Твитер - Tweeter

Вид в разрезе динамического твитера с акустической линзой и куполообразной мембраной.

Магнит
Звуковая катушка
Мембрана
Приостановка

А твитер или высокочастотный динамик - это особый тип громкоговоритель (обычно купольный, обратный купольный или рупорный), который предназначен для воспроизведения высоких звуковых частот, обычно от 2кГц до 20 кГц (обычно считается верхней границей человеческого слуха). Специальные твитеры могут воспроизводить высокие частоты до 100 кГц. Название происходит от высоких звуков, издаваемых некоторыми птицы (Твиты), особенно в отличие от низких звуков, сделанных многими собаки, в честь которых названы низкочастотные драйверы (вуферы ).

Операция

Ом динамик с поворотным «яйцевидным твитером».

Ом CAM 16 динамик с «яичным твитером».

Почти все твитеры - это электродинамические драйверы, использующие звуковая катушка подвешен в фиксированном магнитном поле. Эти конструкции работают за счет подачи тока с выхода усилитель мощности цепь к катушке с проводом, называемой звуковая катушка. В звуковая катушка создает переменное магнитное поле, которое действует против фиксированного магнитного поля магнита, вокруг которого подвешена цилиндрическая звуковая катушка, заставляя звуковую катушку и прикрепленную к ней диафрагму двигаться. Это механическое движение напоминает форму волны электронного сигнала, поступающего с выхода усилителя на звуковую катушку. Поскольку катушка прикреплена к диафрагме, колебательное движение звуковой катушки передается на диафрагму; диафрагма, в свою очередь, вызывает колебания воздуха, создавая движения воздуха или звуковые волны, которые воспринимаются как высокие звуки.

Современные твитеры обычно отличаются от старых твитеров, которые обычно были небольшими версиями вуферы. По мере развития технологии твитеров стали популярными различные дизайнерские приложения. Многие мембраны твитеров с мягким куполом изготавливаются методом термоформования из полиэфирной пленки, шелка 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 механическое движение воздуха без каких-либо добавлений и вычитаний, но этот процесс несовершенен, и реальные твитеры требуют компромиссов. Среди проблем при разработке и изготовлении твитеров: обеспечение адекватного демпфирования, чтобы быстро останавливать движение купола по окончании сигнала; обеспечение линейности подвески, позволяющей получить высокий выходной сигнал в нижнем диапазоне частот; обеспечение отсутствия контакта с магнитным узлом, удерживание купола в центре при его движении; и обеспечение адекватной управляемости без увеличения массы.

Высокочастотные динамики также могут работать в сотрудничестве с низкочастотными динамиками, которые отвечают за формирование низких частот или басов.^[1]

Некоторые твитеры располагаются вне основного корпуса в собственном полунезависимом блоке. Примеры включают "супер твитеры и роман "Яичный твитер" Ом. Последний подключается и поворачивается для регулировки звукового поля в зависимости от положения слушателя и предпочтений пользователя. Расстояние от перегородки считается оптимальным в соответствии с теорией, согласно которой минимально возможная перегородка оптимальна для твитеров.^[2]

Классифицировать

Большинство твитеров предназначены для воспроизведения частот до формально определенного верхнего предела человеческого диапазон слышимости (обычно указывается как 20 кГц); некоторые работают на частотах примерно от 5 кГц до 20 кГц. Твитеры с более широким верхним диапазоном были разработаны для психоакустических испытаний, для цифрового звука с расширенным диапазоном, такого как Супер аудио компакт-диск предназначен для аудиофилы для биологов, изучающих реакцию животных на звуки, а также для систем окружающего звука в зоопарках. Изготовлены ленточные твитеры, способные воспроизводить 80 кГц.^[3] и даже 100 кГц.^[4]

Купольные материалы

Все купольные материалы имеют достоинства и недостатки. Три свойства, которые проектировщики ищут в куполах: небольшая масса, высокая жесткость и хорошее демпфирование. Celestion были первыми производителями, изготовившими купольные твитеры из металла, медь. В настоящее время другие металлы, такие как алюминий, титан, магний, и бериллий, а также их различные сплавы, будучи легкими и жесткими, но с низким демпфированием; их резонансные моды возникают на частотах выше 20 кГц. Более экзотические материалы, такие как синтетический алмаз, также используются из-за их чрезвычайной жесткости. Полиэтилентерефталат пленочные и тканые шелк меньше звенят, но они не такие жесткие, что может ограничивать их очень высокочастотный выход.

В целом, твитеры с купольным куполом меньшего размера обеспечивают более широкое распространение звука на самых высоких частотах. Тем не менее, твитеры с купольным куполом меньшего размера имеют меньшую площадь излучения, что ограничивает их выходную мощность в нижней части диапазона; и они имеют звуковые катушки меньшего размера, что ограничивает их общую выходную мощность.

Феррожидкость

Феррожидкость представляет собой суспензию очень мелких (обычно 10 нм) магнитных частиц оксида железа в очень низком непостоянство жидкость, обычно синтетическое масло. Широкий спектр вязкость Варианты магнитной плотности позволяют разработчикам добавлять демпфирование, охлаждение или и то, и другое. Феррожидкость также помогает центрировать звуковую катушку в магнитном зазоре, уменьшая искажения. Жидкость обычно вводится в магнитный зазор и удерживается на месте сильным магнитным полем. Если высокочастотный динамик подвергается воздействию повышенных уровней мощности, происходит некоторое утолщение феррожидкости, поскольку часть жидкости-носителя испаряется. В крайних случаях это может ухудшить качество звука и выходной уровень твитера, и жидкость необходимо удалить и установить новую.

Профессиональные звуковые приложения

Твитеры, предназначенные для усиления звука и использования музыкальных инструментов, в целом похожи на высокоточные твитеры, хотя обычно их называют не твитерами, а «высокочастотными драйверами». Ключевыми отличиями требований к конструкции являются: крепления, рассчитанные на многократную транспортировку и погрузочно-разгрузочные работы, драйверы, часто устанавливаемые на рупорные конструкции, для обеспечения более высоких уровней звука и большего контроля над рассеиванием звука, а также более прочные звуковые катушки, способные выдерживать обычно встречающиеся более высокие уровни мощности. Высокочастотные драйверы в рупорах PA часто называют "драйверы сжатия «от режима акустической связи между диафрагмой драйвера и горловиной рупора.

В конструкции мембран компрессионного привода используются различные материалы, в том числе титан, алюминий, ткань с фенольной пропиткой, полиимид и ПЭТ пленка, каждый из которых имеет свои особенности. Диафрагма приклеена к каркасу звуковой катушки, обычно сделанному из материала, отличного от материала купола, поскольку он должен выдерживать тепло без разрывов или значительных изменений размеров. Полиимидная пленка, Номекс, и стекловолокно популярны для этого приложения. Подвеска может быть продолжением диафрагмы и приклеена к монтажному кольцу, которое может входить в паз, поверх установочных штифтов или закрепляться с помощью крепежных винтов. Диафрагма обычно имеет форму перевернутого купола и загружается в серию сужающихся каналов в центральной структуре, называемой фазовая вилка, который выравнивает длину пути между различными участками диафрагмы и горловиной рупора, предотвращая акустическое подавление между разными точками на поверхности диафрагмы. Фазовая пробка входит в сужающуюся трубку, которая образует начало самого рупора. Это медленно расширяющееся горло в драйвере продолжается в раструбе. Рупорный блик управляет диаграммой направленности или направленностью и, как акустический преобразователь, добавляет усиление. Комбинация профессионального рупора и компрессионного драйвера имеет выходную чувствительность от 105 до 112 дБ / ватт / метр. Это значительно более эффективно (и менее опасно термически для небольшой звуковой катушки и формирователя), чем другая конструкция твитера.

Типы твитеров

Конический твитер

Конический твитер от Marantz Громкоговоритель 5G

Конические высокочастотные динамики имеют ту же базовую конструкцию и форму, что и низкочастотные динамики, с оптимизацией для работы на более высоких частотах. Оптимизация обычно:

очень маленький и легкий конус, поэтому он может быстро двигаться;
материалы для конусов, выбранные по жесткости (например, керамические конусы в линии одного производителя), или хорошим демпфирующим свойствам (например, бумага, шелк или ткань с покрытием) или обоим;
подвеска (или паук) более жесткая, чем у других драйверов - для воспроизведения высоких частот требуется меньшая гибкость;
небольшие звуковые катушки (обычно 3/4 дюйма) и легкий (тонкий) провод, который также помогает конусу твитера быстро двигаться.

Конические высокочастотные динамики были популярны в старых стереосистемах Hi-Fi, разработанных и изготовленных в 1960-х и 1970-х годах в качестве альтернативы купольному высокочастотному динамику (который был разработан в конце 1950-х годов). Конические твитеры сегодня часто относительно дешевы, но многие из них в прошлом были высокого качества, например, производства Audax / Polydax, Bozak, CTS, JBL, Tonegen и SEAS. Эти винтажные твитеры с коническим диффузором продемонстрировали очень плоскую частотную характеристику, низкие искажения, быструю переходную характеристику, низкую резонансную частоту и плавный спад низких частот, облегчая дизайн кроссовера.

Типичными для эпохи 1960-х / 1970-х годов были ВЧ-динамики CTS с «фенольным кольцом», демонстрирующие плоскую характеристику от 2 000 до 15 000 Гц, низкий уровень искажений и быструю переходную характеристику. Твитер CTS с «фенольным кольцом» получил свое название от подвесного кольца оранжевого цвета с краями, которое он имеет, сделанного из фенола. Он использовался во многих марках и моделях хорошо зарекомендовавших себя винтажных динамиков и был устройством средней ценовой категории.

Конические высокочастотные динамики имеют более узкую дисперсионную характеристику, аналогичную диффузионным низкочастотным динамикам. Поэтому многие дизайнеры полагали, что это делает их подходящими для средне- и низкочастотных диффузоров, обеспечивая превосходное стереоизображение. Однако «зона наилучшего восприятия», создаваемая узкой дисперсией диффузоров твитеров, невелика. Акустические системы с коническими твитерами обеспечивали наилучшее стереоизображение при размещении в углах комнаты, что было обычной практикой в 1950-х, 1960-х и начале 1970-х годов.

В течение 1970-х и 1980-х годов повсеместное распространение аудиофильских дисков более высокого качества и появление компакт-дисков привело к тому, что конический твитер потерял популярность, потому что конусный твитер редко выходил за пределы 15 кГц. Аудиофилы считали, что коническим твитерам не хватало «воздушности» купольных твитеров или других типов. Тем не менее, многие высококлассные твитеры с диффузорами выпускались ограниченными компаниями Audax, JBL и SEAS до середины 1980-х годов.

Конические твитеры сейчас редко используются в современном Hi-Fi устройстве и обычно используются в недорогих устройствах, таких как заводские автомобильные динамики, компактные стереосистемы и бум-боксы. Некоторые производители бутик-колонок недавно вернулись к высококачественным диффузорам для воспроизведения верхних частот, особенно к воссозданию моделей с фенольными кольцами CTS, чтобы создать продукт с винтажным звучанием.

Купольный твитер

Купольный твитер конструируется путем прикрепления звуковой катушки к куполу (сделанному из тканого материала, тонкого металла или другого подходящего материала), который прикрепляется к магниту или верхней пластине с помощью подвески с низкой податливостью. Эти твитеры обычно не имеют рамы или корзины, а имеют простую переднюю пластину, прикрепленную к магнитному узлу. Купольные твитеры делятся на категории 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-динамиках, имеют диаметр 25 мм (1 дюйм).

Разновидностью является кольцевой радиатор, в котором «подвеска» конуса или купола становится основным излучающим элементом. Эти твитеры имеют разные характеристики направленности по сравнению со стандартными купольными твитерами.

Пьезо-твитер

А пьезо (или пьезоэлектрический) твитер содержит пьезоэлектрический кристалл, соединенный с механической диафрагмой. Звуковой сигнал подается на кристалл, который реагирует изгибом пропорционально напряжению, приложенному к поверхности кристалла, тем самым преобразуя электрическую энергию в механическую.

Преобразование электрических импульсов в механические колебания и преобразование возвращаемых механических колебаний обратно в электрическую энергию является основой ультразвукового контроля. Активный элемент является сердцем преобразователя, поскольку он преобразует электрическую энергию в акустическую, и наоборот. Активный элемент в основном представляет собой кусок поляризованного материала (то есть некоторые части молекулы заряжены положительно, а другие части молекулы - отрицательно) с электродами, прикрепленными к двум его противоположным сторонам. Когда к материалу прикладывается электрическое поле, поляризованные молекулы выравниваются с электрическим полем, что приводит к индуцированным диполям в молекулярной или кристаллической структуре материала. Это выравнивание молекул приведет к изменению размеров материала. Это явление известно как электрострикция. Кроме того, постоянно поляризованный материал, такой как кварц (SiO₂) или титанат бария (BaTiO₃) будет создавать электрическое поле, когда материал изменяет размеры в результате приложенной механической силы. Это явление известно как пьезоэлектрический эффект.

Пьезо-твитеры редко используются в high-end аудио из-за их низкой точности, хотя они действительно присутствовали в некоторых high-end конструкциях конца 70-х, таких как Celef PE1, в котором они использовались как супер твитеры в сочетании с обычный купольный твитер. Их часто используют в игрушках, зуммерах, будильниках, корпусах динамиков бас-гитары, дешевых компьютерах или стереодинамиках и рогах PA.^{[нужна цитата ]}

Ленточный твитер

А Philips ленточный твитер.

В ленточном твитере используется очень тонкая диафрагма (часто из алюминия или, возможно, из металлизированной пластиковой пленки), которая поддерживает плоскую катушку, часто сделанную осаждением паров алюминия, подвешенную в мощном магнитном поле (обычно обеспечиваемом неодим магниты) для воспроизведения высоких частот. Развитие ленточных твитеров более или менее последовало за развитием ленточные микрофоны. Лента изготовлена из очень легкого материала и поэтому способна к очень высокому ускорению и расширенной высокочастотной характеристике. Ленты традиционно не обеспечивали высокую производительность (основная причина - большие зазоры между магнитами, ведущие к плохой магнитной связи). Но более мощные версии ленточных твитеров становятся обычным явлением в крупномасштабных системах линейных массивов звукоусиления, которые могут обслуживать тысячи слушателей. Они привлекательны в этих приложениях, поскольку почти все ленточные твитеры по своей сути обладают полезными характеристиками направленности с очень широкой горизонтальной дисперсией (охватом) и очень узкой вертикальной дисперсией. Эти драйверы можно легко установить вертикально, создавая линейный массив высоких частот, который обеспечивает высокий уровень звукового давления на гораздо большем удалении от расположения динамиков, чем обычные высокочастотные динамики.

Планарно-магнитный твитер

Некоторые разработчики громкоговорителей используют плоско-магнитный твитер, иногда называемый квазиленточным. Плоские магнитные твитеры обычно дешевле, чем настоящие ленточные твитеры, но не совсем эквивалентны, поскольку лента из металлической фольги легче, чем диафрагма в плоском магнитном твитере, а магнитные структуры отличаются. Обычно тонкий кусок ПЭТ пленка или пластик с проводом звуковой катушки, многократно проходящим вертикально по материалу. Магнитная конструкция дешевле, чем у ленточных твитеров.

Электростатический твитер

Электростатический твитер Shackman MHT85.

An электростатический твитер работает по тем же принципам, что и полный диапазон электростатический динамик или пара электростатических наушников. В динамиках этого типа используется тонкая диафрагма (обычно пластиковая и ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ пленка), с тонким проводящим покрытием, подвешенная между двумя экранами или перфорированными металлическими листами, называемыми статорами.

Выход управляющего усилителя подается на первичную обмотку повышающего трансформатор с вторичной обмоткой с отводом от средней точки, и очень высокое напряжение - от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт - подается между центральным отводом трансформатора и диафрагмой. Электростатика этого типа обязательно включает источник высокого напряжения для обеспечения используемого высокого напряжения. Статоры подключаются к остальным клеммам трансформатора. Когда звуковой сигнал подается на первичную обмотку трансформатора, статоры электрически приводятся в действие на 180 градусов не в фазе, поочередно притягивая и отталкивая диафрагму.

Необычным способом управления электростатическим динамиком без трансформатора является подключение пластин двухтактного лампового усилителя непосредственно к статорам, а источник высокого напряжения между диафрагмой и землей.

Электростатика уменьшила гармонические искажения четного порядка благодаря своей двухтактной конструкции. У них также минимальные фазовые искажения. Конструкция довольно старая (первоначальные патенты датируются 1930-ми годами), но занимает очень небольшой сегмент рынка из-за высокой стоимости, низкой эффективности, большого размера для полнофункциональных конструкций и хрупкости.

Твитер AMT

В Трансформатор движения воздуха Твитер работает, выталкивая воздух перпендикулярно из складчатой диафрагмы. Его диафрагма представляет собой сложенные складки пленки (обычно полиэтилентерефталатной пленки) вокруг алюминиевых стоек, удерживаемые в сильном магнитном поле. В прошлые десятилетия компания ESS of California произвела серию гибридных громкоговорителей, в которых использовались такие твитеры, наряду с обычными вуферами, назвав их преобразователями Heil по имени их изобретателя. Оскар Хайль. Они обладают значительными выходными уровнями и более прочны, чем электростатические или ленточные, но имеют аналогичные легкие движущиеся элементы.

Большинство современных драйверов AMT, используемых сегодня, по эффективности и частотной характеристике аналогичны оригинальным разработкам Oskar Heil 1970-х годов.

Рупорный твитер

Рупорный твитер - это любой из вышеперечисленных твитеров, соединенный с расширяющимся или рог структура. Рупоры используются для двух целей - для управления дисперсией и для соединения диафрагмы твитера с воздухом для повышения эффективности. В любом случае твитер обычно называется компрессионным драйвером и сильно отличается от более распространенных типов твитеров (см. Выше). При правильном использовании рупор улучшает внеосевой отклик высокочастотного динамика за счет управления (то есть уменьшения) направленности высокочастотного динамика. Это также может повысить эффективность твитера, связав относительно высокий акустический импеданс динамика с более низким импедансом воздуха. Чем больше рупор, тем ниже частоты, на которых он может работать, поскольку большие рупоры обеспечивают связь с воздухом на более низких частотах. Существуют разные виды рогов, в том числе радиальный и постоянная направленность (CD). Рупорные твитеры могут иметь несколько «иную» звуковую подпись, чем простые купольные твитеры. Плохо сконструированные рупоры или неправильно перекрещенные рупоры имеют предсказуемые проблемы с точностью их выходного сигнала и нагрузкой, которую они представляют для усилителя. Может быть обеспокоено изображением плохо спроектированным рога, некоторые производители используют роговые загружены твитер, но не использовать этот термин. Их эвфемизмы включают «эллиптическую апертуру», «полугорн» и «управляемую направленность». Тем не менее, это форма загрузки рупора.

Плазменный или ионный твитер

Поскольку ионизированный газ электрически заряжен, и поэтому им можно управлять с помощью переменного электрического поля, можно использовать небольшую сферу плазма как твитер. Такие твитеры называются «плазменными» или «ионными» твитерами. Они более сложны, чем другие твитеры (генерация плазмы не требуется в других типах), но обладают тем преимуществом, что движущаяся масса оптимально мала и поэтому очень хорошо реагирует на входной сигнал. Эти типы ВЧ-динамиков не способны ни к высокой выходной мощности, ни к другому, кроме воспроизведения очень высоких частот, и поэтому обычно используются в горле акустической системы. рог структура для управления доступными уровнями вывода. Одним из недостатков является то, что плазменная дуга обычно производит озон, а яд газ, в небольших количествах как побочный продукт. Из-за этого колонки Magnat "magnasphere" немецкого производства были запрещены к ввозу в США в 1980-х годах.

В прошлом доминирующим поставщиком был DuKane недалеко от Сент-Луиса в США, который сделал Ионовак; также продается в британском варианте как Ionophane. Электро-Голос Сделал модель за короткое время по лицензии DuKane. Эти ранние модели были привередливы и требовали регулярной замены ячейки, в которой генерировалась плазма (в установке DuKane использовалась прецизионная кварцевая ячейка). В результате они были дорогими устройствами по сравнению с другими конструкциями. Те, кто слышал Ionovac, сообщают, что в разумно спроектированной акустической системе высокие частоты были «воздушными» и очень детализированными, хотя высокая выходная мощность была невозможна.

В 1980-х годах Плазматроника В динамике также использовался плазменный твитер, хотя производитель не продержался в бизнесе очень долго, и было продано очень мало таких сложных устройств.