Кіріспе

Төмен жиілікті дыбыстарды шығаруға арналған динамик – динамиктердің бір түрі. Вуфер немесе бас динамигі – төмен жиілікті дыбыстарды шығаруға арналған динамиктерге берілген техникалық термин, әдетте 20 Гц-тен бірнеше жүз Гц-ке дейін. Атауы, иттің терең үреуін бейнелейтін ағылшын тіліндегі "woof" сөзінен (құстардың қатты шақыруларын жаңғыртатын "твиттер" деп аталатын динамиктерден өзгеше). Вуферлердің ең көп таралған түрі – электродинамикалық драйвер, ол әдетте магнит өрісімен қоршалған дауыс катушкасымен басқарылатын, берік қағаз конустан тұрады. Дауыс катушкасы, адгезивтер арқылы динамиктің артқы жағына бекітіледі. Дауыс катушкасы мен магнит бірге сызықтық электр қозғалтқышын құрайды. Ток дауыс катушкасынан өткенде, катушка Флемингтің сол қолының ережесіне сәйкес, рамаға қатысты қозғалады, нәтижесінде катушка драйверлік конусты поршеньдей итеріп немесе тартады. Конус қозғалғанда дыбыс толқындары пайда болады, ол ішке және сыртқа қозғалады. Қалыпты дыбыс қысымы деңгейінде (SPL), көптеген адамдар шамамен 20 Гц-ке дейінгі дыбыстарды ести алады. Вуферлер әдетте динамиктердің жиілік диапазонының ең төменгі октаваларын қамту үшін қолданылады. Екі жолмен жұмыс істейтін динамик жүйелерінде, төменгі жиіліктерді басқаратын драйверлер орта жиіліктің маңызды бөлігін, көбінесе 800-1000 Гц-ке дейін қамтуы керек; мұндай драйверлер орташа вуферлер деп аталады. 1990 жылдан бері, тек өте төмен жиіліктер үшін арналған, субвуфер деп аталатын динамиктер үй кинотеатрлары мен PA жүйелерінде бас жауабын күшейту үшін кеңінен қолданылады; субвуферлер әдетте ең төменгі екі немесе үш октаваны (яғни 20-80 немесе 120 Гц-тен) басқарады.

Уофердің дизайны

Жақсы воуферді жасау үшін төменгі жиілікті күшейткіш сигналын жоғары сапамен және қанағаттанарлық тиімділікпен механикалық ауа қозғалысына тиімді түрде түрлендіру қажет. Бұл конус қозғалысын ауамен байланыстыру үшін динамик корпусын пайдалану қажеттілігімен көмектеседі, сонымен бірге қиындықтар тудырады. Егер жақсы жасалса, воуферді жобалаудың көптеген басқа мәселелері (мысалы, сызықтық ауытқу талаптары) азаяды. Көп жағдайда воуфер мен оның корпусы бірге жұмыс істеуге арналған болуы керек. Әдетте корпус қолданылатын динамиктердің сипаттамаларына сәйкес жобаланады. Корпустың мөлшері ең ұзын толқын ұзындығына (ең төменгі жиіліктерге) байланысты, ал воуфер корпусы орташа және жоғары жиіліктерге қажеттіден әлдеқайда үлкен болады. Кроссоверлік желі, пассивті немесе белсенді, воуфер және басқа динамиктермен жұмыс істейтін жиіліктерді сүзіп тастайды. Кроссовер және динамик жүйесі, соның ішінде воуфер, күшейткіштен берілетін электр сигналын күшейткіш пен динамиктер арасындағы басқа да өзара әрекеттесусіз бірдей толқын формасының акустикалық сигналына айналдыруы тиіс. Бірақ кейде күшейткіш пен динамиктер бірге жобаланады, динамиктер күшейткішке бұрмалауды түзету үшін теріс кері байланыс береді. Воуферді жобалау және өндіруде көптеген қиындықтар бар. Көбінесе бұл конус қозғалысын басқарумен байланысты, сондықтан воуфердің дауыс орамдарына берілген электр сигналы конус қозғалысы тудыратын дыбыс толқындарымен дәл қайталанбауы керек. Мәселелерге конусты естілетін бұрмалаусыз таза демпферлеу кіреді, сонда конус қозғалысын тоқтатпай, әр циклдегі сигнал нөлге жеткенде қоңырау тудырмауы керек, сондай-ақ жоғары ауытқуларды басқару (әдетте қатты дыбыстарды шығару үшін қажет) төмен бұрмалаумен. Сонымен қатар, күшейткішке барлық жиіліктерде тұрақтыға жақын электр кедергі ұсыну да қиындық тудырады. Қазіргі кезде кеңінен қолданылатын бас рефлексі корпусының алғашқы нұсқасын 1932 жылы Белл зертханасының Альберт Л. Турас патенттеген.

Белсенді дыбыс берушілер

1965 жылы Sennheiser Electronics компаниясы Philharmonic дыбыс жүйесін ұсынды, ол қарапайым воуферлердің кездесетін кейбір мәселелерді шешу үшін электрониканы пайдаланды. Олар воуферге қозғалыс сенсорын қосты және оның нақты қозғалысына сәйкес келетін сигналды арнайы жасалған күшейткішке басқару сигналы ретінде кері байланыс түрінде берді. Егер мұқият орындалса, бұл өнімділікті (қатаңдығы мен төмен жиілікті өнімділікті кеңейтуде) икемділіктің (күшейткіш пен динамик тұрақты байланыста болады) және құнының есебінен едәуір жақсарта алады. АҚШ-та мұнай саласының инженеры Л. В. Эрат осыған ұқсас жоғары сапалы динамиктер желісін енгізді. Электрониканың құны төмендеген сайын, сенсормен жабдықталған воуферлерді арзан «музыкалық жүйелерде», бумбокс-тарда және тіпті автомобиль аудио жүйелерінде қолдану жиі кездеседі. Бұл әдетте жеңіл немесе дұрыс емес жасалған корпусшаларда арзан немесе кішкентай драйверлерден жақсы өнімділік алу үшін жасалады. Бұл тәсіл қиындықтар тудырады, себебі барлық бұрмалауды сервотехника арқылы жоюға болмайды, ал нашар жасалған корпус электрондық түзетудің кез келген әрекетінен алынған пайданы жоя алады.

Теңестірілген дыбыс берушілер

Дауыс берушілердің қасиеттерін өлшеуге және үлкен дәрежеде болжауға болады, сондықтан динамик жүйесінің кемшіліктерін толықтыратын арнайы схемаларды жобалау мүмкін. Теңдеу әдістері көптеген жария орталықтарда және дыбысты күшейту жүйелерінде қолданылады. Мұндағы мәселе бірінші кезекте жоғары сапалы дыбыс беру емес, акустикалық ортаны басқару болып табылады. Осы жағдайда, теңдеуді қолданылатын динамик жүйелерінің және олар орналасқан бөлменің ерекшеліктеріне қарай жеке-жеке реттеу қажет.

Цифрлық сүзгілеудің кроссовері және теңестірілуі

Компьютерлік техника, әсіресе цифрлық сигналды өңдеу (DSP), жоғары дәлдіктегі кроссоверлерді жасауға мүмкіндік береді. Шектелген импульстік жауап (FIR) және басқа да цифрлық техникаларды пайдалану арқылы, екі немесе үш күшейткішті (амп) жүйелерге арналған кроссоверлерді пассивті немесе активті аналогты сүзгілермен мүмкін емес дәлдікпен жасауға болады. Бұған қоса, көптеген динамиктердің ерекшеліктері (жеке өзгешеліктеріне дейін) бірден түзетілуі мүмкін, мысалы, Клейн мен Хуммельдің жақындағы жобаларында көрініп тұрғанындай. Бұл тәсіл күрделі болғандықтан, төмен бағалы жабдықтарда қолданылуы екіталай.

Конус материалдары

Барлық конус материалдарының артықшылықтары мен кемшіліктері бар. Дизайнерлер конустарда іздейтін үш басты қасиет – жеңіл салмақ, беріктік және түссіздік (қоңырау эффектісінің болмауынан). Кевлар және магний сияқты экзотикалық материалдар жеңіл және берік, бірақ олардың өндірілуі мен конструкциясына байланысты қоңырау эффектісі туындауы мүмкін. Қағаз (жабынған қағаз конустарды қоса алғанда) және әртүрлі полимерлер металл мембраналарға қарағанда аз қоңырау эффектісін тудырады, бірақ олар ауыррақ және оған дейін берік болмауы мүмкін. Кез келген конус материалынан жасалған жақсы және нашар динамиктер болды. Шөміштерді жасау үшін шыны талшықтан, бамбук талшығынан, алюминийден жасалған ұялы құрылымдарға дейін, және микамен толтырылған пластик конустарға дейін, барлық түрлі материалдар қолданылды.

Рамалық конструкциясы

Рама немесе себет – конус, дауыс орам және магнитті дұрыс орналастыратын құрылым. Дауыс орамының аралығы өте тар болғандықтан (бос кеңістік әдетте ондаған мыңнан бірдей дюймді құрайды), беріктік маңызды, себебі дауыс орамының магнит құрылымына тиюіне және қажетсіз қозғалыстарға жол бермеу керек. Екі негізгі металл рама түрі бар: штампталған және құйылған. Штампталған себеттер (әдетте болаттан жасалған) – төмен құнмен шешім. Бұл типтегі раманың кемшілігі – динамик жоғары дыбыспен жұмыс істегенде себет иілуі мүмкін, сонымен қатар тек белгілі бір бағытта ғана иілуге қарсы тұрады. Құйылған себеттер қымбатқа түседі, бірақ әдетте барлық бағытта берік, жақсы демпферлеуге ие (өздік резонансын азайтады), күрделі пішіндерде болуы мүмкін, сондықтан жоғары сапалы динамиктер үшін көбінесе осылар таңдалады.

Қуатты басқару

Вуфердің маңызды сипаттамасы – оның қуат деңгейі, яғни вуфердің зақымданусыз көтере алатын қуат мөлшері. Электр қуатының номиналды деңгейін анықтау қиын, және көптеген өндірушілер зақым келтірмей тек өте қысқа уақытқа ғана жете алатын ең жоғары қуат деңгейін көрсетеді. Вуфердің қуат деңгейі динамик экстремалды жағдайларда жұмыс істегенде маңызды болады: жоғары шығыс талап ететін қолданыстар, күшейткіштің жүктемеге түсуі, ерекше сигналдар (мысалы, музыкалық емес сигналдар), корпустың акустикалық жүктемесі аз немесе мүлдем болмайтын өте төмен жиіліктер (сонда конус максималды ауытқуға ие болады) немесе күшейткіш бұзылғанда. Жоғары дыбыс деңгейінде вуфердің дауыс орамасы қызып, кедергісі артады, бұл «қуаттың қысылуына» әкеледі – ұзақ уақыт бойы жоғары қуатпен жұмыс істегеннен кейін дыбыс қуатының деңгейі төмендеуі. Әрі қарай қызу дауыс орамасын физикалық деформацияға ұшыратуы мүмкін, бұл сыпыруға, сым оқшаулағышының нашарлауына байланысты қысқа тұйықталуға немесе басқа электрлік немесе механикалық зақымдануға әкелуі мүмкін. Кенеттен импульстік қуат дауыс орамасының сымын балқытып, тізбекті ашып, вуфердің жұмысын тоқтатуы мүмкін; қажетті деңгей драйвердің сипаттамаларына байланысты өзгереді. Қалыпты тыңдау деңгейіндегі музыкалық қолданыстарда вуфердің электр қуаты көбінесе маңызды емес, бірақ ол жоғары жиілікті драйверлер үшін маңызды болып қалады. Дыбыс шығару драйверлерінде, соның ішінде вуферлерде қуатты басқарудың үш түрі бар: жылулық (жылу), электрлік (жоғарыда талданған) және механикалық. Механикалық қуатты басқару лимиті конус ауытқуы максималды шегіне жеткенде жетеді. Жылу қуатын басқару лимитіне, механикалық лимиттерден асып кетпесе де, вуферге ұзақ уақыт бойы жоғары қуат деңгейі берілгенде жетуі мүмкін. Дауыс орамасына берілген энергияның көп бөлігі дыбысқа емес, жылуға айналады; барлық жылу соңында полюстің өзегіне, магниттік құрылымның қалған бөлігіне және рамаға беріледі. Вуфердің құрылымынан жылу ақырында қоршаған ауаға таралады. Кейбір драйверлерде жақсырақ салқындату үшін қосымша мүмкіндіктер қарастырылған (мысалы, желдетілетін магниттік полюс бөліктері, арнайы жылу өткізгіш құрылымдар), бұл жұмыс кезінде, әсіресе жоғары қуат деңгейінде, ораманың/магниттің/раманың температурасын арттыруды азайтуға көмектеседі. Егер дауыс орамасына оның жылуды тарату қабілетіне қарағанда көп қуат берілсе, ол қауіпсіз ең жоғары температурадан асып кетеді. Желімдер балқыуы мүмкін, дауыс орамасының корпусы балқып немесе деформациялануы мүмкін, немесе дауыс орамасы орамаларын бөлетін оқшаулау бұзылуы мүмкін. Осы оқиғалардың кез келгені вуферге зақым келтіруі мүмкін, тіпті оны пайдалануға жарамсыз етуі мүмкін.

Қоғамдық мекенжай (PA) және аспаптар қолданбалары

Қоғамдық дабыл жүйелері (PA) және аспап күшейткіштері үшін жасалған динамиктер (woofer) үй аудио динамиктеріне ұқсас, бірақ олар көбінесе мықтырақ конструкцияланған. Әдетте, конструкциядағы айырмашылықтар мыналарды қамтиды: қайта-қайта тасымалдау мен қолдануға арналған корпус, жоғары дыбыс қысымын қамтамасыз ету үшін үлкен динамик конусы, жоғары қуатқа төтеп беру үшін күшті дауыс орамдары және жоғары серпімділік. Әдетте, PA/аспап қолданбасында қолданылатын үй динамигі, PA/аспап динамигіне қарағанда тезірек тозуы мүмкін. Екінші жағынан, үй аудио қолданбасындағы PA/аспап динамигі, әсіресе төмен дыбыс деңгейінде, бірдей сапаны көрсетпейді. PA динамигі осы айырмашылықтарға байланысты жоғары сапалы үй аудиосының мақсаты болып табылатын жоғары дыбыстық сапаны шығара алмайды. PA жүйелеріндегі динамиктер әдетте жоғары тиімділікке және жоғары қуатқа ие болады. Жоғары тиімділік пен қолжетімді баға арасындағы келісім әдетте салыстырмалы түрде төмен ауытқу мүмкіндігін (яғни, көптеген үй динамиктері сияқты "ішке және сыртқа" кең қозғала алмайды) білдіреді, себебі олар рупорларға немесе үлкен рефлекстік корпусқа арналған. Олар сонымен қатар кең ауқымды төмен жиілікті дыбыс беруге қолайсыз, себебі төмен жиілікті жауаптың соңғы октавасы өлшемді және құнын айтарлықтай арттырады, ал PA қолданбасындағыдай жоғары деңгейде осыны іске асыру экономикалық тұрғыдан тиімсіз. Үй стерео динамигі, салыстырмалы түрде төмен дыбыс деңгейінде қолданылатындықтан, өте төмен жиілікті дыбыстарды өңдей алады. Осы себепті, көптеген PA динамиктері жоғары сапалы үй аудио жүйелерінде қолдануға жарамсыз, және керісінше.

Жиілік диапазондары

Кәдімгі дыбыс қысымы деңгейінде адамдардың көпшілігі шамамен 20 Гц-ке дейін ести алады. Ең төменгі дыбыстарды дәл қайта өндіру үшін, басты динамик немесе басты динамиктер тобы тиісті көлемдегі ауаны қозғауы керек – бұл төмен жиіліктерде қиындап кетеді. Бөлме қаншалықты үлкен болса, төмен жиіліктерде қажетті дыбыс қуатын жасау үшін басты динамиктің қозғалысы соншалықты көп ауаны ығыстыруы керек.