Твитер — купольный или ленточный? Плюсы и минусы этих решений
К середине XX века кино (на тот момент – уже звуковое) начинает постепенно становиться стереофоническим и даже многоканальным. Активное участие в этом процессе принимал в том числе и разработчик Уильям Хейт. Затем его внимание переключилось на домашние акустические системы: в 1962 году он выпускает первые в мире колонки с мягкими купольными твитерами, на которые 27 июня 1967 года получает патент США за номером 3328537. Сейчас подобную конструкцию можно встретить… везде!
Купольная мембрана высокочастотного динамика
В 1933 году в гёттингенском университете имени Георга-Августа защитил кандидатскую диссертацию по молекулярной спектроскопии некто Оскар Хейл. Помимо работы над такими глобальными темами, как радиолокация и полупроводниковая схемотехника, он также известен как изобретатель электроакустического преобразователя (Air Motion Transformer) или излучателя Хейла. Первый случай его практического использования опять же зарегистрирован в США, в 1972 году, в колонках ElectroStaticSound, разработанных еще одним небезызвестным персонажем, Нельсоном Пассом. А один из самых активных приверженцев этих излучателей сейчас – немецкая компания ELAC. Любопытно, что в линейке этого производителя есть колонки как с традиционными купольными твитерами, так и с более экзотическими AMT. Так в чём же разница?
Первый купольный ВЧ-динамик в ассортименте ELAC появился в 1989 году, назывался он HT25 и представлял собой своего рода отштампованный из металлического (алюминий/магний/марганец) сплава «стакан», где выпуклое днище было собственно говоря куполом, а стенки — каркасом звуковой катушки. А четыре года спустя, после поглощения берлинского производителя колонок A.R.E.S., был выпущен и первый излучатель Хейла под маркой ELAC, легендарный теперь уже JET-твитер.
Ленточный (AMT) твитер ELAC
Три самых важных параметра купольного твитера – это его малая масса, высокая жесткость и хорошее демпфирование (то есть отсутствие собственных резонансов). Попытки совместить эти свойства в рамках одного изделия напоминают анекдот про работу, которую следует выполнить одновременно быстро, хорошо и дёшево. Очевидно, что самые жёсткие купола – металлические, но они же и самые «звонкие», то есть наименее задемпфированные. Мягкие купола имеют гораздо менее выраженные собственные резонансы, но по причине их гибкости страдает и верхняя граница АЧХ.
Купольный твитер ELAC
Очевидный плюс купольного ВЧ-динамика — это его повсеместная распространенность и как следствие — высокая технологичность производства и относительно низкая (если не используются экзотические материалы вроде бериллия и алмаза) стоимость. Грубо говоря, и разработчику и производителю с куполом все предельно ясно, примерно как с кинескопным телевизором на заре плазмы и ЖК. Да, плоские панели уже на тот момент были очевидно более перспективными, но качество их изображения еще хромало, а из кинескопа уже выжали все возможное и невозможное.
Внутренняя конструкция JET-твитера ELAC
А что же с Хейлом, вернее – с его излучателем? Классический ленточный излучатель в виде металлизированной ленты или просто фольги обладает очень низким сопротивлением и требует согласующего трансформатора для совместной работы с усилителем. Если вместо полной металлизации наносить на пленку токопроводящую дорожку в виде меандра, то сопротивление вырастает до разумных значений. Такой излучатель называется изодинамическим. Наконец, если его сложить гармошкой, то при равных внешних габаритах существенно вырастет площадь излучения, но уменьшится хрупкость, за счет многочисленных ребер жесткости. Добавьте сюда стержневые магниты и получится АМТ.
Недостатков у такого излучателя пожалуй что два. Первый – относительно высокая сложность и, как следствие, стоимость производства: ведь используется большая доля ручного труда квалифицированных сборщиков. Второй – высокая детальность звучания вкупе с низким процентом собственных искажений и призвуков, что предъявляет повышенные требования как к качеству остального тракта, так и к качеству записей.
Высокотехнологичный процесс производства ленточных твитеров
Объективно говоря, эти выводы можно сделать даже глядя на ассортимент ELAC и сравнивания конструктив серий акустических систем с их стоимостью. Модели от бюджетного до среднего класса оснащены купольными твитерами, а от среднего и до абсолютного high end – излучателями Хейла. Впрочем, ожидать иного решения от немецкой компании с почти столетним опытом в этой области было бы, по меньшей мере, наивно!
Источник
Про супертвитер [«what about a pub crawl?»(i)]
Признаюсь, с определенного момента жизненного пути перестал музыку слушать громко, лишь изредка врубаю в «натюрлих», да и то на пару-тройку композиций. Однако на малой громкости стало не хватать прежде всего ВЧ (для НЧ при необходимости добавляю активный сабвуфер). Причем с наушниками ВЧ на любой громкости, что называется, за глаза, а вот на АС, причем практически любых — как-то маловато.
В новодельном усилителе мощности спасительная тонкомпенсация отсутствует как антогонистический класс — более того, качество реализации тембра откровенно плохенькое. А старый японский усилитель, находящийся в резерве (задействуемый иногда для наушников), рассчитан на нагрузку 8 Ом. При этом у имеющихся АС (которые в стереосете) — импеданс в районе 4 Ом на протяжении диапазона частот почти от 100 Гц. Что делать? Прибомбить супертвитер! Ну, или замутить self made.
Предлагается множество готовых супертвитеров — в частности, Fostex . Заоблачные по цене грибочки оставим для выставок и гурманов:
Немало и демократичных самоделок, да и просто советов типа:
Супертвитер легко построить самому — например, из ленточного динамика Fountek NeoCD3.5H и пленочного конденсатора (подбирать на вкус в районе 0.5 uF).
Еще раз пробежимся по ценам готовенького в родных магазах. Кусаются, заразы! На Али же из «легкодоступных», мягко говоря, лишь без изысков, а что получше (
8 000 рублей за пару) — наверняка сплошь клоны (впрочем, за
13 000 рублей внешне неплохи). Хотя не исключены и ОЕМ, но цена последних переваливает за 20 000 рублей. Хорошие супертвитеры имеют регулировку не только частоты среза, но и уровня.
Американские Aperion Audio сплошь ленточники — от $350 за пару 
Симпатичные супертвитеры отечественной AllB — вступают с 12 кГц и выше, цена от 30 000 рублей
Вообще, стоит ли овчинка выделки? И, самое главное, как удачненько состыковать с имеющейся АС?! Оставим для пиарщиков бездоказательные словесные заверения, что супертвитер, причем именно такой-то фирмы, никак не сказывается на нагрузке для усилителя при элементарном подключении параллельно на те же клеммы АС. Если к 4 Ом АС в параллель воткнуть еще 4 Ом супертвитера, то в итоге 4 Ом «ни в жисть» не получится;)))
Добавление высокочастотного звена к имеющейся пищалке в разы снижает импеданс в области частот воздействия нагрузки (на 10–20 кГц и вовсе разы могут выйти), и чем меньше крутизна фильтра супертвитера, тем больше влияние последнего на низших ВЧ.
Типичные пищалки демонстрируют рост импеданса на ВЧ (благодаря индуктивной составляющей), поэтому его компенсация супертвитером не только повышает отдачу за счет снижения итогового сопротивления, но и дополнительно нагружает усилитель именно на ВЧ. Ведь чем ниже сопротивление нагрузки на той или иной частоте, тем (при прочих равных условиях) громче играет усилитель, но выдавать возрастающую мощь (ток-то становится шибче) все труднее, не плодя искажений.
Прелюбопытно: разыскать результирующие графики импеданса и АЧХ при добавлении супертвитера практически невозможно. Что же скрывают производители и иже с ними? Поясню на примере 2-полосного подключения: добавка твитера в параллель может снижать максимальное сопротивление АС почти в 2,5 раза. Ну да, в данном случае 4+4 Ом не равно 2 Ом как при постоянном токе, но тем не менее.
Импеданс ВЧ-динамика — синий, НЧ/СЧ — красный. Результирующие импеданс: зеленый — компенсация твитера сопротивлением -1,5 дБ, оранжевый — без, малиновый — +1,5 дБ
Более того, акустическое поле от двух высокочастотных излучателей, работающих в общей (перекрестной) области частот, склонно к интерференции. Излученные в противофазе волны будут стремиться поглотить друга друга.
К счастью, длины волн на ВЧ (особенно выше 12 кГц) столь малы, что слух человека за пучности не цепляется, хотя можно встретить рекомендации выставить супертвитер на определенном расстоянии от пищалки. Более того, если установить в вертикальной плоскости рядом ВЧ-динамик и супертвитер с определенной направленностью, то получим более равномерное покрытие на ВЧ по горизонтали, т.е. расширим оптимальную зону прослушивания.
Большинство из найденных в продаже готовых супертвитеров оказались предназначенными для простецкой «поддержки» пищалки и впахивают уже с 3–5 кГц. ЧуднЫе модели как бы помогают якобы аж с 1 кГц.
Некоторые другие аккуратненько вступают с 11 кГц и выше, т.е. исключительно для придания звучанию «воздуха». Кстати, у топовых АС небезызвестной DALI супертвитеры работают с
13 кГц. И неспроста: слуховая система человека не воспринимает фазу сигнала выше
12 кГц, только огибающую.
Между прочим, стереофонические эффекты сосредоточены в полосе частот от 300 Гц до
5 кГц, поэтому улучшить локализацию, расширить панораму и т.п. высокочастотный супертвитер сам по себе не способен (если, конечно, будучи подключенным параллельно, не снизит импеданс и в области работы пищалки вплоть до ее среза). А вот что натворит супертвитер, захватывающий и низкие частоты — однозначно сказать трудно.
Существуют продвинутые супертвитеры, позволяющие настроить частоту среза от 8 до 16 кГц и «прибрать» отдачу до -3дБ. Цена — «всего-то» $600.
Bespoke Aria 
Винтажные Technics
Продаются и более экзотические, якобы добивающие аж до 100 кГц:
Ультразвуковое творение Townshenaudio 
Да, УЗ аж до 100 кГц, но с 40 кГц — без комментариев;)))
На вторичке есть и Hi-End, причем с регулируемыми частотой среза и уровнем, но с баснословной ценой:
Что же реально добавляет в звучание АС типичный высокочастотный супертвитер? Воспользуюсь чужим графиком АЧХ:
Реалистичный вклад супертвитера с 14 и с 16 кГц на АЧХ
Фактически вклад наиболее существенен на пределе слышимости, эдак выше 16 кГц. Однако именно в этой области частот у человеческого слуха — «обострение» чувствительности, причем на всех уровнях громкости.
Кривые равной громкости для свободного поля 
С возрастом картина меняется. В солидном возрасте, увы, мало кто вообще слышит столь высокие частотки, т.к. постепенно чувствительность слуха неизбежно снижается: сначала становятся неслышимыми тихие звуки, потом все более громкие, слышимый амплитудный диапазон сужается (на НЧ — в гораздо меньшей мере), в конце концов на ВЧ схлопываясь до нуля («шум моря (c) «Страна глухих»).
Так что многие почтенные аудиофилы ультрачастотки могут только почуять третьим глазом. Тут уже не до 16–20 кГц — борьба идет за 8–12 кГц.
Возрастные изменения слуховой чувствительности человека
Обычно на частоте 10 кГц чувствительность уха у 60-летнего человека на 20 дБ ниже, чем у 20-летнего. (источник)
Впрочем, воздействие на слуховую систему человека неслышимых ультразвуковых частотных составляющих (прежде всего, обертонов), дошедших до барабанной перепонки по воздуху (есть еще костная проводимость), изучено не достаточно. Наука топчется, блуждая в дебрях проверки состоятельности субъективной оценки ощущений неслышимого, а практика действует методом тыка, вышибая деньгу.
Давно установлено, что если исключить из сигнала основной тон, то его слышимые высокочастотные обертона (если таковые изначально присутствовали, конечно) создадут ощущение наличия этого тона. Тогда как присутствие в воспроизводимой записи ультразвуковых обертонов якобы придает звучанию (акустических инструментов?) натуральность, но кивков на эту тему много, а подтверждений мало.
Возвращаясь к исходной задаче. Когда у АС завал на ВЧ начинается раньше тех же 16 кГц, а «уклон» больше, тогда картина примерно такая, т.е. чуток повеселее, чем призрачный довесок на ультра-ВЧ. При этом продавцы единодушно уверяют, что супертвитер, функционирующий и за 16 кГц, дает «облако звука». А если вы сие «облако» не слышите, то это уже ваша проблема.
Короче, высокочастотный (>
12–16 кГц) супертвитер фактически компенсирует спад на ВЧ, имеющийся у большинства АС с мягкими/тканевыми мембранами пищалок и особенно выраженный при отклонении от акустической оси (чем больше размер мембраны — тем сильнее).
Следует подчеркнуть, что на ВЧ практически все пищалки очень узконаправлены. Кроме того, «дальнобойность» обычных пищалок в отличие от СЧ- и НЧ-динамиков оставляет желать лучшего, и, чтобы пробивать более чем на
3 метра, необходима либо вкачиваемая мощность, либо обеспеченная изначально высокая чувствительность динамика.
Однако «пробивать» можно и за счет бугра в области частот 18–25 кГц, наблюдаемого, в частности, у титановых куполов. У магниевых мембран горб тоже имеется, но не столь выраженный:
Разнообразных ВЧ-динамиков, в том числе по материалам мембраны, с требуемой для супертвитера чувствительностью 92–95 дБ производится немало. Существуют и с рекордной чувствительностью >100 дБ, но это, как правило, так называемые ленточники, еще и подпертые рупором. Тут самое время взглянуть на график импеданса подобного динамика:
Прибавить ВЧ на малой громкости в состоянии как раз обычные супертвитеры, которые вносят заметный вклад уже с 5 кГц. Однако информацию про направленность и дальнобойность таковых производители держат в секрете.
Почему бы все-таки не сделать супертвитер самому, благо нынче в продаже куча разных ВЧ-динамиков? Например, многим меломанам полюбились ленточные Fountek — цена подъемная, качество звучания достойное.
Посчитать фильтр, следуя рекомендациям производителя, несложно. Правда, у типичных ленточников выражена направленность в вертикальной плоскости (обычно выше 20 кГц) , зато в горизонтальной — все путем. Например, у недорогого Fountek NeoCD1.0:
Причем на 18 кГц на акустической оси чувствительность достигает 100 дБ! А под углом в 30° вся АЧХ почти в линию аж до 40 кГц!
Ленточный динамик — индуктивная нагрузка, поэтому в мануале для Fountek NeoCD1.0 указан номинальный (усредненный в рабочей полосе частот) импеданс 5 Ом. Следует обратить внимание, что сопротивление на постоянном токе составляет 0,02 Ом — подключать без фильтра нельзя.
Единственное: макс. мощность — 25 Вт. Производитель рекомендует задействовать с 3,5 кГц при крутизне фильтра -18 дБ (3-й порядок). Практика подтвердила, что с 3 кГц еще тяжеловато — динамик перегружается, особенно при 1-м порядке фильтра.
Зато с фильтром 2-го порядка, подавляющим частоты ниже 7–8 кГц (например, состоящий из катушки 0,1 мГ и конденсатора около 3 мкФ) в целях тонкомпенсации (т.е. на малой громкости), Fountek NeoCD1.0 блеснет во всей красе, радуя чистейшими хрустальными ВЧ.
Тем не менее, если применять в качестве полноценного супертвитера, т.е. и на большой громкости, то разумно отодвинуть срез за 10–12 кГц. Оптимальный угол разворота такого супертвитера по азимуту относительно оси пищалки подбирается эмпирически.
Ориентировочная несглаженная АЧХ (получена с помощью ARTA) в связке АС с супертвитером на Fountek под углом 0° по азимуту — добавление выше
13 кГц к пищалке 
Ориентировочная несглаженная АЧХ в связке АС с супертвитером на Fountek под углом
20° — выравнивание в области 10 кГц, но локальный спад выше
Тогда как угол наклона в вертикальной плоскости лучше получить, направив акустическую плоскость оси супертвитера прямо в уши, находясь в точке прослушивания. В случае долговременного применения для тонкомпенсации при нечастом прослушивании на большой громкости супертвитер можно ставить на попа, разворачивать на 180° или отключать по биампингу.
Кстати, подключение супертвитера по биампингу представляется наиболее логичным — правда, добавятся длинные акустические провода. Все-таки даже ленточный супертвитер снижает импеданс на ВЧ, не говоря уже про купольный. Правда, если у АС большой подъем импеданса на ВЧ, то снижение на несколько Ом из-за супертвитера в целом мало влияет на звучание.
Импеданс и его фаза у АС (DALI Suite) без супертвитера 
Импеданс и его фаза той же АС, но с супертвитером на ленточном Fountek с фильтром 2-го порядка на частоте срезе
8 кГц 
Импеданс и фаза той же АС, но уже с импровизированным супертвитером на купольной пищалке и фильтром 1-го порядка — снижение на ВЧ на
Декоративный корпус нынче могут выточить на заказ — какой хочешь и из чего хочешь. Чтобы упрятать спаянный навесным монтажом фильтр (у меня под рукой оказались недорогие катушки и пленочные кондеры Visaton), использовал стаканчики для зубных щеток (см. фото в конце), благо подошли как влитые, а вместо ножек пока приспособил завалявшиеся от компьютерных сателлитов.
Да, вышло не так красиво, как у фирмачей, но в случае с «самоделом» главное — возможность «заточки» супертвитера именно под ваш слух и под ваши потребности. Так что выбор за Вами;)))
Источник