Колонки работают за счет преобразования электрического сигнала в звуковые волны. Внутри колонки находятся динамики, которые используют магнитное поле для движения мембраны, создавая колебания в воздухе, что и приводит к воспроизведению звука.
Элементами, которые управляют этим процессом, являются катушки, магниты и конусы. Когда на катушку поступает электрический сигнал, она начинает двигаться, приводя в движение конус, который и создает звуковые волны. Таким образом, колонка преобразует электрическую энергию в звуковую, позволяя нам наслаждаться музыкой и аудиоконтентом.
Как работают колонки?
Мир, в котором мы живем, подключен к звуку. Если вы не живете на вершине горы (вам повезло), то, скорее всего, в течение дня вы слышите звук из множества различных динамиков.
Мобильные телефоны. Телевизоры. Лифты. Bluetooth-колонки в метро, из которых доносится всякая хрень, которую вы не хотите слышать.
И, пожалуй, самое главное для нас, музыкантов, — колонки позволяют услышать нашу работу в первозданном виде.
Но как именно работают колонки? Даже если вам неинтересно, как устроена звуковая колбаса, неплохо иметь базовое представление о технологии производства колонок, если вы планируете провести всю свою жизнь в студии.
Основы звука
Прежде чем мы рассмотрим динамики, давайте вкратце узнаем, как устроен сам звук.
Звук — это, по сути, механическая энергия в виде волн, проходящих через среду — воздух, жидкость или твердое тело.
Это движение вызывает локальные изменения давления в соответствии с формой волны, подобно ряби, возникающей, когда вы опускаете камешек (или телефон) в воду.
На изображении ниже вы видите синусоиду с частотой 1 кГц. Видите, как увеличивается, а затем уменьшается уровень звукового давления по отношению к окружающему давлению? Это звук в движении.
Внутри наших ушей тысячи крошечных волосковых клеток реагируют на эти изменения давления, преобразуя их в электрический сигнал, который наш мозг может интерпретировать как Nickelback. Или что-то еще.
Аналоговый звуковой сигнал — это звук в виде электрической энергии, представленной в виде формы напряжения. Вот та же звуковая волна, представленная в виде электрического сигнала:
Цифровой звук — это изображение аналогового сигнала в двоичном формате.
Аудиосигнал, будь то аналоговый или цифровой, должен быть преобразован обратно в звуковую волну (механическую энергию), чтобы наши уши смогли его воспринять.
Выходите на сцену.
Как работают колонки: Основы
Прежде чем мы перейдем к детальному рассмотрению компонентов колонок и их функций, давайте сделаем краткий обзор того, что делают колонки для воссоздания звука.
Усиленный аудиосигнал поступает на металлическую катушку из проволоки. Эта катушка реагирует на проходящий по ней электрический ток, взаимодействуя с магнитом внутри динамика, и заставляет вибрировать мембрану.
Мембрана перемещает воздух, создавая звуковые волны, которые являются точной копией оригинального аудиосигнала. И вуаля! Вы можете слышать, как ваша мама разговаривает с вами на другом конце страны.
Очевидно, что это дикое упрощение. Но теперь, когда мы знаем в общих чертах, как ораторы ведут свою деятельность, давайте разберем все по порядку.
Что находится внутри динамика?
Давайте посмотрим на все детали динамика, которые создают волшебство.
Динамик
Динамик отвечает за преобразование электрического сигнала в звуковые волны. Это двигатель, который обеспечивает воспроизведение звука в динамике.
Компоненты, из которых состоит динамик, — это его внутренняя часть:
- Полюс
- Задняя пластина
- Магнит
- Верхняя пластина
- Голосовая катушка
- Корзина
- Паук
- Конус и окружность
- Пылезащитный колпачок
Стойка, задняя и верхняя панель
Полюс в колонке — это как дирижерская палочка, которая синхронизирует оркестр звуков, проходящих через колонку. Это центральная ось, вокруг которой строится вся магнитная система.
Задняя пластина располагается за столбом, а верхняя, как ни странно, над ним.
Магнит
Постоянный магнит окружен полюсами и пластинами, фокусирующими его магнитное поле, и прикреплен к корзине динамика.
Его называют постоянным магнитом, потому что он всегда остается магнитом.
С другой стороны, звуковая катушка становится магнитом (или, если быть точным, электромагнитом) только тогда, когда на нее подается электрический ток.
Голосовая катушка
Звуковая катушка — это провод, плотно намотанный на крошечный цилиндр, который иногда называют шпулей. Она похожа на йо-йо.
Когда через катушку проходит электрический сигнал, она становится электромагнитом, взаимодействующим с постоянным магнитом.
Если вы помните уроки естествознания, то наверняка помните, что схожие силы отталкиваются, а противоположные — притягиваются. Это взаимодействие магнитных сил создает движение, которое толкает катушку по кругу и в конечном итоге создает звуковые волны.
Паук и окружение
Паук — это гофрированный кусок материала, который поддерживает звуковую катушку. Он удерживает катушку на месте, позволяя ей свободно двигаться вперед-назад.
Хотя это звучит как противоречие, это не так. Основная роль паука заключается в том, чтобы позволить звуковой катушке двигаться только в одном направлении, а именно вверх и вниз. Без паука звуковая катушка будет беспорядочно болтаться в корпусе динамика.
Окружность выполняет ту же функцию, что и паук, за исключением того, что она удерживает конус на месте в верхней части корзины.
Конус
Известный также как диафрагма, диффузор динамика — одна из немногих деталей, которые можно увидеть на колонке.
Диффузор движется вперед-назад в ответ на магнитные импульсы от звуковой катушки. Движение диффузора создает волны давления в окружающем его воздухе, создавая звуки, которые вы слышите.
Пылезащитный колпачок
Этот малыш не дает случайным частицам пыли и грязи попасть в блок динамика и испортить его.
Корзина
Это просто модный термин для обозначения корпуса, который удерживает все части динамика вместе. На самом деле он немного похож на корзину.
То есть это все, что составляет настоящий динамик. Но в повседневном языке, когда мы говорим о спикерах, мы имеем в виду весь набор.
Что же еще нужно для того, чтобы колонки работали?
Электрические компоненты
Чтобы заставить звуковую катушку качать джем, нужно подать на нее электрический сигнал. Для этого используются акустические клеммы и провод в оплетке.
Клеммы — это металлические выступы или соединительные порты, через которые аудиокабель подключается к динамику.
К этим клеммам подключается провод в оплетке, который крепится к звуковой катушке, обеспечивая ее необходимым топливом.
Жилье
Для правильной работы колонок необходим корпус, который часто называют корпусом, по нескольким причинам.
Во-первых, он обеспечивает герметичность, защищая различные элементы, входящие в состав драйвера, от пыли, грязи и собачьей шерсти.
Во-вторых, он уменьшает фазовое искажение. При движении мембраны динамика она создает звуковые волны в обоих направлениях. Без корпуса эти волны отменяли бы друг друга.
Наконец, корпус влияет на распределение звука. Звук можно направить в определенном направлении, а низкие частоты можно правильно настроить.
Корпус изготовлен из толстого материала, который не очень гибкий. Обычно это дерево или МДФ средней плотности, но также используется пластик.
Усиление
Все это хорошо, но динамик сам по себе не выдаст ничего полезного.
Хотя колонки бывают разных форм и размеров, все они предъявляют одинаковые требования: аудиосигнал должен быть сильнее, чем сигнал линейного уровня, посылаемый устройствами воспроизведения, такими как телевизор или аудиоинтерфейс.
Усилитель мощности используется для усиления сигнала с линейного уровня до уровня колонок. В зависимости от типа колонок это может быть внешний блок или встроенный в корпус колонок.
Активные громкоговорители
Активные колонки имеют встроенный усилитель Yamaha HS5 — это популярные активные колонки для студийного мониторинга.
Одиночные колонки, предназначенные для воспроизведения стереоизображения, имеют несколько динамиков, расположенных по всему корпусу.
Стереосигнал разделяется на левый и правый каналы и в разном количестве подается на каждый динамик, чтобы получить полное стереоизображение.
Такие колонки обычно поставляются с дополнительным динамиком — сабвуфером — для воспроизведения низких частот и голоса Бэтмена.
Кто изобрел динамик?
Как и в случае со многими другими изобретениями рубежа XX века, трудно точно определить, кто именно изобрел громкоговоритель. Он появился со временем, когда ученые и изобретатели стали больше понимать о звуковых волнах и электрическом токе.
Александр Грэм Белл (знаменитый изобретатель телефона) внес значительный вклад в развитие технологий, связанных со звуком, в том числе разработал раннюю версию громкоговорителя в конце XIX века.
В конце того же века Оливер Лодж создал первый громкоговоритель с подвижной катушкой. Затем, в 1915 году, датские инженеры Питер Л. Йенсен и Эдвард Придхэм получили патент на изобретение электродинамического динамика с катушкой проволоки, прикрепленной к диафрагме, помещенной в магнитное поле.
По другую сторону пруда, в 1925 году, Эдвард В. Келлог и Честер В. Райс разработали динамический громкоговоритель с диффузором, который в итоге был лицензирован компанией RCA. Эта конструкция включала в себя множество аспектов, которые считаются основой для современной технологии громкоговорителей.
Для этого нужна деревня и все такое. Достаточно сказать, что многие диффузоры потратили бесчисленное количество часов на то, чтобы сегодня вы могли наслаждаться концертами Nickelback с полной достоверностью.
Будущее акустических систем
Технологии становятся все меньше и дешевле. Мы все это знаем. Но когда речь заходит о колонках, основы технологии остаются неизменными с тех пор, как они были изобретены.
На самом деле колонки — одна из самых неэффективных технологий, которые мы используем сегодня. Более 99 % энергии, которая поступает в динамик, генерирует не звук, а что-то другое. Большая ее часть превращается в тепло.
Удивительно, что EPA до сих пор не запретило использование колонок из-за их плохих энергетических характеристик.
Но благодаря новому материалу, открытому в 2004 году, динамики будущего могут стать другими.
Графен — чрезвычайно легкий материал, а значит, для создания волны давления ему требуется гораздо меньше энергии, чтобы двигаться вперед-назад. Отличная новость, если вы — твитер.
Если ученым удастся успешно наладить крупномасштабное производство графена и внедрить его в коммерческие приложения, динамики будущего могут стать более легкими и энергоэффективными.
До этого дня нам придется обходиться мини-обогревателями, создающими изменения давления воздуха под воздействием электрических сигналов, а также динамиками.
Теперь идите вперед и слушайте музыку!
Источник3: habr.com
Теория акустических систем: 16 материалов о том, как устроены динамики и колонки
Это — новый дайджест c материалами из «Мир Hi-Fi». Мы собрали статьи об устройстве акустических систем и проектировании колонок. Под катом читайте — какую роль выполняет магнит в динамике, как создают DIY-акустику, как выбрать катушку индуктивности.
Фото Audiomania / Инженерная комната в офисе на Барабанном
Что у динамиков внутри
- Что есть что: динамические головки. Первую электродинамическую головку, которая походит на современные устройства, запатентовали еще в 1925 году. Эта статья о том, что изменилось с тех пор и чем отличается конструкция динамиков для воспроизведения низких, средних и высоких частот. Вы узнаете, из чего делают каждую деталь головки и с какой целью в динамиках используют золото и алмазы.
- Краткое руководство по High End-аудио: из чего состоит головка излучателя. Это краткое руководство о работе электродинамических диффузорных излучателей. Для наглядности в материале приведены чертежи и рисунки, которые помогут разобраться в принципе работы динамика.
- Краткое руководство по High End-аудио: роль магнита в динамике. Магнит — самая дорогая часть громкоговорителя. Почему от материала магнита зависит звучание всего устройства, как магнитное поле «концентрируют» в нужном месте и чем для громкоговорителя опасен перегрев — читайте в этой статье.
- Как выбрать катушку индуктивности. Материал о том, чем отличаются разные катушки индуктивности и какую из них выбрать для решения той или иной задачи. Говорим о разных их видах: с пропиткой и без, из цельной фольги и с сердечниками. Расскажем, зачем катушки покрывают лаком и почему лучший сердечник — воздух.
- Параметры Тиля — Смолла: как конструируют громкоговорители. Параметры Тиля — Смолла определяют звучание динамика в нижнем диапазоне воспроизводимых частот. В статье речь пойдет о значении этих параметров и способах их измерения. Вы узнаете о том, какие из параметров «противоречат» друг другу и как разработчики аудиосистем ищут между ними баланс.
- Лига Звука: как восстановить винтажные громкоговорители. Материал посвящен «старению» громкоговорителей. Говорим о том, почему винтажные динамики сложно «воскресить» без участия производителя и какой их компонент считается самым слабым звеном (спойлер — это центрирующая шайба, которая служит для точной подгонки звуковой катушки). .
Кто и как производит акустические системы
- Arslab: доступный Hi-End. Основатели бренда Артем Фаермарк и Юрий Фомин поведали, на какие компромиссы они идут, чтобы сохранить цену на Hi-End-системы доступной. Рассказ о том, на каких деталях аудиосистемы нельзя экономить и как вывести на рынок новый продукт.
- О создании Hi-End-колонок — интервью с Юрием Фоминым из Arslab. В этом интервью Юрий Станиславович объяснил свой подход к разработке акустических систем. Главный конструктор Arslab рассказал, как появилась идея создания бренда, почему большое разнообразие корпусов в линейке — не всегда плюс и почему он считает, что аудиосистема не должна «приукрашать» музыку.
- Как в Monitor Audio разрабатывают новую акустику. Главный разработчик британского бренда акустики Monitor Audio описал, как в компании с нуля создают новую линейку колонок. Вы узнаете, как дизайнеры Monitor Audio изучают потребности клиентов и как тестируют прототипы аудиосистемы. Также статья рассказывает, как разработчики создавали колонку, звучание которой почти не меняется даже в акустически «неудачных» точках квартиры.
- Penaudio: Истинный финский звук. Это история финского производителя аудиосистем Penaudio. Создатель бренда Сами Пенттила поделился, почему колонки Penaudio воспроизводят ультразвуковые частоты и на звучание каких музыкальных инструментов он ориентируется при разработке аудиосистем. Также читайте о том, какие материалы используются в акустике бренда.
- Заметки с фабрики, где делают акустику Arslab и Penaudio. Фотоэкскурсия по фабрике, на которой изготавливают корпуса и собирают готовые акустические системы этих двух брендов. Вы также узнаете, почему повышение затрат на производство Hi-End-акустики не всегда приводит к увеличению качества звучания систем.
Как устроены колонки
- Азы акустики: типы акустического оформления колонок. Акустическое оформление динамика определяет корпус колонки, в который помещают громкоговоритель. Корпус может быть устроен по-разному: от простого закрытого ящика до сложной конструкции с вырезанным в дереве лабиринтом. Это статья о различиях в звучании разных видов корпусов и необычных способах акустического оформления: контрапертурных системах с горизонтальным расположением динамиков и рупорных конструкциях.
Фото Audiomania / Инженерная комната в офисе на Барабанном
- Как устроены сабвуферы. В этом материале мы поговорим о том, как разные виды акустического оформления влияют на звучание сабвуфера. Также поделимся практическими советами о том, куда установить сабвуфер, как его настроить и как убедиться, что ваша музыка не будет мешать соседям по дому.
- Как создают DIY-системы: расчет корпуса и фильтров. Руководство для любителей мастерить акустику своими руками: как проектируют колонки с фазоинвертором, как рассчитывают объем корпуса по диаметру динамика и как создают разделительные фильтры.
- Отсекая лишнее: о видах фильтров в акустических системах. Вы узнаете о разных схемах фильтров и о том, какие из них используются для высоких, средних и низких частот. В материале приведены электрические схемы коррекции частотных характеристик акустической системы: подавитель пиков, компенсатор «провалов» и Г-образный аттенюатор.
- Как устроен конструктор акустических систем. Транскрипт подкаста «Звук», в котором Юрий Станиславович Фомин — инженер с многолетним опытом создания акустических систем и главный технический специалист бренда Arslab — рассказывает о конструкторе акустической системы Audiocore Kit. Интервью о том, как зародилась идея создать DIY-комплект и какие в этом преимущества для покупателей. Здесь же вы найдете ссылки на руководство по сборке Audiocore Kit и обзоры конструктора.
Честная Черная пятница Аудиомании Музыка для продуктивной работы Наш гид покупателя: полочные колонки vs напольные Гид для новичка: что важно знать про амбушюры наушников
С 22 по 25 ноября в «Аудиомании» проходит Черная пятница.
В акции участвует несколько сотен товаров со скидками до 70%. На распродаже представлена самая разная аудиоаппаратура: от наушников и портативных гаджетов до Hi-Fi-аудиосистем.
- Блог компании Аудиомания
- Звук
- Периферия
- Старое железо
- Читальный зал
Источник4: habr.com