"У сердца тоже есть желудочек…"
..а у динамика тоже есть мотор. Причем
по всем принятым канонам "мотор" динамика - магнитная система и звуковая
катушка, соответствуют определению "электрическая машина постоянного
тока", хотя, как нам всем хорошо известно, постоянным током там и не
пахнет.
Просто машиной постоянного тока считается
такая, где постоянное магнитное поле напрямую воздействует на проводнок
с током (то есть звуковую катушку) безо всяких там вращающихся магнитных
полей и прочего, что порождает мотор переменного тока.
От обычного двигателя постоянного тока
"мотор" динамика отличается тем, что, во-первых, вытянут в линию и создает
прямолинейное движение, а не вращательное (кроме одного-единственного динамика
в мире - Феникс-Голдовского Циклона), и не имеет коллектора - за ненадобностью
(здесь исключений, к счастью, нет).
Основа привода динамика осталась практически
без принципиальных изменений со времен выдачи первого патента в 1925 г.
Пять основных частей привода неизменны и незыблемы, как схема разделки
мясной туши: магнит, полюсный наконечник, передний и задний магнитопроводы
и звуковая катушка. Задача первых четырех элементов - создать по возможности
мощное магнитное поле и сконцентрировать его в зазоре между полюсным наконечником
и верхним магнитопроводом. А "пятый элемент" - звуковая катушка, обязан
в этом поле двигаться при протекании по обмотке тока. Все вроде бы просто.
Однако подробностей за эти годы выяснилось немало.
Самая консервативная часть привода - материал
магнитопроводов. Ничего, кроме магнитомягких материалов, а проще говоря
- отожженной малоуглеродистой стали, почти чистого железа, здесь не применяется.
С материалами для магнитов колдовали долго, вначале перепробовав разнообразные
литые магниты из специальных сплавов,
а затем, с разработкой ферритовых композиций, вопрос практически закрылся.
Металлические магниты теперь применяются практически исключительно в пищалках,
где масса магнита мала и можно использовать значительно более эффективные
редкоземельные сплавы - почти всегда на основе неодима.
У
длинной звуковой катушки поведение в пределах линейной области пристойное,
а за его пределами - значение силового фактора (а, значит, вносимые искажения)
меняется довольно плавно. При выходе короткой катушки из зазора искажения
нарастают быстро, зато пока этого не случилось, линейность - идеальная.
Так что, если в материалах по динамику с гордостью сообщается, что у него
- underhung voice coil - для гордости
есть причины, посокльку потенциально этот динамик обеспечит наименьшие
искажения при умеренных подводимых мощностях.
В качестве ориентира, основанного на лабораторных
испытаниях большого числа динамиков, можно считать, что для динамиков с
короткой звуковой катушкой допустимое смещение диффузора совпадает с указанным
(определенным геометрически по длине зазора и катушки) а при длинной -
составляет примерно X max + 15%. При
такой амплитуде искажения, вызванные изменением B x L составят
примерно 3%, в основном - на третьей гармонике.
Здесь есть одна тонкость: различные сочетания длины звуковой катушки и глубины зазора определяют разное поведение динамика на границе его линейного диапазона (и за ней). Возьмем два динамика - у одного глубина зазора (толщина верхней плиты магнитной системы 8 мм, а длина звуковой катушки - 12 мм. У другого - 4 мм и 8 мм соответственно. Максимальный рабочий ход диффузора у обоих будет одинаковым - 2 мм (12-8)/2 = (8-4)/2 = 2.
Однако у первого, с большим
отношением глубины зазора к X max за
пределами линейного диапазона, нелинейность будет нарастать относительно
плавно, а второй = захрипит уже при незначительном превышении X
max. Так что есть прямой смысл смотреть не
только на величину X max из документации,
но и на толщину переднего магнитопровода на самом динамике - чем больше,
тем лучше.
Другой источник искажений, определяемых
конструкцией привода - его ассиметрия. В идеальном случае сила, действующая
на звуковую катушку при движении в одну и другую сторону, то есть внутрь
магнитной системы и наружу, должны быть одинаковы по величине. Не будет
этого - искажения сигнала неизбежны. Для этого магнитное поле, создаваемое
в зазоре, должно быть максимально симметричным. Так бы оно и случилось,
без особых ухищрений, если бы все магнитное поле оказывалось в зазоре.
На деле этого не происходит и силовые линии поля "выплескиваются" из зазора
и образуют поле рассеяния. Но, поскольку выше зазора - воздух, а ниже -
сталь полюсного наконечника, рассеяние происходит существенно несимметрично.
Чтобы как-то навести симметирию, некоторые
фирмы применяют более сложную геометрию рабочего зазора магнитной системы.
Некоторые, например, просто удлинняют полюсный наконечник (Kicker,
например, очень это любит.)
В результате магнитная обстановка сверху и снизу существенно выравнивается, но дается это в результате увеличения общего рассеяния - силовые линии "лезут" вверх по стволу удлинненного полюсного наконечника, а место им - в зазоре, все остальное - нежелательные побочные поля. Для компенсации возросшего рассеяния приходится ставить более мощные магниты.
Другие фирмы идут "от противного" и уменьшают рассеяние ниже магнитопровода, для чего полюсный наконечник делается ступенчатым.
Более "тощий" ствол замыкает на себя меньше силовых линий и они поневоле скапливаются в зазоре, но (без но нигде не обходится) возрастает общее магнитное сопротивление системы и падает индукция в зазоре.
Особняком стоят радикальные решения - вывернутые
"наизнанку" магнитные системы, у которых магнит - внутри звуковой катушки,
а все, что вокруг - магнитопровод, замыкающий магнитную цепь.
Такое до сих пор удалось только трем фирмам - Phase Linear в их сабвуферах с сотовыми поршнями, Dynaudio и Morel, больше известным по автомобильной серии Macrom. Такие "обращенные" магнитные системы сделаны главным образом для того, чтобы улучшить линейность работы диффузора, а с точки зрения их функционирования как "мотора" - сплошная головная боль для разработчиков - оттого они и редки.
Привод динамика, как любая машина постоянного тока - обратим, то есть одновременно работает и как своего рода трансформатор. При движении звуковой катушки в мощном магнитном поле в ней наводится ЭДС и протекает ток, поскольку катушка закорочена практически нулевым выходным сопротивлением усилителя. Этот ток приводит к модуляции магнитного поля в зазоре, а поскольку звуковая катушка то "надета" на полюсный наконечник, то вылезает наружу, характер этой модуляции тоже ассиметричен и приводит к дополнительным искажениям. Для снижения этих нежелательных эффектов необходимо сделать так, чтобы, оставаясь эффективным двигателем, привод динамика перестал быть эффективным трансформатором. Известно, что злейший враг трансформатора - короткозамкнутые витки. Вот их-то и поставили на службу обществу в усовершенствованных магнитных системах.
Чаще всего такие короткозамкнутые витки делаются в виде покрытия медью (электролитическим способом) верхнего торца полюсного наконечника,
установки медного
же (реже - алюминиевого) наконечника…
…или с помощью так называемого "стабилизатора
магнитного потока" - проводящего кольца, установленного у основания полюсного
наконечника.
Побочным (позитивным) эффектом от короткозамкнутых витков в различных вариантах является уменьшение индуктивности звуковой катушки, из-за влияния которой с повышением частоты растет импеданс НЧ головок, и приходится принимать меры по его стабилизации, иначе будет "врать" разделительный фильтр. Поэтому косвенно о наличии описанных устройств в конструкции динамика можно судить по величине индуктивности звуковой катушки (опять же, приводимой ответственными производителями). Если величина этой индуктивности и 5 - 6 дюймового мидбаса не превышает 0,3 - 0.4 мГн, а у сабвуферов 10 - 12 дюймов - 0,6 - 1,0 мГн, можно дать голову на отсечение, что создатели динамика позаботились о стабилизации потока, за что им можно быть только признательными.