Введение

Тип акустической системы
динамик акустической системы приложение для социальных сетей

Твитер, или высокочастотный динамик – это специальный тип акустической системы (обычно купольного, с обратным куполом или рупорного типа), предназначенный для воспроизведения высоких звуковых частот, как правило, до 100 кГц. Название происходит от высоких звуков, издаваемых некоторыми птицами (щебетание), особенно в отличие от низких звуков, издаваемых многими собаками (лая), по аналогии с которыми названы низкочастотные динамики (вуферы).

Операция

Почти все твитеры – это электродинамические излучатели, использующие звуковую катушку, подвешенную в постоянном магнитном поле. Эти конструкции работают, подавая ток от выходного каскада усилителя на катушку провода, называемую звуковой катушкой. Звуковая катушка создает переменное магнитное поле, которое взаимодействует с постоянным магнитным полем постоянного магнита, вокруг которого подвешена цилиндрическая звуковая катушка, заставляя звуковую катушку и прикрепленную к ней мембрану двигаться. Это механическое движение повторяет форму электронного сигнала, подаваемого от выхода усилителя на звуковую катушку. Поскольку катушка прикреплена к мембране, колебательное движение звуковой катушки передается мембране; мембрана, в свою очередь, заставляет вибрировать воздух, создавая тем самым движения воздуха или звуковые волны, воспринимаемые как высокие частоты. Современные твитеры обычно отличаются от более старых моделей, которые часто представляли собой уменьшенные версии низкочастотных динамиков. С развитием технологии твитеров стали популярными различные конструктивные решения. Мембраны многих твитеров с мягким куполом изготавливаются методом термоформования из полиэфирной пленки или шелковой или полиэфирной ткани, пропитанной полимерной смолой. Твитеры с жестким куполом обычно изготавливаются из алюминия, алюминиево-магниевых сплавов или титана. Твитеры предназначены для преобразования электрического сигнала в механические колебания воздуха без каких-либо искажений, однако этот процесс несовершенен, и реальные твитеры предполагают компромиссы. Среди проблем при проектировании и производстве твитеров: обеспечение достаточного демпфирования для быстрой остановки движения купола после прекращения сигнала; обеспечение линейности подвески для обеспечения высокой выходной мощности на нижнем пределе частотного диапазона; предотвращение контакта с магнитной системой, центрирование купола во время движения; и обеспечение достаточной мощности без увеличения массы. Твитеры способствуют сбалансированному и насыщенному звучанию, фокусируясь на воспроизведении высоких частот. Твитеры также могут работать в сочетании с низкочастотными динамиками, отвечающими за воспроизведение низких частот или баса. Некоторые твитеры располагаются вне основного корпуса в отдельном полунезависимом блоке. Примерами служат "супертвитеры" и оригинальный "яйцевидный твитер" от Ohm. Последний подключается и поворачивается для регулировки звукового поля в зависимости от положения слушателя и его предпочтений. Размещение отдельно от панели динамика считается оптимальным, исходя из теории, что для твитеров оптимальна минимальная площадь панели.

Диапазон

Большинство высокочастотных динамиков (твитеров) разработаны для воспроизведения частот вплоть до формально определенного верхнего предела диапазона человеческого слуха (обычно указываемого как 20 кГц); некоторые работают в диапазоне приблизительно от 5 кГц до 20 кГц. Высокочастотные динамики с расширенным верхним диапазоном создаются для психоакустических исследований, для цифрового аудио с расширенным диапазоном, такого как Super Audio CD, предназначенного для аудиофилов, для биологов, проводящих исследования реакции животных на звуки, и для систем звукового оформления в зоопарках. Существуют ленточные высокочастотные динамики, способные воспроизводить частоты до 80 кГц и даже 100 кГц.

Материалы купола

Все купольные материалы имеют свои преимущества и недостатки. Три характеристики, которые проектировщики ищут в куполах, – это малый вес, высокая жесткость и хорошая демпфирующая способность. Celestion первыми начали производить купольные высокочастотные динамики из металла, а именно меди. Сегодня используются и другие металлы, такие как алюминий, титан, магний и бериллий, а также различные их сплавы, которые отличаются легкостью и жесткостью, но имеют низкую демпфирующую способность; их резонансные частоты находятся выше 20 кГц. Для достижения экстремальной жесткости также применяются более экзотические материалы, такие как синтетический алмаз. Полиэтилентерефталатная пленка и тканый шелк меньше склонны к возникновению звонких искажений, но уступают по жесткости, что может ограничить их воспроизведение самых высоких частот. В целом, купольные высокочастотные динамики меньшего размера обеспечивают более широкую диаграмму направленности на высоких частотах. Однако у них меньшая излучающая поверхность, что ограничивает их выходную мощность на нижней границе диапазона; и меньшие звуковые катушки, что ограничивает их общую мощность.

Феррожидкость

Феррофлюид — это суспензия очень мелких (обычно 10 нм) магнитных частиц оксида железа в жидкости с очень низкой летучестью, как правило, синтетическом масле. Широкий диапазон вариантов вязкости и магнитной плотности позволяет разработчикам добавлять демпфирование, охлаждение или и то, и другое. Феррофлюид также способствует центрированию звуковой катушки в магнитном зазоре, снижая искажения. Жидкость обычно вводится в магнитный зазор и удерживается на месте сильным магнитным полем. Если высокочастотный динамик подвергается воздействию повышенных уровней мощности, происходит некоторое загустение феррофлюида, поскольку часть жидкости-носителя испаряется. В крайних случаях это может ухудшить качество звука и уровень выходной мощности высокочастотного динамика, и жидкость необходимо удалить и заменить новой.

Профессиональные звуковые приложения

Твиттеры, предназначенные для усиления звука и применения с музыкальными инструментами, в целом похожи на высококачественные твиттеры, хотя их обычно называют не твиттерами, а "высокочастотными излучателями". Основные различия в конструктивных требованиях заключаются в креплениях, рассчитанных на многократную транспортировку и обращение, в излучателях, часто устанавливаемых на рупора для обеспечения более высокого уровня звука и лучшего контроля над диаграммой направленности, а также в более прочных звуковых катушках, способных выдерживать типично высокие уровни мощности. Высокочастотные излучатели в рупорах PA часто называют "компрессионными излучателями" из-за способа акустической связи между диафрагмой излучателя и горлом рупора. В конструкции диафрагм компрессионных излучателей используются различные материалы, включая титан, алюминий, ткань, пропитанную фенольной смолой, полиимид и полиэтилентерефталатную пленку (ПЭТ), каждый из которых обладает своими характеристиками. Диафрагма приклеивается к каркасу звуковой катушки, обычно изготовленному из материала, отличного от материала купола, поскольку он должен выдерживать нагрев без разрывов или значительных изменений размеров. Полиимидная пленка, Nomex и стекловолокно популярны для этих целей. Подвес может быть продолжением диафрагмы и приклеиваться к монтажному кольцу, которое может входить в паз, устанавливаться на направляющие штифты или крепиться винтами. Диафрагма обычно имеет форму перевернутого купола и нагружается в серию конических каналов во центральной структуре, называемой фазовой заглушкой, которая выравнивает длину пути между различными областями диафрагмы и горлом рупора, предотвращая акустические взаимно уничтожающиеся интерференции между различными точками на поверхности диафрагмы. Фазовая заглушка выходит в коническую трубку, которая образует начало самого рупора. Это медленно расширяющееся горло внутри излучателя продолжается в раскрыве рупора. Раскрыв рупора контролирует диаграмму направленности и, как акустический трансформатор, обеспечивает усиление. Комбинация профессионального рупора и компрессионного излучателя имеет выходную чувствительность от 105 до 112 дБ/Вт/м. Это значительно эффективнее (и менее опасно с точки зрения тепловыделения для небольшой звуковой катушки и каркаса), чем другие конструкции твитеров.

Купольный твитер

Купольный твитер изготавливается путем крепления звуковой катушки к куполу (изготовленному из тканой ткани, тонкого металла или другого подходящего материала), который крепится к магниту или верхней пластине посредством подвеса с низкой податливостью. Эти твиттеры обычно не имеют рамы или корзины, а лишь простую переднюю панель, прикрепленную к магнитной системе. Купольные твиттеры классифицируются по диаметру звуковой катушки и варьируются от 19 мм (0,75 дюйма) до 38 мм (1,5 дюйма). Подавляющее большинство купольных твитеров, используемых в настоящее время в Hi-Fi акустических системах, имеют диаметр 25 мм (1 дюйм). Разновидностью является кольцевой излучатель, в котором "подвес" конуса или купола становится основным излучающим элементом. Эти твиттеры обладают иными характеристиками диаграммы направленности по сравнению со стандартными купольными твитерами.

Пизо-твитер

Пьезо (или пьезоэлектрический) твитер содержит пьезоэлектрический кристалл, соединенный с механической диафрагмой. Аудиосигнал подается на кристалл, который в ответ изгибается пропорционально приложенному напряжению на его поверхностях, тем самым преобразуя электрическую энергию в механическую. Преобразование электрических импульсов в механические колебания и обратное преобразование механических колебаний в электрическую энергию лежит в основе ультразвукового контроля. Активный элемент является сердцем преобразователя, поскольку он преобразует электрическую энергию в акустическую и наоборот. Активный элемент представляет собой, по сути, кусок поляризованного материала (то есть некоторые части молекулы несут положительный заряд, а другие – отрицательный) с электродами, прикрепленными к двум его противоположным граням. При приложении электрического поля к материалу поляризованные молекулы выстраиваются вдоль этого поля, что приводит к образованию индуцированных диполей в молекулярной или кристаллической структуре материала. Это выравнивание молекул вызывает изменение размеров материала. Это явление известно как электрострикция. Кроме того, постоянно поляризованный материал, такой как кварц (SiO2) или титанат бария (BaTiO3), генерирует электрическое поле при изменении размеров материала под воздействием механической силы. Это явление известно как пьезоэлектрический эффект. Пьезотвитеры редко используются в высококачественных аудиосистемах из-за их невысокой точности, хотя они применялись в некоторых высококлассных конструкциях конца 70-х годов, например, в Celef PE1, где они использовались в качестве сверхвысокочастотного твитера в сочетании с обычным купольным твитером. Они часто встречаются в игрушках, звонках, сигнализациях, корпусах для бас-гитар, недорогих компьютерных или стереодинамиках и рупорах для PA-систем.

Кассета с лентой

Ленточный твитер использует очень тонкую диафрагму (часто из алюминия или, возможно, металлизированной пластиковой пленки), которая поддерживает плоскую катушку, часто изготовленную методом нанесения алюминиевого пара, подвешенную в мощном магнитном поле (обычно создаваемом неодимовыми магнитами) для воспроизведения высоких частот. Развитие ленточных твитеров в значительной степени повторяет развитие ленточных микрофонов. Лента изготавливается из очень легкого материала, что обеспечивает ей очень высокое ускорение и расширенный высокочастотный диапазон. Традиционно ленточные твитеры не способны выдавать высокую мощность (основная причина – большие магнитные зазоры, приводящие к слабой магнитной связи). Однако более мощные версии ленточных твитеров все чаще используются в крупномасштабных системах линейных массивов для звукоусиления, способных обслуживать аудиторию в несколько тысяч человек. Они привлекательны в этих применениях, поскольку практически все ленточные твитеры обладают полезными направленными характеристиками, с очень широкой горизонтальной дисперсией (покрытием) и очень узкой вертикальной дисперсией. Эти излучатели можно легко складывать вертикально, формируя высокочастотный линейный массив, который создает высокие уровни звукового давления на значительно большем расстоянии от динамиков, чем обычные твитеры.

Планарный магнитный твитер

Некоторые разработчики акустических систем используют плоский магнитный высокочастотный динамик, иногда называемый квази-ленточным. Планарные магнитные высокочастотные динамики, как правило, дешевле настоящих ленточных, но не являются полностью эквивалентными, поскольку лента из металлической фольги легче диафрагмы в планарном магнитном динамике, а магнитные системы отличаются. Обычно используется тонкая плёнка из ПЭТ или пластика, на которую спиралью нанесен провод катушки. Магнитная система стоит дешевле, чем для ленточных динамиков.

Электростатический твитер

Электростатический твитер работает по тем же принципам, что и широкополосный электростатический динамик или пара электростатических наушников. Этот тип динамика использует тонкую диафрагму (обычно пластиковую, как правило, из ПЭТ-плёнки) с тонким проводящим покрытием, подвешенную между двумя экранами или перфорированными металлическими пластинами, называемыми статорами. Выходной сигнал усилителя подаётся на первичную обмотку повышающего трансформатора с центральным отводом вторичной обмотки, а между центральным отводом трансформатора и диафрагмой прикладывается очень высокое напряжение – от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт. Электростатические динамики такого типа обязательно включают в себя источник высокого напряжения для обеспечения необходимого напряжения. Статоры подключаются к оставшимся выводам трансформатора. При подаче аудиосигнала на первичную обмотку трансформатора статоры электрически смещаются в противофазе на 180 градусов, попеременно притягивая и отталкивая диафрагму. Редкий способ управления электростатическим динамиком без использования трансформатора – прямое подключение пластин лампового усилителя (push-pull) к статорам, а высоковольтный источник питания – между диафрагмой и землёй. Электростатические динамики характеризуются низким уровнем гармонических искажений чётного порядка благодаря своей push-pull конструкции. Они также обладают минимальным фазовым искажением. Конструкция достаточно старая (первые патенты датируются 1930-ми годами), но занимает очень небольшую долю рынка из-за высокой стоимости, низкой эффективности, больших габаритов для широкополосных конструкций и хрупкости.

Твиттер AMT

Твиттер с воздушным трансформатором движения работает, выталкивая воздух перпендикулярно от гофрированной диафрагмы. Его диафрагма состоит из сложенных складок пленки (обычно ПЭТ-пленки), расположенных вокруг алюминиевых распорок, удерживаемых в сильном магнитном поле. В прошлые десятилетия компания ESS из Калифорнии выпускала серию гибридных акустических систем, использующих такие твиттеры вместе с обычными низкочастотными динамиками, называя их преобразователями Heil в честь их изобретателя, Оскара Хейла. Они способны выдавать значительную мощность и более прочны, чем электростатические динамики или ленточные излучатели, но имеют схожие маломассивные подвижные элементы. Большинство современных AMT-драйверов, используемых сегодня, по эффективности и частотной характеристике аналогичны оригинальным конструкциям Оскара Хейла 1970-х годов.

Рог-твитер

Рог-твитер – любой из вышеуказанных твитеров, соединенный с расширяющейся или роговой структурой. Рога используются для двух целей – управления дисперсией и для более эффективного согласования диафрагмы твитера с воздушной средой. Твиттер в этом случае обычно называют компрессионным драйвером, и он существенно отличается от более распространенных типов твитеров (см. выше). При правильном использовании рог улучшает внеосевое звучание твитера, контролируя (то есть уменьшая) его направленность. Он также может повысить эффективность твитера, согласовывая относительно высокое акустическое сопротивление драйвера с более низким сопротивлением воздуха. Чем больше рог, тем ниже частоты, на которых он способен эффективно работать, поскольку большие рога обеспечивают лучшее согласование с воздухом на низких частотах. Существуют различные типы рогов, включая радиальные и рога с постоянной направленностью (CD). Рог-твитер может иметь несколько иное звуковое звучание, чем простой купольный твитер. Плохо спроектированные рога или неправильно настроенные кроссоверы приводят к предсказуемым проблемам с точностью воспроизведения и нагрузкой на усилитель. Некоторые производители, опасаясь негативного имиджа плохо спроектированных рогов, используют роговые твиттеры, но избегают использования этого термина, заменяя его эвфемизмами, такими как "эллиптическая апертура", "полурог" и "управление направленностью". Тем не менее, все это формы роговой нагрузки.

Плазменный или ионный твитер

Поскольку ионизированный газ электрически заряжен и поэтому может управляться переменным электрическим полем, можно использовать небольшую сферу плазмы в качестве высокочастотного динамика (твиттера). Такие динамики называются плазменными или ионными твиттерами. Они могут быть сложнее других типов (для других типов генерация плазмы не требуется), но обладают преимуществом в виде оптимально низкой, если не практически невесомой, движущейся массы, что обеспечивает высокую чувствительность к входному сигналу. Ранние модели этих динамиков не обеспечивали высокой выходной мощности и воспроизведения только очень высоких частот, поэтому обычно использовались в горле рупора для управления полезным уровнем сигнала. Одним из недостатков является то, что плазменная дуга может выделять небольшое количество озона и NOx – ядовитых газов – в качестве побочного продукта. Из-за этого импорт немецких динамиков Magnat "magnasphere" в США был запрещен в 1980-х годах. В современных конструкциях используются катализаторы для снижения выбросов газа до пренебрежимо малых значений. В прошлом доминирующим производителем в США была компания DuKane, расположенная недалеко от Сент-Луиса, производитель Ionovac, который также продавался в Великобритании под названием Ionophone. Electro Voice некоторое время производила модель по лицензии совместно с DuKane и изобретателем Зигфридом Клейном. Эти ранние модели были капризными и требовали регулярной замены ячейки, в которой генерировалась плазма (в устройстве DuKane использовалась прецизионно обработанная кварцевая ячейка). В результате они были дорогими по сравнению с другими конструкциями. Те, кто слышал Ionovac, отмечают, что в правильно спроектированной акустической системе высокие частоты звучали "воздушно" и очень детально, хотя высокая выходная мощность была недостижима. В 1980-х годах плазменный твитер использовался и в динамиках Plasmatronics, однако компания вскоре прекратила свою деятельность, и было продано очень мало этих сложных устройств.