Колонки с одинаковыми динамиками

Как выбрать колонки – часть 2

Что такое колонка? Традиционное представление – это «ящик, в который вставлены динамики». Подобная картина не так уж далека от истины, но чтобы получить действительно хорошую колонку, одного ящика и динамиков недостаточно. Впрочем, это та основа, от которой попробуем оттолкнуться и мы.

Сохранить и прочитать потом —

Устройство и принцип работы динамика

Устройство динамика

Традиционному динамическому излучателю вот уже лет сто, но на покой он даже не собирается. Конструкция его в целом незатейлива, но имеет массу нюансов. В корзине динамика закреплены магнитная система и диффузор (звукоизлучающая мембрана) со звуковой катушкой, центрирующей шайбой и подвесом. Ток от усилителя проходит через катушку, та заставляет колебаться магнитную систему и прикреплённый к ней диффузор. А тот, в свою очередь передаёт колебания воздуху. Долетая до наших ушей (и не только) эти воздушные колебания (звуковые волны) становятся для нас музыкой, человеческой речью, громовыми раскатами и так далее.

Жёстче и легче

Усилия разработчиков мембран динамиков направлены на достижение одной цели: увеличение жёсткости диффузора и одновременно – снижение его массы. Если диффузор оказывается слишком тяжёл и слишком мягок, он не способен точно следовать за перемещением магнитной катушки. Он просто не успевает полностью отклониться и вернуться, а изгибные колебания порождают призвуки и дополнительное окрашивание звука. При этом крайне желательно, чтобы собственные резонансы были малы либо находились за пределами рабочего диапазона частот.

Классическими материалами для изготовления диффузора считаются целлюлоза для низкочастотных динамиков и шёлк для высокочастотных. Однако сейчас, кроме них, активно применяются и пластик, и металл, и прочая экзотика.

Конструкция диффузора, изготовленного по технологии RDT II

Отдельно стоит отметить гибридные конструкции: например, когда на основу из привычного бумажного конуса крепится алюминиевый полигональный (ELAC Concentro AS-XR). Ещё один вариант «сэндвича» – сотовый арамид с внутренним слоем из углеволокна и внешним из сплава алюминия и магния с керамическим покрытием (Monitor Audio Platinum RDT II). По сравнению с традиционными «однородными» решениями, такая «комбинированная» диафрагма легка, прочна и способна быстрее реагировать на сигнал, не деформируясь.

Классическая конструкция – многополосные колонки

В первой части мы уже говорили о широком частотном диапазоне, который обеспечивает более полное и естественное звучание акустической системы. Воспроизвести его одним динамиком практически невозможно, отсюда и появляются самые различные многополосные конструкции, состоящие из нескольких динамиков, каждый из которых отвечает за свою частотную полосу общей звуковой картины. Однако в таких системах используются разделительные фильтры (кроссоверы), в процессе работы которых вероятно возникновение нежелательного эффекта: динамики разных полос могут начать работать несинхронно, один будет запаздывать относительно другого.

Акустическая система классической многополосной конструкции

Разработки же широкополосного динамика, в которых не нужен кроссовер, пока не дают приемлемых результатов: фактически, ни один из подобных образцов не лишён ограничений как по краям АЧХ (что приводит к искажениям сигнала самых низких и самых высоких частот), так и по перегрузочной способности (возможности колонки адекватно воспроизводить музыкальный сигнал на высокой громкости).

Другой проблемой многополосной конструкции, порождаемой разнесением в пространстве динамиков, воспроизводящих звуковые волны разных диапазонов, могут стать интерференционные волновые искажения (усиление звуковых колебаний в одних точках пространства и ослабление их в других точках в результате наложения двух или нескольких звуковых волн), знакомые нам ещё по школьному курсу физики.

С этой проблемой помогает справиться коаксиальная конструкция динамика, которая подразумевает расположение твитера на акустической оси вуфера. Её можно назвать неким промежуточным вариантом между обычной многополосной системой и широкополосным излучателем: кроссовер в составе колонки по-прежнему присутствует, а вот источник излучения можно считать точечным.

С учётом возраста концепции динамического излучателя и, как следствие, накопленных в отношении него опыта и знаний, сегодня он – нечто вроде кинескопного телевизора на пороге появления плазмы (ну или как двигатель внутреннего сгорания накануне прихода «Теслы»). Понятно, что новые технологии рано или поздно победят (об этом – ниже), но сейчас они ещё в начале пути, а динамик – на пике формы. Так что если вам нужна громкость и не нужны искажения, вдобавок желательны широкий частотный и динамический диапазоны (разница между самым тихим и самым громким звуками, которые способна воспроизвести система) – то ответ может быть только один: многополосная диффузорная классика.

Что же обычно противопоставляется диффузорному динамику?

Чаще всего – различные плёночные излучатели, в первую очередь – ленточные и электростатические. Металлическая или металлизированная лента имеет крайне низкое сопротивление, поэтому для работы с усилителем ей требуется согласующий трансформатор с широкой АЧХ и малыми потерями, а большая площадь поверхности излучения подразумевает большое количество мощных стержневых магнитов, что существенно увеличивает стоимость готового изделия.

Ленточный твитер в разрезе

Изодинамический излучатель – это вариант ленточного, в нём на пленку нанесена токопроводящая дорожка в форме меандра, за счет длины которой сопротивление вырастает до приемлемых значений. Если же плёнку сложить гармошкой, получится излучатель Хейла, в числе преимуществ которого – большая прочность (за счёт ребер жёсткости) и громкость (по причине большей площади излучающей поверхности). Именно такие ВЧ-излучатели используются в некоторых колонках ELAC: мы в своё время уже писали о твитерах этой компании.

В электростатических излучателях плёнка закреплена между перфорированными статорами, на них подаётся высокое напряжение и возникающее электростатическое поле двигает мембрану.

Акустические системы с электростатическими излучателями

Преимуществом плёночных излучателей является относительно низкая величина нелинейных искажений, а недостатки – сложный характер нагрузки для усилителя, узкая и одновременно дипольная диаграмма направленности, но самое главное – очевидный недостаток НЧ-составляющей. Попытки решить эту проблему гибридными схемами с использованием диффузорного НЧ-звена выявляют ещё одну особенность плёнки: она является линейным источником звука с плоским фронтом волны. Динамик же – точечный источник со сферическим фронтом. В первом случае имеем падение уровня звукового давления при удвоении расстояния на 3 дБ, во втором – на 6 дБ.

В природе существуют и гораздо более экзотические излучатели – например, роторный сабвуфер или ионофон. Но их специализация – узкие диапазоны АЧХ. Да и используются в серийных продуктах они крайне редко.

Поэтому мы переходим к акустическому оформлению.

Звуковая волна, которую мы слышим, возникает благодаря колебанию диффузора динамика. Для правильного воспроизведения требуется, чтобы для всех слышимых частот звуковое давление было одинаково. Однако принципиальная проблема всех динамиков заключается в том, что они излучают звук как вперёд, так и назад с одинаковой интенсивностью. Чтобы устранить эту проблему, динамической головке создают акустическое оформление, то есть помещают в корпус.

Пожалуй, самый старый и самый известный тип акустического оформления – это рупор.

Рупор (постоянно расширяющаяся труба) с древних времён был естественным средством усиления звука, обладающим очень высоким КПД. Однако его сечение увеличивается по экспоненте, и чем ниже воспроизводимая частота, тем большим должен быть размер выходного отверстия: уже на 60 Гц потребуется раструб диаметром 1.8 м!

Рупорные акустические системы способны поразить своими габаритами

К тому же, имеет место характерная рупорная окраска звучания, особенно заметная в вокальных партиях. Побороть эти недостатки удаётся только в очень дорогих и громоздких конструкциях.

Так какой же корпус самый правильный?

В идеале – тот, которого нет. Такой вариант называется бесконечным экраном. Он подразумевает, что воздух с тыльной стороны диффузора не препятствует его движению и, в то же время, излучение этой тыльной стороны никак не влияет на излучение фронтальной, находящейся с ним в противофазе. Другими словами, в практической реализации – это закрытый ящик такого объёма, влиянием воздуха в котором при движении диффузора можно пренебречь. А для какого-нибудь солидного вуфера это, поверьте мне, очень и очень немало.

Бесконечный экран и изобарическая схема

Решить эту задачу можно путём установки внутрь корпуса второго НЧ-динамика, аналогичного первому, то есть наружному.

При их параллельном подключении к усилителю нагрузка на тыльную сторону диффузора внешнего динамика будет компенсироваться аналогичными колебаниями внешней стороны диффузора динамика внутреннего. Этот вариант акустического оформления называется изобарическим. Минусы? Динамиков для колонки нужно вдвое больше, и усилителю работать с двумя динамиками вдвое сложнее.

Можно попытаться рассеять излучение тыльной стороны динамика с помощью так называемой трансмиссионной линии –

лабиринта, отделанного звукопоглощающим материалом. Это акустическое оформление также называют четвертьволновым резонатором (вспомните колонки Cambridge Audio R50), по той простой причине, что для эффективной работы до определенной частоты его длина должна составлять не менее четверти длины волны этой частоты, например для заветных 20 Гц это больше 4 м. В этом случае банальный корпус превращается в самое настоящее произведение столярного мастерства с вытекающей из него стоимостью.

В итоге, наиболее доступным оказывается использование порта фазоинвертора,

принцип работы которого отражается в его названии. Установленная в корпус колонки трубка строго рассчитанной длины и диаметра обеспечивает поворот фазы излучения тыльной стороны динамика до его совпадения с фазой излучения фронтальной стороны.

Наиболее распространённые варианты акустического оформления: закрытое (1), фазоинвертор с простым отверстием (2), фазоинвертор в виде трубы (3), лабиринт (4)

Иногда, чтобы минимизировать возможные призвуки воздушного потока через порт, его закрывают пассивным радиатором, то есть фактически – ещё одним динамиком, но без магнитной системы.

Обобщим.

Главный критерий выбора колонок – это качество их звучания, воспринимаемого лично вами. В процессе выбора не должно превалировать мнение продавца или восторженные пассажи журнальных статей.

Все остальные нюансы, изложенные нами выше, важны в том случае, если вы уверены в их правильной для себя интерпретации. Другими словами, можно выбирать колонки исходя, например, из материалов диффузоров или конструкции разделительных фильтров, но только тогда, когда вам однозначно ясно их влияние на то звучание, которое вы ищете.

Естественно, для оценки звучания необходим личный опыт прослушивания той или иной модели. И если ставить перед собой реальные цели, я бы отводил на подготовительный этап две-три недели и закладывал бы в roadmap посещения салонов не более пяти наиболее привлекательных лично вам образцов. Выбор из десятков различных моделей колонок рискует превратиться в бесконечный аттракцион, поэтому имеет смысл изначально задать себе строгие ценовые и функциональные рамки и действовать исключительно в их пределах.

Качество звучания – безусловно, главный, но не единственный критерий оценки. Обязательно обращайте внимание на внешность колонок: ведь эстетическая составляющая также играет важную роль. И гармонично вписывающиеся в интерьер помещения акустические системы с хорошим звуком доставят своему владельцу больше удовольствия, чем отлично звучащие, но нелепо выглядящие образцы.

Ну и очевидно, что колонки сами по себе играть не могут: им необходим подходящий усилитель. Поэтому в ближайшее время мы опубликуем материал, который поможет вам определиться и с его выбором.

Источник

Параллельное и последовательное соединение динамиков

Подключение динамиков влияет на качество звука. Если подключить динамики с меньшим сопротивлением, чем допустимо, усилитель сломается или выйдут из строя динамики. Хрипение музыки как раз говорит об этом. С больши́м — не добьёмся желаемой громкости. Так что к подбору их сопротивлений и выбору схемы включения стоит отнестись внимательней.

Теория. Типы соединений

В электрике есть два типа соединений — последовательное и параллельное. При последовательном соединении сопротивление суммируется, при параллельном становится ниже, чем самое малое из соединённых. Это то, что стоит помнить и что пригодится для того, чтобы правильно подключить динамики.

Основные формулы для параллельного и последовательного подключения

Есть ещё смешанное соединение. Это когда последовательные цепочки и параллельное подключение «намешаны». В таком случае применяют формулы расчёта, постепенно приходя к одной из «чистых» схем — параллельному или последовательному.

Смешанное соединение и его преобразование в «простое»

На рисунке показано последовательное преобразование сложного смешанного соединения в простое.

Как соединять

Если вы ожидаете, что вам скажут подключайте только параллельно или только последовательно — зря. Схема подключения подбирается индивидуально. Учитывать надо два основных момента:

1. Мощность усилителя.
2. Сопротивление нагрузки усилителя.

Реализация параллельного подключения

Если у вас есть усилитель определённой мощности и есть подходящие под него колонки это хорошо. Но бывает так, что под усилитель нужно подобрать нагрузку из нескольких имеющихся динамиков разной мощности. Вот здесь и нужно понимать, как соединить динамики последовательно, параллельно или смешанно, чтобы не превысить параметры.

Как же подключать динамики — последовательно или параллельно? Итак, и так. Зависит от того, какие у вас есть динамики. Вернее, с какой мощностью и сопротивлением. А ещё важна выходная мощность канала и то, сколько динамиков вы хотите «повесить» на каждый канал.

Определяем мощность и сопротивление динамиков

Здесь достаточно просто, но всё-таки приведём несколько примеров. Эти обозначения обычно наносятся на задней части корпуса или корзине. На фото видны параметры динамиков.

Обозначение мощности и сопротивления на динамике

Обычно указывается долговременная мощность, то есть величина, при которой динамическая головка способна работать долгое время. При этом на головке ALPHARD указана MAX POWER — максимальная мощность. Это пиковая мощность, её динамик способен выдержать, к примеру, секунду.

На старых отечественных динамиках обозначения несколько другие. Например, на рисунке ниже 2ГДШ-3.

Обозначения на советских динамиках

Первая цифра обозначает мощность изделия. Далее, головка динамическая широкополосная и её сопротивление 8 Ом. Так, с некоторыми параметрами разобрались, идём дальше.

Правильное подключение динамиков

Особенность соединения динамиков в том, что они имеют плюсовой и минусовой входы. Вот их необходимо каким-то образом подключить к входам усилителя, а также соединить как-то между собой.

Правильное параллельное и последовательное соединение динамиков

Последовательное соединение динамиков

Последовательное соединение — это когда они включены один за другим по типу вагонов. Если посмотрите на схему, то подключение проводов идет так. Минус с выхода усилителя подаем на минус колонки А, плюс — на плюс громкоговорителя В. А их свободные входы (плюс у А и минус у В) соединяем между собой.

Последовательное подключение динамиков: сопротивление суммируется, выходная мощность падает

Обратите внимание, что сопротивление цепочки динамиков растет. Оно суммируется из всех составляющих. В примере соединены последовательно два динамика по 2 Ома. Суммарное сопротивление уже 4 Ома. Такое соединение хорошо в том случае, если усилитель не может работать с низкоомной нагрузкой. Низкоомная — это 2 Ома и ниже. В таком случае либо подключают колонки с более высоким сопротивлением, либо последовательно соединяют низкоомные.

Как подключить последовательно три и больше колонок

Как подключить последовательно три колонки на один канал? Да все также — одну за одной. Минус, подаем на минус первой (А); плюс — на плюс третей С (или последней). Свободный плюс с элемента А заводим на минус элемента В. Потом плюс В подаем на минус С. Вот и получили цепочку из трех динамиков, подключенных к одному каналу.

Как подключить 3 динамика на 1 канал последовательно

Если надо на один канал подключить последовательно четыре фрагмента и больше, их просто вставляем в середину. Не забывайте, что сопротивление цепи суммируется. С каждым новых элементом в цепочке оно становится больше.

Мощность при последовательном соединении

Так как сопротивление растёт, выходная мощность будет падать. Сколько ватт получит каждый из динамиков при последовательном подключении? А можно посчитать. Есть формула — она на рисунке.

Подводимая мощность — это мощность, которую выдаст усилитель в канал, то есть то, что мы пытаемся рассчитать. Измеренная мощность — это та, которая указана в характеристиках (то, что идет в канал по паспортным данным). И Zr — сопротивление, при котором мощность измерялась. Обычно она пишется в характеристиках как минимальная нагрузка на канал. А суммарное сопротивление — это сопротивление колонок, которые вы планируете «повесить» на этот канал.

Формула вычисления реальной мощности, подаваемой на канал усилителя

Давайте применим формулу на примере. Пусть у нас есть 2-х канальный усилитель, который в каждый канал выдает по 100 Вт (2*100 Вт). Работать с низкоомной нагрузкой (2 Ома и ниже) он не может. Потому решено на каждый канал последовательно подключить по две колонки сопротивлением 2 Ома. Подставляем данные в формулу: 100 Вт * (4 Ом / 8 Ом) = 100 Вт * 0,5 = 50 Вт. Это то, что пойдет в каждый канал.

Подбирать мощность динамиков надо так, чтобы она была на 10—20% выше мощности, которая будет на нее приходить. В таком случае любой громкоговоритель будет работать долго. А если взять мощность «впритык», то даже самый качественный динамик очень скоро захрипит и его надо будет менять.

Так как на канале будет по два громкоговорителя с одинаковыми параметрами, то канальная мощность разделится пополам. Вот и получаем, что на каждый динамик будет приходить 25 Вт. Если добавить желаемый запас мощности, то придется искать динамики мощностью не менее 30—35 Вт.

Параллельное подключение динамиков

На рисунке слева изображено параллельное подключение двух динамиков. Плюс с усилителя подаем на плюсовой вход динамика А, минус — на минус колонки B. Далее, плюсовой выход колонки B заводим на плюс А, минус А — на минус B. Со схемой, вроде, понятно.

Что же с сопротивлением? Каким будет результирующее сопротивление двух подключенных параллельно динамиков? Если параллельное подключили две одинаковых колонки, то суммарное сопротивление такой связки будет в два раза меньше. То есть, фактическое сопротивление колонки делим на два.

Как подключить два динамика на один канал параллельно

На рисунке обозначено сопротивление обеих рупоров в 2 Ома. Общее при параллельном соединении будет 1 Ом. То есть получается что при параллельном подключении динамиков выходная мощность сигнала получается выше, чем при подключении одного. Использование такой низкоомной нагрузки возможно при подключению к сабвуферу.

Параллельное подключение трех и более динамиков на канал

Принцип подключения трех и более динамиков параллельно на один канал такой же. Плюс с выхода усилителя подаем на все подключаемые динамики. Минус — на все минусы.

Подключение трех и более динамиков на один канал параллельно

В результате получается, что сигнал на каждый из элементов схемы приходит одинаковый. А ток разделяется на «ручейки», то есть становится меньше. И ток, который протекает чрез динамик, зависит от сопротивления этого элемента.

Мощность при параллельном соединении

Для расчета мощности, которая пойдет от усилителя на канал при параллельном соединении та же. Po = Pr * Zr/Zt. Вот только частное Zr/Zt будет больше. Ведь, как уже было сказано раньше, суммарное сопротивление при параллельном соединении динамиков уменьшается. Как в примере выше — при подключении двух динамиков по 4 Ома в параллель, результирующее сопротивление будет 2 Ома. Если подставить в формулу данные из рассмотренного ранее примера (для последовательного соединения), то получим, что при мощности усилителя 100 Вт, в канал будет уходить 100 Вт * 4 Ома/2 Ома канал уйдет = 100 Вт * 2 = 200 Вт. То есть, на канал уйдет 200 Вт. Но при этом усилитель должен работать с низкоомной нагрузкой.

Как подключить 2 динамика на один канал -один из вариантов .

Это свойство можно использовать, если у вас усилитель маломощный, а хочется громкого звука. Но нужны колонки, которые могут работать с большими мощностями. Это, вообще-то не проблема. Есть варианты рассчитанные на сотни ватт. Вот только стоят они соответственно.

А еще важна способность усилителя работать с низкими нагрузками. Так что тут обращайте внимание на такой параметр, как минимальная нагрузка. И, снова-таки, лучше чтобы нагрузка была немного выше минимума. Работа на пределе характеристик — всегда ускоренный выход из строя.

Есть варианты рассчитанные на сотни ватт. Обращайте внимание на такой параметр, как минимальная нагрузка. И, снова-таки, лучше чтобы нагрузка была немного выше минимума. Работа на пределе характеристик — всегда ускоренный выход из строя.

Как уже говорили, стоит избегать работы на пределе. Это касается и динамиков, и усилителя. Сейчас можно подобрать оборудование, практически, под любые требования.

Источник