Магнитостатические громкоговорители Magneplanar: принцип работы и особенности конструкции.

Введение

Magnepan — частный производитель высококлассных аудиоколонок в Уайт-Бер-Лейк, штат Миннесота, США. Технология их акустических систем была разработана и внедрена инженером Джимом Уайни в 1969 году.

Обзор

Дизайн акустических систем Magnepan, продаваемый под торговой маркой Magneplanar (часто называемый "Maggies"), отличается от конструкции традиционных динамиков тем, что в нем используются не диффузоры, установленные в корпус, а плоская система излучателей, установленная в панель. Механизм воспроизведения Magneplanar (магнитостатический динамик) состоит из тонких проводящих проводов и/или фольги, прикрепленных к тонкой пленке Mylar, находящейся в магнитном поле, создаваемом вертикальным рядом постоянных магнитных полос. При подаче электрического сигнала на проводники, результирующий электрический ток, проходящий через магнитное поле, оказывает силу на провода или ленту, перемещая пленку Mylar, которая излучает звук как диполь. В основе этого подхода лежит та же концепция, что и у конусового динамика с голосовой катушкой, но в динамике Magneplanar "голосовые катушки" прикреплены (приклеены) непосредственно к излучающей поверхности. Поскольку сила в конусном динамике прикладывается только к голосовой катушке, возникают режимы искажений, известные как разрушение конуса; в динамиках Magneplanar сила прикладывается гораздо более равномерно по всей излучающей поверхности, что приводит к меньшему количеству режимов искажений. Звук излучается как с передней, так и с задней стороны излучающей поверхности. Звук с задней стороны динамика отражается от передней стены помещения для прослушивания. Считается, что это эффективно расширяет звуковую сцену, создавая ощущение пространства и реалистичности. Конструкция Magneplanar, использующая пассивный массив магнитов, не является единственной реализацией акустической системы, хотя она и была первой в своем роде. Eminent Technology, Analysis Audio, Apogee и другие также используют пассивные магнитные конструкции. В целом, они классифицируются как плоские магнитные динамики. Существуют и другие конструкции динамиков, аналогичные Magneplanar. MartinLogan и Quad Electroacoustics, среди прочих, производят электростатические динамики, которые являются еще одним вариантом дипольной модели. Электростатические динамики работают по несколько иному принципу. В то время как голосовые катушки в Magneplanar представляют собой проводящие провода или фольгированные полосы, установленные на пленке Mylar, электростатические динамики удерживают заряженную проводящую пленку между двумя сетками (статорами), которые перемещают пленку. Одним из недостатков обеих конструкций является то, что для воспроизведения глубоких басов требуется большая площадь излучающей поверхности. Magnepan решил эту проблему за счет физических размеров динамиков – большая излучающая поверхность производит больше басов. MartinLogan решил проблему с басами, установив традиционный конусный басовый динамик в отдельном отсеке корпуса динамика, что обычно приводит к физически меньшему динамику, чем Magneplanar. Срок службы динамиков Magnepan составляет около 20-30 лет. Со временем провода или алюминиевые полосы начинают отслаиваться от пленки Mylar. Отслоение приводит к появлению гудения при воспроизведении низких частот, которое затем усиливается. Этот срок службы значительно сокращается при воздействии тепла от камина или воздуховода, или ультрафиолетового излучения от прямого солнечного света. Динамики Magnepan можно отправить на завод для ремонта. Ремонт также можно выполнить самостоятельно.

Magnepan's speaker design, sold under the brand name Magneplanar (often referred to as "Maggies"), differs from that of conventional speakers in relying not on cones mounted in an enclosure, but on a planar driver system mounted in a panel. A Magneplanar's reproducing mechanism (magnetostatic loudspeaker) comprises thin conductive wires and or foil strips attached to a thin sheet of Mylar residing in a magnetic field created by a vertical array of permanent strip magnets. When an electric signal is applied to the conductors, the resultant electric current moving through the magnetic field applies a force to the wires or tape, moving the Mylar film sheet, which projects sound as a dipole. In principle, this approach relies on the same concept as a voice coil driven cone speaker, but in a Magneplanar speaker the "voice coils" are attached (glued) directly to the radiating surface. Since the force is applied only to the voice coil in a cone speaker, there are distortion modes called cone breakup; in the magneplanar speakers the force is applied much more evenly over the radiating surface, resulting in fewer distortion modes. Sound is projected from both the front and back of the radiating surface. The sound from the back of the speaker is reflected from the front wall of the listening area. This is said to effectively enhance the soundstage the sense of space and realism of the speaker. The Magneplanar design, using a passive magnet array, is not a unique loudspeaker implementation, although it was the first of its type. Eminent Technology, Analysis Audio, Apogee and others also employ passive magnet designs. Broadly, these are classed as planar magnetic speakers. There are other speaker designs similar to the Magneplanar. MartinLogan and Quad Electroacoustics, among others, make electrostatic loudspeakers, which are another variation on the dipole model. Electrostatic speakers operate on a somewhat different principle. While the voice coils in the Magneplanar are conductive wires or foil strips mounted on a sheet of Mylar film, electrostatic speakers suspend a charged conductive film between two grids (stators), which move the film. One disadvantage of both designs is that a very large panel is required to produce deep bass. Magnepan has addressed this by the physical size of the speakers a physically large radiating surface produces more bass. MartinLogan has addressed the bass problem by mounting a conventional cone bass driver in a separate section of the speaker chassis, generally resulting in a physically smaller speaker than the Magneplanar. Magnepans have a life expectancy of about 20 30 years. Eventually the wires or aluminum strips start to delaminate from the mylar. Delamination will result in buzzing when playing low frequencies, and then get worse. This life expectancy shortens drastically when exposed to heat from a fireplace or heat duct, or UV radiation from being in direct sunlight. Magnepans can be shipped to the factory for repair. Repair can also be done at home.

Технология

Magnepan использовал несколько различных технологий при создании своих магнитостатических динамиков. Все динамики Magnepan основаны на гибких ферритных магнитных полосах (подобных магнитам для холодильников) толщиной 0,060" (1,5 мм), обычно разрезаемых на полосы шириной 1/4" (6 мм) для средне-низких частот или 1/8" (3 мм) для высоких частот, и примерно равной длине динамика. Магниты приклеиваются к листу перфорированной стали 20-го калибра (1 мм). Сталь поддерживает магниты и одновременно замыкает магнитную цепь с обратной стороны, что усиливает магнитное поле перед магнитами примерно на 25%. Пленка майлара толщиной 0,0005" (12,5 мкм) подвешена перед магнитной структурой на расстоянии около 1/16" (1,6 мм) от магнитов. Затем к майлару приклеиваются алюминиевые провода или лента. Использовался исключительно алюминий, так как медь имеет на две трети меньшее сопротивление, что привело бы к значительному увеличению размеров динамиков или затруднило бы их управление. Очень малое количество усилителей способно работать с 2,7-омными динамиками. В более ранних моделях Magnepan использовался алюминиевый провод 31-го калибра (0,0089", 0,23 мм) для высоких частот и более толстый провод 22-го калибра (0,0253", 0,64 мм) для средне-низких частот. Провод приклеивался к майлару с помощью спрея 3M 77 и герметизировался 3M Fastbond 30NF (ранее Magnepan использовал Milloxane для герметизации, но сейчас этого не делает). В новых моделях Magnepan используется алюминиевая лента толщиной 30 мкм (0,0012") и шириной 1/8" (3 мм) вместо провода. При использовании алюминиевой ленты вместо проводов Magnepan называет динамики "Квази-ленточными". Использование алюминиевой ленты распределяет усилие на диафрагму из майлара, что заметно снижает искажения. Ленточные излучатели Magnepan изготавливаются из алюминиевой полосы толщиной около 5 мкм (0,0002"), шириной 1/4" (6 мм) и длиной 60" (1,5 м). Алюминий гофрируется, чтобы складки предотвращали изгиб ленты между магнитами. До гофрирования длина ленты составляет около 80" (2 м). Алюминий подвешен между двумя ферритными магнитами, имеющими примерно квадратное сечение. Магниты крепятся к листу формованной и перфорированной стали толщиной 1/8" (3 мм), который удерживает магниты на месте и замыкает магнитную цепь, усиливая магнитное поле в зазоре примерно на 40%. Динамики 20.7 и 30.7 имеют push-pull конструкцию с магнитами с обеих сторон, что обеспечивает более линейное магнитное поле. Во всех остальных моделях магниты расположены только с обратной стороны диафрагмы. Наиболее часто упоминаемыми недостатками конструкции Magnepan являются относительно низкая эффективность и трудности с воспроизведением очень низких басовых частот из-за отсутствия корпуса. Из-за низкого сопротивления (4 ома) и низкой чувствительности (86 дБ) для достижения умеренно громкого звучания требуется значительный ток. Многие недорогие ресиверы просто не обладают достаточной мощностью тока, что приводит к различным видам искажений, включая перекрестные искажения, обрезку сигнала и ограничение скорости нарастания, в результате чего звучание динамиков может быть неоптимальным. Если усилитель начнет перегружаться, это может повредить ленту или высокочастотную проводку. Использование усилителя мощностью 100 Вт или выше с высоким выходным током обеспечит значительно лучшее звучание. Как правило, усилитель должен выдавать в два раза больше мощности при 4 омах, чем при 8 омах; если указано меньше, то блок питания и/или выходная ступень усилителя, скорее всего, будут недостаточными для достижения оптимального звучания динамиков Magnepan. Многие современные и винтажные усилители соответствуют этим требованиям, но это зависит от их конструкции.

Magnepan has used several different technologies in constructing their magnetostatic speakers. All Magnepan speakers are based on flexible ferrite magnet strips (like refrigerator magnets), 0.060" (1.5 mm) thick, typically cut to either 1/4" (6 mm) wide (mid bass) or 1/8" (3 mm) wide (tweeters) and more or less the length of the speaker. The magnets are glued to a piece of custom perforated 20 gauge (1 mm) steel sheet. The steel supports the magnets and also completes the magnetic circuit on the back of the magnets, resulting in about a 25% stronger magnetic field in front of the magnets. Mylar film, 0.0005" (12.5 μm) thick, is suspended in front of the magnet structure about 1/16" (1.6 mm) away from the magnets. Aluminum wires or film are then glued to the mylar. Only aluminum was used: copper has two thirds the resistance of aluminum, which would make the speakers either much larger or much more difficult to drive. Very few amplifiers can handle 2.7 ohm speakers. Older Magnepans used aluminum magnet wire, thin 31 gauge (0.0089", 0.23 mm) for the tweeters and thicker 22 gauge (0.0253", 0.64 mm) for the mid bass. The wire is glued to the mylar with 3M 77 spray adhesive, then sealed with 3M Fastbond 30NF (Magnepan used to use Milloxane to seal, but no more). Newer Magnepans use 30 μm (0.0012") thick 1/8" (3 mm) wide aluminum tape instead of wire. When the aluminum tape is used instead of wires, Magnepan calls the speakers "Quasi Ribbons". Using the aluminum tape spreads out the driving force on the mylar speaker diaphragm, resulting in noticeably lower distortion. Magnepan ribbons are constructed with a strip of aluminum roughly 5 μm (0.0002") thick, 1/4" (6 mm) wide, 60" (1.5 m) long. The aluminum is corrugated the pleats help keep the ribbon from flexing between the magnets. Before corrugating the ribbon it's more like 80" (2 m) long. The aluminum is suspended between two ferrite magnets, about in cross section. The magnets are attached to a 1/8" (3 mm) thick piece of formed and perforated steel, which both holds the magnets in place and also completes the magnetic circuit, resulting in about a 40% stronger magnetic field in the magnet gap. The 20.7 and 30.7 speakers are push pull designs. They have magnets front and back, thus making for a more linear magnetic field. All other models have magnets only at the back of the diaphram. The most frequently cited disadvantages of Magnepan's overall design are relatively low efficiency and, given the absence of an enclosure, difficulty in reproducing very low bass frequencies. Because of the low resistance (4 ohms) and low sensitivity (86 dB), it requires a surprising amount of current to drive the Magnepans to moderately loud listening levels. Many inexpensive receivers simply do not have the required current capacity, so they go into various distortion modes, including crossover distortion, current / SOA clipping and slew limiting, with the result that the Magnepans may not sound very good. If the amplifier starts clipping, it could destroy the ribbon or treble wiring. Driving the Magnepans with a 100 watt or better high current amplifier will result in much better sound. Generally, the amplifier should put out double the power into 4 ohms that it does into 8 ohms; if the specification is for less than double, then the power supply and/or output stage of the amplifier will most likely not be sufficient to obtain best sound from the Magnepans. Many suitable modern and vintage amplifiers can do this, but it depends on their design.

Модели

Первоначально Magnepan продавал серии MG и Tympani. Серия Tympani была снята с производства несколько десятилетий назад и заменена моделями 20.7 и 30.7. Серия MG производилась непрерывно, но обозначение "MG" было исключено из названия; таким образом, MG I теперь называется 1.7, MG II – (снятая с производства) 2.7, а MG III – 3.7. Magnepan также выпускал небольшую, относительно недорогую модель SMG, которая стала MMG, а теперь известна как LRS. Динамики Tympani и MG изготавливались из проволоки на миларе, а модели без обозначения "MG" – из алюминиевой фольги на миларе ("Quasi Ribbon"). Модели 2.6, MG III, 3.7, Tympani IV, 20.7 и 30.7 оснащены ленточным излучателем Magnepan и воспроизводят звук до 40 кГц. Остальные модели не имеют настоящего ленточного излучателя и, следовательно, воспроизводят звук только до 18–25 кГц. Все динамики Magnepan имеют импеданс 4 Ома и чувствительность 86 дБ при 500 Гц, 2.83 В.

Модель Технология Диапазон частот Размер (дюймы) Годы выпуска Цена 2022 Magneplanar LRS 2-полосная / Quasi Ribbon 50 Гц – 20 кГц 14.5 × 48 × 1.25 2019–настоящее время $750 Magneplanar LRS+ 2-полосная / Quasi Ribbon 50 Гц – 20 кГц 14.5 × 48 × 1.25 2022–настоящее время $1000 Magneplanar .7i 2-полосная / Quasi Ribbon 45 Гц – 20 кГц 15 × 54 × 1.25 2010–настоящее время $1800 Magneplanar 1.7i 3-полосная / Quasi Ribbon 40 Гц – 24 кГц 19 × 65 × 2 2010–настоящее время $2800 Magneplanar 2.6r 3-полосная / Ленточный твитер + Quasi Ribbon 40 Гц – 40 кГц 22 × 71 × 2 1994–1999 $1200 (б/у) Magneplanar 2.7 3-полосная / Quasi Ribbon 40 Гц – 24 кГц 22 × 71 × 2 2000–2013 $1200 (б/у) Magneplanar 3.7i 3-полосная / Ленточный твитер + Quasi Ribbon 35 Гц – 40 кГц 24 × 71 × 1.6 2013–настоящее время $8000 Magneplanar 20.7 3-полосная / Ленточный твитер + Quasi Ribbon
Конструкция магнитов Push pull 25 Гц – 40 кГц 29 × 79 × 2 2011–настоящее время $18,000 Magneplanar 30.7 4-полосная / Ленточный твитер + Quasi Ribbon
Конструкция магнитов Push pull 20 Гц – 40 кГц 29 × 79 × 2 + 16 × 79 × 2 2017–настоящее время $38,000 Magneplanar SMG / MMG 2-полосная / Планарный магнитный 50 Гц – 18 кГц 14.5 × 48 × 1.6 1990–2018 $300 (б/у) Magneplanar MG I 2-полосная / Планарный магнитный 50 Гц – 18 кГц 22 × 60 × 1.6 1972–1999 $300 (б/у) Magneplanar MG II 2-полосная / Планарный магнитный 40 Гц – 18 кГц 22 × 71 × 1.6 1980–1999 $400 (б/у) Magneplanar MG III 3-полосная / Ленточный твитер + Планарный магнитный 37 Гц – 40 кГц 23 × 72 × 2 1983–2000 $600 (б/у) Magneplanar Tympani I 3-полосная / Планарный магнитный 40 Гц – 20 кГц 48 × 72 × 1 1973–1978 $2000 (б/у) Magneplanar Tympani III 3-полосная / Планарный магнитный 35 Гц – 25 кГц 64 × 72 × 1 1976–1980 $2000 (б/у) Magneplanar Tympani IV 3-полосная / Ленточный твитер + Планарный магнитный 30 Гц – 40 кГц 48 × 72 × 1 1980–1999 $2500 (б/у)