашніх аудіосистемах. Останнім часом з'явилися цікаві розробки гібридних дифузорів динаміків, які фактично наносять шар шовку на основу з берилію. Такі конструкції з комбінованих матеріалів досягають загального коефіцієнта нелінійних спотворень менше 0,3% на рівні 110 дБ SPL, що становить приблизно на 26% більше, ніж традиційні конструкції з одного матеріалу. Хоча це ще не ідеальні рішення, вони вказують напрямок досягнення оптимального балансу між різними характеристиками продуктивності.
Оптимізація форми твітера та акустичних характеристик
Купол, перевернута купола та конус: вплив на спрямованість та розсіювання
Форма твітерів має велике значення для того, як поширюється звук і де люди можуть чути якісне аудіо. Твітери купольного типу — це те, що більшість виробників обирають сьогодні. Вони поширюють звук приблизно на 30 градусів ширше, ніж конусні конструкції, як зазначено в останніх дослідженнях з аудіо минулого року, що робить їх більш придатними для людей, які сидять не по центру кімнати. Деякі моделі використовують перевернуті куполоподібні форми, які правильно вигинаються під час відтворення музики, ще більше поширюючи звук убік, але втрачаючи близько 2–3 децибели потужності гучності. Конусні твітери, хоча й економлять кошти, зазвичай мають менші «солодкі зони», де звук звучить найкраще, згідно з лабораторними тестами, які ми бачили. Правильне розташування цих елементів у корпусах колонок стає досить важливим, якщо виробники хочуть, щоб їхні високі частоти чітко передавалися без спотворень.
Керування відбиттями задньої хвилі та акустичне комбікове фільтрування
Ті неприємні спотворення на високих частотах, які ми часто бачимо вище 12 кГц? Вони зазвичай виникають через інтерференцію задньої хвилі, що порушує роботу системи. Добра новина полягає в тому, що сучасні високочастотні динаміки протидіють цій проблемі кількома розумними способами. По-перше, існують акустичні лабіринти, які фактично уповільнюють ці неприємні задні хвилі приблизно на пів мілісекунди до однієї десятої мілісекунди. Потім йдуть прецизійні фазові вставки, які допомагають контролювати випромінювання звуку. І не забудемо про спеціальні матеріали для поглинання, які досить ефективно зменшують відбиття, про що свідчать дослідження лабораторії Audio Precision минулого року. Коли всі ці підходи працюють разом, вони фактично зменшують проблеми комбікового фільтрування приблизно на 40 відсотків у порівнянні з простими герметичними конструкціями. Це підтверджують також дані конференції AES, тож що це означає для нас? Чистіший звук загалом і значно краща когерентність на високих частотах.
Резонанс і стоячі хвилі в конструкціях високочастотних динаміків із м'яким куполом
Матеріали м'якого купола, такі як шовк і поліестер, схильні утворювати стоячі хвилі на частотах понад приблизно 14 кГц, оскільки їм просто бракує жорсткості. Інженери розробили кілька ефективних рішень для вирішення цієї проблеми. Вони почали виготовляти діафрагми змінної товщини — від близько 0,02 мм в самому центрі до 0,06 мм на зовнішніх краях. Деякі виробники поєднують гуму та піну в оточуючих елементах, щоб краще гасити небажані вібрації. Також проводились дослідження з оптимізації кривизни динаміків за допомогою методів лазерної інтерферометрії, що зменшує ці неприємні моди руйнування приблизно на дві третини. Нещодавно опубліковане минулого року дослідження показало, що ці удосконалення фактично знижують рівень загальних гармонійних спотворень (THD) у високочастотних динаміках із м'яким куполом всього до 0,8%, навіть при високій гучності 105 дБ. Така продуктивність тепер порівнянна з тим, що ми зазвичай бачимо у дорогих динаміках із металевим куполом.
Контроль спотворення за рахунок демпфування та інтеграції системи
Роль демпфування у мінімізації спотворень і забарвлення високочастотних динаміків
Демпфування працює наче акустичний амортизатор для динаміків, перетворюючи зайву механічну енергію на тепло замість того, щоб дозволити їй створювати небажаний шум або забарвлення. Спеціальні полімери, що використовуються в підвісках котушок, значно зменшують резонанс діафрагми в діапазоні 2–5 кГц — частотах, на які наше вухо надзвичайно чутливе до будь-яких спотворень. Дослідження з точного машинобудування показують цікавий ефект при поєднанні цих матеріалів із багаторівневими структурами демпфування. Розмиття в часовій області зменшується приблизно на 22 відсотки порівняно з базовими однокомпонентними конструкціями. Це означає краще збереження перехідних процесів і меншу втому слухача з часом, що має велике значення для тих, хто годинами користується навушниками.
Вимірювання гармонійних спотворень у різних типах високочастотних динаміків
При вивченні результатів випробувань за IEC 60268-5, ми бачимо цікаві відмінності між матеріалами випромінювачів. Купола з берилію зазвичай мають загальні гармонійні спотворення на рівні приблизно 0,4–0,6 відсотка на рівнях звукового тиску 90 дБ, хоча їм потрібне належне демпфування через досить високі резонансні піки Q, які можуть порушити стабільність роботи. Випромінювачі з шовкового купола мають трохи більші спотворення — приблизно від 0,8 до 1,1 відсотка, але коли вони починають виходити з ладу, це відбувається таким чином, що звучить музикально, а не різко. Стрічкові високочастотні випромінювачі вирізняються чистою роботою з загальними гармонійними спотвореннями менше ніж 0,3 відсотка на частотах понад 5 кГц, оскільки практично не мають рухомих частин, які могли б спотворювати сигнал. Також важливо враховувати інтермодуляційні спотворення: металеві купола стабільно показують результат на 2–4 дБ кращий, ніж їхні 'м'які' аналоги у діапазоні вище 10 кГц, саме тому багато серйозних студій досі віддають їм перевагу під час запису, де найважливішою є точність.
Інтеграція кросоверів і її вплив на сприйняту високочастоту чистоти
Гарний кросовер дизайн справді робить динаміки чистішими, оскільки допомагає узгодити різні випромінювачі, щоб вони працювали разом, а не заважали один одному. Тут слід врахувати кілька важливих моментів. По-перше, більшість розробників обирають нахили 24 дБ на октаву, оскільки вони допомагають зменшити спотворення під час змішування частот нижче приблизно 2000 Гц. Правильна фаза — це теж дуже важливо. Саме це дозволяє передавати перехідні процеси чітко і ясно, не ускладнюючи звук. І не забувайте також про компенсацію імпедансу. Це допомагає подолати неприємні проблеми з реактивною потужністю, які насправді створюють більше гармонік, ніж потрібно. Коли всі ці елементи правильно узгоджені, відбувається дещо цікаве. Навіть досить прості високочастотні динаміки можуть досягти менше ніж піввідсотка загальних гармонійних спотворень у всьому своєму діапазоні. Крім того, ті малі динамічні зміни в музиці залишаються незмінними, що є абсолютно критичним, якщо ми хочемо, щоб записи звучали справжньо і життєво.
Узгодження частотної характеристики з чутливістю слуху людини
Орієнтація на пікову чутливість слуху людини (2–5 кГц) для оптимальної чіткості
Наші вуха найбільш чутливі до звуків у діапазоні приблизно від 2 до 5 кілогерц, що виявляється досить важливим для розуміння мовлення та розрізнення окремих музичних інструментів. Дослідження, опубліковане Товариством аудіоінженерів минулого року, показало, що близько двох третин того, що ми сприймаємо як чистий звук, насправді походить саме з цього діапазону частот. Коли фахівці з обробки звуку налаштовують те, як колонки відтворюють високі частоти, вони фактично працюють з природними межами чутливості людського слуху, щоб покращити деталізацію, не роблячи при цьому звучання надто дзвінким або різаним. Відомі криві Флетчера-Мансона чітко показують, як змінюється наше сприйняття на різних рівнях гучності, допомагаючи виробникам створювати системи, які звучать добре не лише за технічними характеристиками, а й тоді, коли люди слухають їх удома чи в автомобілі.
Контрольований спад та спектральний баланс для природного відтворення високих частот
Найкращі високочастотні динаміки зазвичай мають плавне загасання на рівні 6–12 дБ на октаву, яке починається близько 12 кГц. Це допомагає уникнути надмірної різкості та яскравості звуку, що багатьом людям здається неприємним, і водночас зберігає всі ті приємні гармоніки. Наш слух і так стає менш чутливим із зростанням частоти, знижуючись приблизно на 15 дБ кожні десять разів після 5 кГц. Тож таке загасання створює те, що більшість людей сприймають як збалансований і комфортний звук без втомлюючих піків. Минулорічні дослідження виявили цікавий факт: приблизно 8 із 10 учасників сліпого тесту віддали перевагу акустичним системам, які відповідають підходу Harman Curve до високих частот, зі зниженням близько -3 дБ на 15 кГц. Вони зазначали, що звук стає реалістичнішим у просторі й загалом легшим для вух. Сучасні конструкції хвилеводів тепер дозволяють досягти такого балансу завдяки кращому контролю дифракції звукових хвиль на краях. Ці удосконалення забезпечують групове затримання менше ніж півмілісекунди та зберігають правильні фазові співвідношення, що призводить до значно більш природного звучання високих частот у різних умовах прослуховування.
Розділ запитань та відповідей
Які переваги використання шовкових твітерів порівняно з металевими?
Шовкові твітери відомі тим, що створюють більш плавні та природніші високі частоти порівняно з металевими твітерами. Вони забезпечують гарне розсіювання, особливо під час прослуховування під кутом, відмінним від прямого. Однак вони можуть бути менш довговічними, ніж металеві варіанти, такі як титан або берилій.
Як форма твітера впливає на розсіювання звуку?
Форма твітера впливає на те, як спрямований звук. Купольні твітери поширюють звук ширше, що робить їх придатними для слухачів, які сидять не по центру. Зворотна форма купола може покращити бічне розсіювання, але часто супроводжується невеликим зниженням потужності гучності. Конусні твітери мають менші «солодкі зони» і вимагають точного розташування, щоб уникнути спотворень.
Чому важливе демпфування для мінімізації спотворень твітера?
Демпфування діє як акустичний амортизатор, зменшуючи небажаний шум або забарвлення за рахунок перетворення зайвої механічної енергії в тепло. Належне демпфування допомагає зменшити резонанс діафрагми, особливо в діапазоні 2–5 кГц, де людське вухо найбільш чутливе до спотворень.
Що дають контрольовані спади в твітерах?
Контрольовані спади, зазвичай 6–12 дБ на октаву, допомагають уникнути різких, яскравих звуків, зберігаючи гармонійну насиченість. Вони узгоджуються із природним зниженням чутливості слуху людини до високих частот, забезпечуючи збалансований і комфортний слуховий досвід без втому.