Storia dei sistemi acustici. La storia della creazione di altoparlanti “Elettronici” con diffusori in metallo. Come funziona l'altoparlante
Oggi non possiamo più immaginare la nostra vita senza suoni, musica, cuffie, altoparlanti economici e marchiato sistemi di altoparlanti diverse centinaia di watt ciascuno, terrorizzando i vicini. Immergiamoci nella storia quasi duecentesca dello sviluppo dei sistemi acustici e tracciamo il difficile percorso di evoluzione di questo attributo integrale della nostra vita. Il silenzio si fece più forte. Terry Pratchett Elettricità e suono: primi esperimenti Nel 1831 il mondo aspettava una delle più grandi scoperte del nostro tempo: il fisico sperimentale inglese Michael Faraday osservò un fenomeno come l'induzione elettromagnetica. Tra tre anni apparirà il concetto di campi elettrici e magnetici, elettromagnetismo e poco dopo piezoelettricità. L’uomo sta gradualmente entrando nell’era dell’elettricità. La vita in quel periodo può sembrarci un po’ noiosa: assenza di televisione, radio e illuminazione elettrica. Per l'intrattenimento - balli e teatri, per l'anima - musica dal vivo, per il lavoro - energia manuale, ruote idrauliche, mulini a vento e dispositivi meccanici. Ci vorranno decenni prima che compaiano dispositivi che assomiglino anche lontanamente ai moderni sistemi di altoparlanti, ma per ora l'italiano Antonio Meucci sta sviluppando un "telegrafo parlante". Nel 1849 Meuchi costruisce un prototipo perfettamente funzionante del progenitore del telefono moderno, ma manca Soldi non gli consente di pagare la somma di 250 dollari per ottenere un brevetto. 11 anni dopo, l’inventore dimostra come utilizzando un telegrafo sia possibile trasmettere la voce di un cantante a una distanza di diversi chilometri, e già nel 1861 Johann Philipp Reis si unì alla ricerca. Dopo aver pubblicato il rapporto "Sulla telefonia attraverso la corrente elettrica", Johann Reis mostra al pubblico un dispositivo che può meritatamente essere definito il primo altoparlante. Tuttavia, Reis preferisce il nome “telefono musicale”. Come membrana Reis scelse un intestino di maiale immerso nel mercurio: la bobina di rame del ricevitore è influenzata dalla corrente proveniente dal batteria galvanica , ha causato la magnetizzazione e la smagnetizzazione dell'asta d'acciaio del ricevitore. L'altoparlante di Reis poteva essere ascoltato fino a una distanza di 100 metri e il suo aspetto gettava solide basi sul percorso verso la costruzione di sistemi acustici elettrodinamici. Purtroppo, l'imperfezione del design e la specificità dei materiali hanno permesso di riprodurre solo suoni molto forti. L'altoparlante non era adatto al parlato umano. Un paio di mesi dopo, l'invenzione di Johann Reis sarà chiamata “giocattolo divertente” e il meccanico tedesco Albert organizzerà personalmente la produzione di questa “invenzione inutile”. Uno di questi dispositivi finisce nelle mani di Alexander Graham Bell. Dopo aver studiato il principio di funzionamento dell'altoparlante Race, Bell ha iniziato a sviluppare il proprio "know-how": un dispositivo per non udenti che converte il suono in un segnale luminoso. Per i successivi 16 anni Bell sviluppò un telefono e nel 1876, il 14 febbraio, brevettò finalmente il suo dispositivo. Dopo aver completato centinaia di esperimenti sulla trasmissione di messaggi telegrafici e sviluppato dozzine di progetti diversi, Bell arrivò alla creazione della sua prossima invenzione: il telefono di Bell era rappresentato da un tubo con una membrana di pelle tesa collegata a un sistema magnetico e un induttore. Un "altoparlante" simile nel design veniva utilizzato come microfono, e quindi le vibrazioni elettriche causate dalla voce umana erano troppo piccole per superare la resistenza dei cavi lunghi. La portata massima di trasmissione del suono tramite il telefono di Bell era di soli 500-600 metri. L'era degli altoparlanti a tromba Nonostante il fatto che le basi dell'amplificazione del suono risalgano al III secolo a.C. e siano associate all'avvento di uno strumento musicale come l'organo (ad Alessandria chiamato "hydraulos"), l'uso di il corno, simile agli strumenti musicali a fiato, nel campo dell'acustica iniziò solo nella seconda metà del XIX secolo. Nel 1877, l'inventore americano Thomas Edison completò i lavori sul primo dispositivo in grado di registrare e riprodurre il suono. Il fonografo divenne un'invenzione rivoluzionaria, grazie alla quale nei successivi trent'anni il mondo avrebbe visto il grammofono, il grammofono, i dischi e avrebbe incontrato un concetto come la registrazione del suono (per maggiori dettagli vedere l'articolo: "Storia della registrazione del suono"). E sebbene Edison sia sempre stato attratto dall'elettricità, nei suoi esperimenti acustici decise comunque di basarsi sulle capacità esclusivamente meccaniche della sua invenzione. Il principio della riproduzione del suono mediante un fonografo consisteva nel far scorrere un taglierino lungo le rientranze e le irregolarità (traccia sonora) formate durante la registrazione su un rullo ricoperto di pellicola. Le vibrazioni meccaniche dell'ago venivano trasmesse alla membrana dell'emettitore dotata di corno. La fisica del suono ha permesso, utilizzando il più semplice dispositivo acustico, di potenziare significativamente le minuscole vibrazioni dell'ago. Tuttavia, un sistema acustico così puramente meccanico presentava una serie di svantaggi. Il livello del volume e il guadagno erano insufficienti e la qualità del suono lasciava molto a desiderare. Inoltre, gli altoparlanti a tromba erano troppo ingombranti e la mobilità era fuori discussione. Il loro picco di popolarità avvenne tra il 1880 e il 1920, proprio nel periodo in cui menti curiose di tutto il mondo inventavano e perfezionavano i sistemi acustici elettrodinamici. I produttori torneranno al design a tromba degli altoparlanti in futuro, e già nel 21 ° secolo sarà questo tipo di emettitori, ma funzionanti secondo le leggi dell'elettrodinamica, che sarà considerato uno degli standard per la qualità del suono. Dal telegrafo e bobina agli altoparlanti elettrodinamici Il principio di funzionamento dell'altoparlante, stabilito da Alexander Bell, è rimasto invariato per quasi mezzo secolo. Nel 1874, Ernst Siemens ricevette un brevetto per l'uso di un "apparato magnetoelettrico per ottenere il movimento meccanico di una bobina elettrica sotto l'influenza della corrente". Una bobina con supporto speciale posta in un campo magnetico, secondo l'autore del brevetto, avrebbe dovuto riprodurre il suono. Purtroppo Siemens non è stata in grado di confermare il brevetto nella pratica. Solo nel 1898 il fisico e inventore inglese Oliver Lodge brevettò il progetto del primo altoparlante elettrodinamico. Avendo stabilito il principio della conversione dei segnali AC in ingresso per produrre suono, Siemens in realtà ha inventato il telaio della bicicletta prima dell'avvento delle ruote: l'inventore tedesco non aveva una soluzione che gli permettesse di amplificare l'onda sonora, e facendo oscillare la testa dell'altoparlante per ottenere un livello di volume sufficiente non era mai stato immaginato possibile alla fine del 19° secolo. Nel corso dei successivi 25 anni, l’industria del “suono elettrico” praticamente si ferma e il fonografo analogico di Edison raggiunge l’apice della sua popolarità. La ricerca condotta da fisici e sperimentatori di spicco ci consente infine di trovare soluzioni per fornire alla bobina e alla testa dell'altoparlante una potenza sufficiente. Dopo aver condotto una serie di esperimenti all'interno del laboratorio della General Electric, gli inventori Chester Rice e Edward Kellogg brevettarono il principio di funzionamento di un emettitore elettrodinamico nel 1924. Si basa su una fisica semplice: la potenza acustica aumenta in proporzione al quadrato della frequenza del segnale in ingresso. Utilizzando le oscillazioni del diaframma nella gamma di frequenze con il massimo eccesso di risonanza del sistema in movimento, è possibile ottenere una riproduzione del suono leggermente distorta. Unendo insieme entrambi i principi, Rice e Kellogg ottennero un trasduttore dotato di un diaframma a bobina mobile. L'anno 1926 fu un punto di svolta nell'ulteriore evoluzione dei sistemi acustici. Entra nel mercato il primo modello di radio industriale, Radiola Modello 104, con amplificatore incorporato da 1 W. Il suo valore nel 1926 era di 260 dollari, un importo equivalente a 3.000 dollari nel 2015. Diventa disponibile per il consumatore anche il ricevitore radio Radiola 28. La risposta dell'URSS è stata l'altoparlante "Record" per la trasmissione via cavo ("punto radio") e il suo analogo a tromba per la trasmissione nelle piazze "TM", sviluppato presso il Laboratorio Radio Centrale di Pietrogrado. Il design dei primi altoparlanti elettrodinamici prevedeva bobine ad alta resistenza, che funzionavano essenzialmente come un magnete che azionava una membrana di carta o tessuto. A quel tempo, potenti magneti erano già utilizzati attivamente nell'industria e nel 1927 Harold Hartley propose di sostituire l'ingombrante bobina con un magnete permanente. Grazie alla stabilità del campo magnetico nell'intercapedine, un magnete permanente potrebbe fornire una bassa distorsione del suono (nell'ambito del periodo evolutivo degli altoparlanti della prima metà del XX secolo). Per tale "alta fedeltà" (inglese "fidelity" - fedeltà), la generazione di altoparlanti elettrodinamici che utilizzano un magnete permanente è classificata come una nuova classe - Hi-Fi (High Fidelity - inglese "alta fedeltà"), lo standard per il quale era approvato negli anni '60 del secolo scorso. “Scatola chiusa” Sorprendentemente, il principio di funzionamento degli emettitori elettrodinamici stabilito da Oliver Lodge e perfezionato da Rice e Kellogg è rimasto invariato fino ad oggi. Gli altoparlanti che vedi sulla tua scrivania e quelli che stanno nella stanza o raccolgono polvere nell'armadio dei tuoi genitori: funzionano tutti secondo lo stesso principio degli altoparlanti installati nella radio Radiola Modello 104, lanciata quasi 90 anni fa Il principio rimane lo stesso, ma il loro design acustico è cambiato radicalmente. Se nell'evoluzione dei sistemi acustici non fosse apparso un brillante inventore di nome Edgar Vilchur, non sarebbe facile rispondere in modo inequivocabile cosa ascolteresti esattamente oggi e come sarebbero gli altoparlanti moderni. Ma Vilchur non solo è nato nel 1917, è riuscito a fare una vera rivoluzione nel mondo dell'acustica elettrica. Fino alla metà degli anni '50 del XX secolo, gli ingegneri si occupavano del miglioramento della qualità del suono degli altoparlanti elettrodinamici. A questo scopo sono state condotte ricerche per trovare il “Santo Graal”: esperimenti con materiali di membrana, tensione e bobine. Purtroppo, il suono rimaneva ancora aspro e la presenza di "bassi profondi" era fuori discussione. Il lato posteriore del cabinet dell'altoparlante è rimasto aperto, il che ha portato ad un “cortocircuito” alle basse frequenze. Un'altra opzione di progettazione per l'altoparlante era l'uso di un bass reflex, che però aveva anche poco effetto sulla frequenza di risonanza della testa, ma consentiva di espandere la caratteristica nella regione delle basse frequenze. Nel 1954, l’inventore americano Edgar Vilchur depositò una domanda di brevetto per registrare un dispositivo denominato “scatola chiusa”. Dopo 2,5 anni, l'Ufficio Brevetti soddisfa la domanda e l'autore riceve la licenza per la sua invenzione, che molto presto rivoluzionerà l'intero mondo dell'acustica. Per facilitare la progettazione della sospensione elastica negli altoparlanti elettrodinamici e ridurre i carichi che agiscono su di essa (causando una significativa distorsione del suono), Vilchur propone di includere l'aria nel lavoro. L'idea può sembrare incredibilmente semplice, ma il segreto del genio sta sempre nella semplicità. Per realizzare la sua idea, Vilchur suggerisce di utilizzare un ambiente chiuso scatola di legno, nel quale inserire un altoparlante elettrodinamico. Come nell’antichità Archimede gridava “Eureka”, così il mondo intero avrebbe dovuto gridare: “Trovato”! L'uso di un involucro chiuso ha permesso non solo di arricchire significativamente il suono dell'altoparlante, saturarlo con le basse frequenze e aggiungere "carnosità", ma anche di ridurre le dimensioni dei sistemi di altoparlanti da armadi enormi e pesanti a piccoli comodini . Un'altra invenzione altrettanto geniale di Edgar Vilchur è giustamente considerata l'uso di un tweeter a cupola (emettitore HF o tweeter). Il primo utilizzo di un altoparlante separato per la riproduzione delle alte frequenze può essere trovato nel leggendario sistema di altoparlanti AR3, che divenne una logica continuazione evolutiva dei sistemi AR1 e AR2 rilasciati da Acoustic Research. Oggi la colonna AR3 occupa un posto d'onore nello Smithsonian Museum di Washington. Lo potete trovare tra gli oggetti esposti nell'era dell'informazione, tra il tasto del telegrafo Morse e il primo PC Apple I di Steve Jobs. E via... I principi di base del funzionamento degli emettitori elettrodinamici furono stabiliti già nel 1924, il il progetto di una scatola chiusa proposto da Vilchur è stato registrato nel 1956. È arrivato il momento degli esperimenti, del miglioramento del design esistente del sistema di altoparlanti e dell'emissione del suono ad alta qualità nuovo livello . Il periodo più rapido nello sviluppo dei sistemi acustici si è verificato tra il 1970 e il 1985, quando i principali produttori hanno organizzato una vera e propria competizione tecnologica. Nel 1972 Sansui introdusse il primo altoparlante SF1 con emissione sonora a 360 gradi. Il produttore giapponese Pioneer dà subito la sua risposta, presentando il modello CS-3000 che utilizza altoparlanti a cupola. Grazie ad una tromba dal design straordinario e alla cattura delle radiazioni dalla parte posteriore del diffusore, il piccolo altoparlante Victor FB-5-2 consente di riprodurre l'audio di un soggiorno standard, consumando solo 1 W. Il primo altoparlante con bassi davvero impressionanti (la frequenza di riproduzione più bassa inizia a 20 Hz) è stato lanciato nel 1973. Technics SB-1000: magneti da 22 cm, bobine da 10 cm e peso 52 kg. Un anno dopo, arriva sul mercato uno degli oratori più apprezzati nella storia del settore. Nel 1974, Yamaha presentò il sistema acustico NS 1000. Utilizzando il berillio nella produzione di diffusori, gli ingegneri giapponesi sono riusciti a superare le teste sul mercato in quasi tutte le caratteristiche. Dopo aver iniziato a studiare la questione dell'affidabilità del suono dei sistemi acustici, Technics sta ancora una volta facendo una svolta tecnologica in questo settore. Nel marzo 1975, in una conferenza stampa a Tokyo, presenta l'altoparlante a tre vie Technics SB-7000, il best seller dell'epoca. In URSS, hanno deciso di accontentare i consumatori con un suono potente solo verso la fine degli anni '70. Una serie di altoparlanti 35 AC-1 e 35 AC 212, conosciuti come i "rumorosi e rimbombanti S-90", attirarono l'attenzione dei cittadini sovietici. Mentre i produttori occidentali promuovono sistemi di altoparlanti grandi e potenti progettati per le sale da concerto, le aziende giapponesi scelgono di sviluppare come priorità “sistemi di altoparlanti domestici”. Non è possibile elencare tutta la ricchezza di sistemi acustici riversati sul mercato dall'inizio degli anni '70 alla metà degli anni '80. I produttori stanno sperimentando tutto ciò che possono: dal posizionamento degli altoparlanti, alla loro forma e isolamento acustico, all'uso dei materiali più straordinari nella produzione delle testine. Nel 1976, la società inglese Bowers & Wilkins iniziò per la prima volta a produrre un cono per altoparlanti di fascia media in Kevlar. È così che il modello B&W DM6 entra nel mercato. Ulteriori ricerche da parte dei produttori di sistemi di altoparlanti mirano già ad ottenere la massima immersione dell'ascoltatore nell'atmosfera della musica. Ma gli esperimenti nel campo del suono possono continuare all'infinito, ma solo attrezzature precise, l'attrezzatura tecnica necessaria e la comprensione di ciò a cui aspirano veramente tutti i produttori di altoparlanti potrebbero dare i loro frutti. Nel 1981, il cofondatore di Bowers & Wilkins, John Bowers, decise di aprire un laboratorio di ricerca separato nella piccola città inglese di Steyning. Pochi anni dopo, l'idea di Bowers diventerà famosa ben oltre i confini del Regno Unito e la "University of Sound" farà un elenco impressionante di scoperte che porteranno gli altoparlanti a un livello sonoro completamente nuovo. Dopo il formato stereo 2.0 generalmente accettato, stanno entrando nel mercato sistemi di altoparlanti composti da 3, 5, 7 e persino 9 altoparlanti, che consentono all'ascoltatore di godere del suono multicanale e di una sensazione di suono spaziale 3D. L'introduzione della tecnologia Bluetooth nel 1994 trasmissione senza fili i dati non potevano che influenzare il campo dei sistemi acustici. Nell'ottobre 2009, Creative ha introdotto il primo sistema di altoparlanti 2.1 che utilizza la tecnologia Bluetooth per trasmettere l'audio da una sorgente sonora. Un anno dopo, il 1 settembre 2010, nell'ambito di una presentazione a San Francisco Azienda Apple presenterà la propria tecnologia per lo streaming wireless di dati tra dispositivi: AirPlay. Successivamente inizia AirPlay nuova pagina nella storia dell'elettroacustica: l'era dei sistemi di altoparlanti wireless che combinano design straordinario, suono eccellente e funzionalità sorprendenti. Ma questo è un argomento per un articolo separato. http://iphones.ru
Irina Aldoshina
Data della prima pubblicazione:
Settembre 2007Termini, definizioni, storia dello sviluppo.
Una delle invenzioni più famose del ventesimo secolo è altoparlante. È stato il suo aspetto (insieme al microfono) a rendere possibile lo sviluppo di sistemi di registrazione e riproduzione del suono. Attualmente, gli altoparlanti sono tra le tipologie di apparecchiature audio più apprezzate (secondo stime approssimative, la loro produzione industriale raggiunge i 500 milioni di unità all'anno). La qualità del suono degli altoparlanti influenza notevolmente la qualità del suono nei sistemi di amplificazione del suono, nelle trasmissioni radiofoniche, in televisione, nella registrazione del suono e nella riproduzione domestica.
Ecco perché lo studio dei processi fisici di conversione del suono negli altoparlanti, la loro creazione modelli matematici e algoritmi, prodotti software Decine di università e centri di ricerca sono impegnati nei loro calcoli e nella loro progettazione, e centinaia delle più grandi aziende sono coinvolte nella loro produzione. Non sorprende che in quasi tutti i congressi internazionali dell'AES (Audio Engineering Society) ci siano sezioni scientifiche e seminari speciali dedicati a questi problemi, e nuovi modelli e soluzioni tecniche vengano presentati alle mostre nell'ambito di questi congressi.
In questa serie di articoli dedicati agli altoparlanti, parleremo dei principi di funzionamento, del design e della tecnologia degli altoparlanti moderni e dei metodi per il loro calcolo.
Il primo articolo fornirà termini e definizioni di base, nonché Storia breve sviluppo degli altoparlanti.
Terminologia
Prima di tutto, è necessario soffermarsi sulla terminologia attualmente accettata negli standard internazionali e nazionali e nella letteratura tecnica (poiché qui c'è molta confusione). In conformità con gli standard internazionali e nazionali, il termine "altoparlante" si applica a "dispositivi progettati per irradiare efficacemente il suono nello spazio circostante in un ambiente aereo, contenenti una o più teste di altoparlanti con progettazione acustica e dispositivi elettrici (filtri, regolatori, ecc. )". Pertanto, questo termine si riferisce a qualsiasi trasduttore acustico che emette suono nell'aria. Un singolo emettitore è designato nello standard nazionale GOST 16122-87 come "testa dell'altoparlante" (nei cataloghi stranieri vengono talvolta utilizzati i termini "unità altoparlante", "elemento di trasmissione dell'altoparlante" o "driver").
Tuttavia, nella letteratura tecnica (libri di testo, articoli, ecc.), il termine “altoparlante” viene utilizzato principalmente per un singolo altoparlante. Un dispositivo contenente altoparlanti, filtri, alloggiamenti e altre parti è chiamato "sistema di altoparlanti". A seconda del campo di applicazione, può essere designato come “sistema di altoparlanti” (principalmente per uso domestico), “unità da studio acustico” (“unità di controllo”, “monitor”), “ altoparlante", ecc. Nella letteratura straniera vengono spesso usati i termini "sistema acustico" o "sistema di altoparlanti". Pertanto, ogni volta devi capire dal contenuto di cosa si tratta stiamo parlando: sulle teste degli altoparlanti o sui sistemi di altoparlanti.
Indipendentemente dal campo di applicazione (nelle apparecchiature da studio, nei sistemi di amplificazione del suono, nei sistemi di riproduzione del suono domestico), tutti gli altoparlanti (sistemi acustici) sono costituiti dai seguenti elementi di base (Fig. 1):
- erogatori(teste altoparlanti), ciascuna delle quali (o più contemporaneamente) funziona nella propria gamma di frequenze;
- alloggiamenti, che possono essere costituiti da più blocchi distinti (ciascuno per emettitori della propria gamma), oppure rappresentare un unico disegno;
- circuiti di filtraggio e correzione, così come altri dispositivi elettronici(ad esempio per protezione da sovraccarico, indicazione di livello, ecc.);
- cavi audio e terminali di ingresso; amplificatori(per sistemi di altoparlanti attivi) e crossover (filtri attivi), nel caso di utilizzo di amplificatori separati per ciascuna banda di frequenza.
L'insieme degli elementi (numero di teste degli altoparlanti, uso di filtri attivi o passivi, forma e design delle casse, ecc.) può variare in modo significativo per i diversi tipi di sistemi di altoparlanti a seconda del loro scopo, ma i principi della loro costruzione, i metodi di calcolo e le tecnologie di produzione sono in gran parte simili.
Prima di passare all'analisi di queste problematiche, ripercorriamo brevemente la storia della realizzazione degli elementi principali degli altoparlanti (emettitori, alloggiamenti, filtri).
Storia dello sviluppo
I tentativi di creare i primi emettitori di suono iniziarono alla fine del XIX secolo. Nel 1874, l'ingegnere tedesco Ernst Werner von Siemens, fondatore dell'azienda Siemens, descrisse un apparato magnetoelettrico in cui una bobina circolare di filo era posta in un campo magnetico radiale con uno speciale supporto per consentire lo spostamento verticale (brevetto numero 149797). Indicò quindi che questo meccanismo motore poteva essere utilizzato per produrre suoni, ma non lo dimostrò nella pratica. Nel 1877 Siemens registrò altri due brevetti in Germania e Inghilterra, che descrivevano le caratteristiche principali dell'altoparlante elettrodinamico, che furono successivamente utilizzati in vari progetti industriali.
Nel 1876, lo scienziato americano Alexander Bell brevettò il telefono e ne dimostrò il suono utilizzando un tipo di trasduttore molto simile. Nel periodo 1898-1915 furono registrati numerosi brevetti (gli inventori Oliver Joseph Lodge, John Matthias Augustus Stroh, Anton Pollak, ecc.) riguardanti l'introduzione di singoli elementi: un diaframma conico, una rondella di centraggio, ecc. Tutti questi emettitori funzionavano con corni, i cui primi esemplari sono mostrati in Fig. 2.
Tra il 1915 e il 1918, gli ingegneri Harold D. Arnold e Henry Egerton dei Bell Labs crearono driver per altoparlanti che funzionavano secondo il principio dell'"armatura bilanciata" (a volte chiamata "armatura bilanciata", ma "armatura bilanciata" è un termine ben consolidato). In questo progetto, la corrente alternata veniva fornita a un avvolgimento situato su un'asta di acciaio, che si muoveva a causa dell'interazione con il campo magnetico e, di conseguenza, spingeva il cono caricato sul corno (Fig. 3). Sebbene la gamma di riproduzione fosse molto limitata a causa dell'elevata rigidità del rinforzo, tale dispositivo fu utilizzato fino agli anni '30 del XX secolo. I primi modelli di altoparlanti a tromba per impianti sonori nei teatri e nelle strade (ad esempio nel 1919 a New York in Park Avenue, nel 1920 a Chicago al Congresso repubblicano, ecc.) utilizzavano emettitori di questo particolare tipo.
Un cambiamento rivoluzionario nello sviluppo degli altoparlanti elettrodinamici avvenne nel 1925, quando gli ingegneri Chester W. Rice e Edward W. Kellogg della General Electric (USA) pubblicarono sulla rivista l'articolo "Note sulla creazione di un nuovo tipo di altoparlante senza tromba" Atti della American Society of Electrical Engineers" (Vol. 44, aprile 1925). Questi ingegneri passeranno per sempre alla storia dell'ingegneria audio come gli scopritori di una delle più grandi invenzioni del 20° secolo, i cui principali elementi di design sono stati preservati fino ad oggi. Infatti, è stato creato un trasduttore elettrodinamico con una bobina mobile e un diaframma che opera in una gamma superiore alla sua frequenza di risonanza. Su questo principio è stato sviluppato il primo modello da laboratorio di un altoparlante e contemporaneamente è stato assemblato il modello amplificatore a valvole, fornendo potenza sufficiente su tutta la gamma di frequenze.
Già nel 1926 apparve il primo modello industriale di tale altoparlante, chiamato Radiola Modello 104, con un amplificatore incorporato da 1 W. Nello stesso periodo venne lanciato sul mercato il ricevitore radio Radiola 28, che funzionava con questo altoparlante. Da quel momento in poi iniziò la produzione in serie di tali altoparlanti in tutto il mondo.
È interessante notare che quasi contemporaneamente in Russia sono stati condotti lavori sulla creazione di altoparlanti elettrodinamici. Nel 1923 fu creato a Pietrogrado il Laboratorio Radiofonico Centrale (CRL), in seguito ribattezzato Istituto di ricezione e acustica radiotelevisiva (IRPA). Fin dai primi giorni della sua creazione, gli altoparlanti sono stati sviluppati presso l'IRPA. Nel 1926 furono creati l'altoparlante elettromagnetico "Record" e l'altoparlante esterno a tromba elettromagnetica TM, che iniziarono a essere prodotti nello stabilimento omonimo. Kulakova. Nel 1929, A. A. Kharkevich e K. A. Lamagin svilupparono presso l'IRPA il primo campione di un altoparlante dinamico (radiazione diretta e tromba), la cui produzione iniziò nel 1931 nello stabilimento omonimo. Kozitsky e all'impianto radiofonico di Kiev.
Già nel 1930-32 furono creati sulla Piazza Rossa a Mosca i primi potenti altoparlanti per l'amplificazione del suono (con una potenza di 100 W). Dal 1935, il paese iniziò la produzione in serie di altoparlanti elettrodinamici. Va notato che il volume della loro produzione è in costante aumento. All'inizio degli anni '90, il volume di produzione di altoparlanti elettrodinamici nel nostro paese ammontava a 70 milioni all'anno (Ryazan Radio Plant - produzione 15 milioni all'anno, Gagarin Radio Plant - 13 milioni, Berd Radio Plant, NPO "Radiotekhnika" a Riga, eccetera.) .
Con l'avvento dei campioni industriali di altoparlanti elettrodinamici, quasi tutti i modelli di altoparlanti a tromba iniziarono ad utilizzarli come emettitori. La creazione di altoparlanti a tromba con un design vicino a quelli moderni iniziò con il lavoro degli ingegneri Albert L. Thuras e Edward Christopher Wente, che nel 1927 brevettarono un altoparlante a tromba dal collo stretto, che utilizzava una camera pre-tromba e una lente speciale ( Wente corpo).
Lo sviluppo del cinema sonoro ha richiesto la creazione di sistemi acustici che fornissero volume e intelligibilità sufficienti del suono. Ciò ha portato alla nascita di sistemi multibanda. Uno dei primi fu un sistema acustico a due vie dimostrato da Douglas Shearer, costituito da trombe piegate a bassa frequenza e una tromba multicella ad alta frequenza che utilizzava altoparlanti elettrodinamici. Il sistema riproduceva la gamma di 40-10.000 Hz e aveva una sensibilità abbastanza elevata (Fig. 4). Nel 1938 ricevette un premio dall'Accademia delle arti e delle scienze cinematografiche e divenne una sorta di standard per il successivo sviluppo di sistemi audio multibanda nei cinema, teatri, ecc.
Con l'inizio della creazione di sistemi di altoparlanti multivia, è nata la necessità di utilizzare filtri crossover tra altoparlanti a bassa, media e alta frequenza. Il primo articolo sulla teoria dei filtri degli altoparlanti apparve nel 1936 (di John K. Hilliard e Harry R. Kimball). Fornì la teoria per il calcolo dei filtri Butterworth dal primo al terzo ordine, che negli anni '50 furono riconosciuti come la forma preferita per i sistemi acustici.
Negli anni 1940-50 furono sviluppati soprattutto potenti sistemi acustici a tromba e corrispondenti teste di altoparlanti per scopi professionali per la sonorizzazione di sale cinematografiche e teatri (ditte JBL, Altec Lancing, ecc.).
In casa venivano utilizzate grandi teste elettrodinamiche senza decorazioni. Tuttavia, a causa di un cortocircuito acustico, non è stato possibile ottenerlo basse frequenze. I primi sistemi di altoparlanti multivia utilizzavano grandi cabinet di "tipo aperto" con un volume di 300-500 cc. dm (litri), mentre la gamma di frequenze riprodotte iniziava da 80-100 Hz.
Una vera rivoluzione nel campo degli elettrodomestici iniziò nel 1954, quando uno dei fondatori dell'AR (Acoustical Research) Edgar M. Villchur presentò in una mostra a New York un piccolo sistema di altoparlanti AR-1, basato su un principio completamente nuovo chiamato "sospensione acustica". " o un alloggiamento del "tipo a compressione". L'idea di questa invenzione, che ha aperto la strada sistemi moderni uso domestico, consisteva nel fatto che per ottenere le basse frequenze veniva utilizzato un alloggiamento di piccole dimensioni, l'elasticità del volume d'aria in cui era più di tre volte superiore all'elasticità della sospensione dell'altoparlante a bassa frequenza. In questo caso il sistema di altoparlanti in movimento sembra “sedersi” su un cuscino d’aria elastico. Poiché l'aria è un mezzo lineare, ciò consente di aumentare lo spostamento del diaframma dell'altoparlante senza aumentare le distorsioni non lineari e, quindi, ottenere la riproduzione delle basse frequenze in un volume ridotto.
La creazione di tali sistemi richiedeva un cambiamento nei principi di progettazione degli altoparlanti a bassa frequenza; dovevano avere un sistema di movimento pesante, una sospensione flessibile, una grande bobina mobile e un circuito magnetico per essere in grado di fornire elevata potenza dagli amplificatori. L'apparizione di un sistema acustico di piccolo volume che riproduceva con sicurezza la parte a bassa frequenza della gamma ha suscitato stupore tra gli specialisti e ha aperto un'ampia strada allo sviluppo di sistemi di altoparlanti Hi-Fi domestici.
Il concetto di creazione di apparecchiature ad alta fedeltà (alta fedeltà, ovvero apparecchiature che forniscono la massima conformità con il suono dal vivo), proposto negli anni '60 da KEF (Inghilterra), è servito da potente impulso per lo sviluppo dell'acustica sia domestica che professionale sistemi: miglioramento della progettazione di tutti gli elementi (teste degli altoparlanti, alloggiamenti, filtri), la loro tecnologia di produzione, lo sviluppo di nuovi metodi per misurare i parametri, nonché la creazione di una teoria per il loro calcolo. Centinaia di aziende, centri di ricerca e università hanno aderito alla produzione e allo sviluppo di altoparlanti.
Il progresso nello sviluppo dei cabinet degli altoparlanti fu associato principalmente all'emergere di un'ampia varietà di design: insieme ai cabinet chiusi del tipo a compressione (menzionati sopra), nel 1959 l'ingegnere James F. Novak dell'azienda Jensen introdusse il concetto di creazione di bassi armadi reflex (l'idea fu brevettata da Albert Turas nel 1930), che permise di aumentare il livello di pressione sonora nella regione delle basse frequenze.
Attualmente viene utilizzata un'ampia varietà di design a bassa frequenza: con un radiatore passivo, con una doppia telecamera, del tipo "labirinto", del tipo "filtro passa banda", ecc. Ognuno di essi presenta i propri vantaggi e svantaggi ( ne parleremo nei prossimi articoli). Una fase di fondamentale importanza nel loro sviluppo fu la creazione nel 1971-1973 della teoria del calcolo dei progetti a bassa frequenza (autori Neville Thiele e Richard Small), basata su un'analogia con la teoria dei filtri. Ciò ha permesso di trasferire la progettazione del cabinet su una base scientifica e di creare programmi informatici appropriati ampiamente utilizzati nella pratica di progettazione degli altoparlanti. Per garantire una riproduzione di alta qualità delle frequenze medie e alte, abbiamo lavorato vari modi sono stati creati isolamenti acustici e vibrazioni e involucri di forma ovale (principalmente per altoparlanti ad alta frequenza) per ridurre la distorsione di diffrazione.
Poiché la stragrande maggioranza dei sistemi di altoparlanti erano costruiti secondo il principio multi-banda, ciò ha portato a progressi significativi nella creazione di filtri crossover, che hanno iniziato a svolgere non solo funzioni di separazione banda di frequenza tra altoparlanti a bassa, media e alta frequenza, ma per simmetrizzare la caratteristica di direttività nella regione del crossover. Attualmente ce ne sono un gran numero programmi per computer, che consentono di ottimizzare i parametri del filtro, ad esempio CACD, CALSOD, Filter Designer e LEAP4.0, ecc.
Cambiamenti significativi si sono verificati anche nelle testine degli altoparlanti. Insieme a quelli elettrodinamici, iniziarono a essere prodotti emettitori basati su altri principi di conversione: elettrostatici, emettitori Hale, piezo-film, ecc. (ne parleremo più in dettaglio nei prossimi articoli).
Per quanto riguarda gli altoparlanti elettrodinamici, il progetto proposto da Rice e Kellogg si è rivelato così efficace che non sono stati apportati cambiamenti fondamentali; il progresso è avvenuto principalmente nel campo della tecnologia.
Si possono notare le seguenti soluzioni di design originali apparse negli anni '50 e '70.
Nel 1958, Edgar Villchur introdusse un modello del sistema acustico AR-3 con un design fondamentalmente nuovo dell'emettitore ad alta frequenza: il diaframma era realizzato sotto forma di cupola, non c'era alcuna rondella di centraggio e la bobina mobile era fissata direttamente al diaframma. L'aspetto di un tale progetto ha risolto un problema molto importante: espandere le caratteristiche di direttività nella regione delle alte frequenze attraverso l'uso di un diaframma emisferico di piccole dimensioni.
Apparvero potenti altoparlanti a bassa frequenza con diaframmi con speciali nervature di irrigidimento; Un esempio è il modello di emettitore coassiale RCA-15, proposto dall'ingegnere Harry Ferdinand Olson nel 1954.
Apparve un design fondamentalmente nuovo di un altoparlante coassiale, creato da Tannoy (Inghilterra) nel 1947 (Fig. 5). L'idea era quella di eliminare la separazione delle sorgenti a bassa e alta frequenza nello spazio e ottenere la loro radiazione da un punto, eliminando così gli sfasamenti tra di loro e migliorando le caratteristiche di direttività. In questo progetto, un altoparlante ad alta frequenza con un diaframma a cupola e un distributore speciale si irradia attraverso un foro nel nucleo di un altoparlante a bassa frequenza, il cui diffusore funge da tromba.
Sono stati sviluppati progetti di altoparlanti (prima ad alta frequenza, poi a frequenza medio-bassa) utilizzando uno speciale fluido magnetico (ferrofluido) nello spazio per rimuovere il calore e aumentare lo smorzamento a grandi ampiezze.
Ultimi successi
I maggiori progressi nello sviluppo degli altoparlanti elettrodinamici negli ultimi decenni sono stati raggiunti nella tecnologia. Potenze dell'amplificatore aumentate (300-500 W), requisiti per una trasmissione senza distorsioni di grandi dimensioni gamma dinamica(livello massimo di pressione sonora ~130-140 dB), per ridurre il livello di distorsioni lineari e non lineari, ha portato a cambiamenti significativi sia nella scelta dei materiali che nella tecnologia di produzione di molti elementi degli altoparlanti elettrodinamici.
Nei woofer, i cambiamenti tecnologici hanno influenzato tutti gli elementi. Le sospensioni iniziarono ad essere realizzate con materiali speciali (gomma naturale, schiuma di poliuretano, tessuti gommati, tessuti naturali e sintetici con speciali rivestimenti smorzanti) e acquisirono una forma speciale: toroidale, a forma di peccato, a forma di S, ecc. Diaframmi a bassa frequenza gli altoparlanti (i primi dei quali in 20 realizzati in pergamena o vera pelle) sono ora realizzati con composizioni piuttosto complesse a base di cellulosa naturale a fibra lunga con vari additivi che ne aumentano la resistenza, la rigidità e le proprietà smorzanti (ad esempio, fibre di lana, fibre di lino , fibra di carbonio, scaglie di grafite, fibre metalliche, impregnazioni antiumidità e smorzanti). Il grado di complessità di tali compositi può essere giudicato dal fatto che utilizzano fino a 10-15 componenti.
Tuttavia, insieme alle composizioni a base di cellulose naturali, per i diaframmi degli altoparlanti a bassa frequenza sono stati e vengono utilizzati vari materiali compositi, di norma precedentemente sviluppati per apparecchiature aerospaziali e militari: materiali multistrato a nido d'ape, metalli espansi, ecc. Attualmente, per diaframmi degli altoparlanti a bassa frequenza, molte aziende rinomate (JAMO, KEF, Cabasse, Tannoy, ecc.) utilizzano sempre più composizioni di film sintetici a base di poliolefine (polipropilene e polietilene) e materiali compositi a base di tessuto Kevlar ad alto modulo (bianco e nero , Audix, ecc.).
L'uso di tali diaframmi consente di garantire migliori modelli gli altoparlanti a bassa frequenza hanno una risposta in frequenza uniforme fino a 1500...2500 Hz, che è quasi due ottave più alte delle frequenze di crossover spesso utilizzate nei sistemi di altoparlanti a tre vie (400...600 Hz). Un esempio di design moderno del woofer è uno degli ultimi modelli di woofer JBL, mostrato in Fig. 6. Adotta il circuito magnetico del magnete al neodimio, bobina mobile a doppio avvolgimento, che può funzionare a capacità elevate senza distorsioni, un diaframma in materiale composito con fibre di carbonio e altri risultati delle moderne tecnologie.
Cambiamenti particolari si sono verificati nella tecnologia di produzione degli altoparlanti ad alta frequenza, dove i moderni progressi della tecnologia spaziale vengono utilizzati in modo particolarmente efficace. Un esempio di uno dei progetti più moderni è l'altoparlante ad alta frequenza Tannoy modello Prestige ST-200, che utilizza un diaframma a cupola con un diametro di 25 mm e uno spessore di 25 micron, realizzato in titanio con uno strato d'oro spruzzato, un magnete al neodimio, ecc., che ha permesso di ottenere parametri completamente unici: gamma di frequenza fino a 54 kHz con irregolarità -6 dB, fino a 100 kHz con irregolarità -18 dB, potenza nominale 135 W (picco 550 W), sensibilità 95 dB/V/m.
Se si confrontano i design degli ultimi due altoparlanti con i primi modelli di altoparlanti elettrodinamici, è possibile vedere quale percorso ha percorso questo prodotto in quasi cento anni dalla sua creazione e quali parametri sono stati raggiunti.
Gli altoparlanti professionali per i sistemi di amplificazione del suono e del suono si sono sviluppati principalmente lungo il percorso dell'aumento della potenza e della formazione di una determinata caratteristica di direttività. È stata creata un'ampia varietà di tipi di trombe: diffrazione, radiale, copertura uniforme, arricciata, ecc. Sono apparsi nuovi tipi di emettitori: potenti array lineari costituiti da blocchi multibanda attivi separati con una caratteristica di direttività controllata.
Se analizziamo le principali direzioni nello sviluppo degli altoparlanti nella fase attuale (ad esempio, sulla base dei materiali dei congressi AES degli ultimi anni), possiamo identificare le seguenti tendenze:
- l'emergere di nuovi parametri che si correlano molto meglio con la percezione uditiva,
- creazione di una nuova metrologia digitale che consente la misurazione di una gamma più ampia di parametri in ambienti non ostruiti,
- utilizzo di metodi di filtraggio digitale per ridurre le distorsioni lineari e non lineari,
- ricerca di modi per creare altoparlanti digitali,
- sviluppo di processori digitali adattivi per adattare i parametri degli altoparlanti alle caratteristiche dell'ambiente in cui sono installati.
Maggiori dettagli sulle caratteristiche di progettazione, tecnologia e metodi per ridurre la distorsione nei moderni altoparlanti elettrodinamici saranno discussi nei seguenti articoli della serie.
Tutto iniziò all'esposizione mondiale di Osaka (Giappone), dove nel 1976 furono presentati altoparlanti "super ideali" funzionanti in modalità pistone su tutta la gamma di frequenze. È stata una svolta tecnica. Nella modalità a pistone, la velocità di propagazione delle onde di flessione radiale è così elevata che il diffusore si muove come una singola unità sull'intera gamma di frequenze. Questi altoparlanti avevano una risposta in frequenza piatta (35Hz -35kHz ±1,5 dB) e distorsioni non lineari 1000 volte inferiori alle soglie psicofisiologiche di notabilità.
Come per il formato VHS, a questo sviluppo hanno lavorato gli specialisti dei leader del mercato HI-FI dell'epoca: si tratta di aziende giapponesi - Sanyo e la sua divisione acustica OTTO, - Sony, i loro altoparlanti SS-G5, SS-G7, SS-G9 a quel tempo era considerato lo standard di qualità: Yamaha, che ha la più grande esperienza nella produzione di altoparlanti midrange a cupola. Oltre a numerosi produttori americani e alla giovane (all'epoca) azienda inglese Wilson, il cui concetto fu scelto come base per questi altoparlanti.
Alla mostra, questa acustica è stata presentata con il marchio Fisher. L'azienda in declino è stata acquistata dalla Sanyo, il rilascio di tali altoparlanti avrebbe dovuto far rivivere il leggendario marchio. Per l'Europa e gli Stati Uniti furono chiamati Fisher 1200 Studio Standard (STE 1200), per il mercato interno giapponese - OTTO SX-P1.
La storia degli oratori domestici "super ideali" è iniziata a conferenza internazionale nel 1977 nella Germania Ovest. Uno dei partecipanti era un membro di alto rango del Comitato Centrale del PCUS, un amante della musica e un fan della musica di qualità. Al ricevimento di fine conferenza, la sua attenzione è stata attratta dalla musica insolitamente accattivante e “dal vivo”. Il nostro delegato era interessato alla sorgente sonora: era un Fisher 1200 Studio Standard. Il rappresentante dell'Inghilterra scherzò dicendo che in URSS, oltre ai missili e ai sottomarini, non si poteva fare nient'altro... Dopo che la delegazione sovietica tornò a Mosca, arrivò una spedizione: un Fisher 1200 Studio Standard. È stato un regalo di amici tedeschi.
Nel successivo rapporto del Comitato Centrale del Partito sullo sviluppo dei beni di consumo, è stato affermato che per il prossimo congresso del Comitato Centrale del PCUS, nuovi altoparlanti della più alta classe di complessità che operano in modalità pistone sarebbero stati presentati e messi in produzione. Nel frattempo il Fisher 1200 Studio Standard è stato smontato ed esaminato.
L'incarico è stato affidato ai principali uffici di progettazione e alle imprese di ingegneria radiofonica del Ministero dell'industria elettronica dell'URSS. Ma, nonostante gli sforzi e le risorse spese, nessuno è riuscito a realizzare nemmeno un prototipo. I leader, nonostante il timore di perdere il lavoro, dichiararono all’unanimità che l’industria sovietica non disponeva di tali tecnologie ed era indietro di vent’anni rispetto agli sviluppi stranieri. L'industria militare nell'URSS, come è noto, al contrario, era in vantaggio rispetto al mondo. Lo scherzo del delegato inglese era giustificato.
Successivamente il progetto fu affidato alla NPO "Thorium" di Mosca, che a quel tempo produceva componenti per sottomarini nucleari. Dove, alla fine del 1980, venivano realizzati i prototipi. E due anni dopo è stata lanciata la produzione in serie di altoparlanti chiamati Electronics 100AC 060. Non ci sono stati risparmi, i costi non sono stati presi in considerazione. Ad esempio, le bobine mobili e i sistemi magnetici delle testine dinamiche sono stati progettati tenendo conto della resistenza delle corrispondenti sezioni del filtro e del loro effetto sui parametri Thiel-Small. I diffusori LF sono stati fabbricati utilizzando apparecchiature di precisione: una lega di nichel è stata spruzzata su speciali stampi in schiuma, che sono stati posti in un forno ad alta temperatura, dove il nichel è stato espanso fino a ottenere una struttura rigorosamente definita. L'adesivo è stato poi applicato a mano sulla base nichelata del foglio di alluminio. La cupola della testa del midrange è stata realizzata con strati esterni di zaffiro su un substrato di alluminio in una camera speciale. L'emettitore HF aveva un diaframma anulare con le fessure più sottili ottenute utilizzando un laser e una bobina di alluminio senza telaio. Tutti i cestelli degli altoparlanti erano in lega di alluminio pressofuso ad alta pressione e avevano basi massicce. I filtri di fase lineari multi-link non solo filtravano il segnale, ma compensavano anche la reattanza delle testine e le loro deviazioni tempo-frequenza. Per lo smorzamento delle vibrazioni delle pareti dello scafo a cinque strati, i prototipi hanno utilizzato gli stessi materiali dei sottomarini nucleari.
Successivamente è stata lanciata la produzione di altri 7 modelli di altoparlanti, i più popolari dei quali erano. Lo svantaggio principale dei nuovi modelli era l'uso delle stesse testine dei bassi e dei medi in contenitori di piccole dimensioni, che influenzavano il suono principalmente nella regione dei bassi e dei mediobassi del segnale sonoro.
A causa del complesso processo produttivo e dell'elevata percentuale di difetti, questi altoparlanti venivano prodotti in piccole quantità di circa 1000 paia all'anno. Il costo nella rete di vendita al dettaglio di un 100AC era di 540 rubli e i costi di produzione erano due volte e mezzo maggiori; la differenza di prezzo per l'impresa, ovviamente, veniva pagata extra dallo Stato.
Dopo il rilascio dei primi campioni di produzione, sono stati effettuati esami soggettivi comparativi, condotti in collaborazione con la Casa della Radio di Leningrado e la società Melodiya, a cui hanno preso parte, oltre ai designer, ingegneri del suono professionisti e musicisti. Per l'audizione furono scelti i migliori oratori stranieri dell'epoca (Wilson, Onkyo, JBL, Yamaha, Diatone, Sony, Kef, Tannoy, Technics, ecc.), Ma all'audizione non c'erano oratori originali Fisher. Durante l'audizione, Electronica ha mostrato buoni risultati e gli sviluppatori hanno celebrato la loro vittoria. Il loro suono era caratterizzato come chiaro, dettagliato, moderatamente analitico con buona articolazione e dinamica. Sono state notate anche la scena ben disegnata e la presentazione naturale delle immagini sonore. Il percorso utilizzato consisteva in apparecchiature di amplificazione a valvole e le fonti erano deck a bobina e lettori di vinile. Successivamente, dopo l'avvento dei formati digitali, alcuni audiofili notarono che il suono di questi altoparlanti era aspro, con una leggera sfumatura metallica. Altri ancora considerano questi altoparlanti lo standard di qualità e una fonte di suono naturale. Tali opinioni piuttosto opposte sono molto probabilmente dovute all'impedenza complessa e alla fem autoinduttiva relativamente elevata di questi altoparlanti, che possono portare a difficoltà nella scelta di un amplificatore a transistor.
Non è un caso che gli oratori Fisher siano stati provati: alla fine degli anni '70 la loro produzione fu completamente interrotta e l'idea non fu portata avanti. Le relazioni di mercato non potevano subire perdite dalla produzione di un prodotto così complesso e ad alta tecnologia. Il prezzo al dettaglio dell'acustica non giustificava i costi e la produzione fu ridotta.
Alcune informazioni da RuNet:
Alcune cose che i nostri sviluppatori non sono riusciti a realizzare (rispetto a Otto SX-P1/Fisher STE 1200):
1. Lo spessore delle pareti della custodia è 20 mm anziché 30 mm; materiale: truciolato normale contro composito speciale. Truciolare.
2. I magneti non soddisfacevano i parametri, su LF e MF abbiamo dovuto addirittura incollare due magneti insieme, il che peggiora la concentrazione del campo magnetico nello spazio.
3. Il diffusore a bassa frequenza di Otto ha maggiore rigidità e minor peso, grazie alla trama più fine del nichel e alle caratteristiche della lega originale. Non sono presenti nemmeno rinforzi in cartone lungo il bordo del diffusore dove è fissata la sospensione.
4. Una maggiore rigidità ha permesso di installare una sospensione in tessuto rigido con impregnazione, riducendo il fattore di qualità, che ha dato una maggiore sensibilità alla stessa frequenza di risonanza.
5. Le bobine di tutti gli altoparlanti sono a 2 strati, avvolte con filo piatto, inclusa la bobina HF senza telaio, avvolta con filo piatto di alluminio. I telai degli altoparlanti midrange e bassi sono realizzati in alluminio e incollati a diffusori metallici con colla termoconduttiva resistente al calore. Di conseguenza, i diffusori fungono da dissipatore di calore, un radiatore, che consente di ottenere un'impedenza lineare su un intervallo di potenza molto ampio. Il nostro 100AC utilizza bobine convenzionali avvolte con filo tondo e un telaio in carta ricoperto solo da un foglio di alluminio.
6. Il diffusore midrange dell'SX-P1 è realizzato in alluminio ossidato a 3 strati, ciascuno strato con parametri di rigidità/peso/attenuazione diversi. 100AC – 1 strato di ossido di alluminio, dello stesso spessore.
7. L'HF del 100AC non è affatto realizzato in ossido di alluminio, ma in normale alluminio alimentare, solo pressato ad alta temperatura. L'anello (il diffusore non è una cupola, ma un anello per entrambi gli altoparlanti) si è rivelato rigido, ma fragile, il che non ha permesso di effettuare tagli nell'ondulazione della membrana. In Otto, l'anello, come l'HF, è realizzato in ossido di alluminio, con fessure e uno speciale rivestimento smorzante dell'ondulazione del diaframma, che consente di espandere la gamma di frequenza verso la radiofrequenza, ridurre la frequenza di risonanza, aumentare la dinamica, e rimuovere le sfumature metalliche inerenti a 100AC.
8. I filtri sono realizzati con componenti audiofili, cablati con cavi di grande sezione trasversale e terminali placcati in oro.
9. Finiture esterne più “costose” (impiallacciatura in legno di ebano).
Innanzitutto, puntiamo le i e comprendiamo la terminologia.
Altoparlante elettrodinamico, altoparlante dinamico, altoparlante, testina dinamica a radiazione diretta sono nomi diversi per lo stesso dispositivo che serve a convertire le vibrazioni elettriche della frequenza del suono in vibrazioni dell'aria, che vengono percepite da noi come suono.
Avete visto più di una volta altoparlanti o, in altre parole, teste dinamiche a radiazione diretta. Sono utilizzati attivamente nell'elettronica di consumo. È l'altoparlante che converte il segnale elettrico all'uscita dell'amplificatore audio in suono udibile.
Vale la pena notare che l'efficienza (coefficiente azione utile) la dinamica del suono è molto bassa e ammonta a circa il 2 – 3%. Questo, ovviamente, è un enorme svantaggio, ma finora non è stato inventato nulla di meglio. Anche se vale la pena notare che oltre all'altoparlante elettrodinamico, esistono altri dispositivi per convertire le vibrazioni elettriche della frequenza del suono in vibrazioni acustiche. Si tratta, ad esempio, di altoparlanti di tipo elettrostatico, piezoelettrico, elettromagnetico, ma gli altoparlanti di tipo elettrodinamico sono ampiamente utilizzati e utilizzati in elettronica.
Come funziona l'altoparlante?
Per capire come funziona un altoparlante elettrodinamico guardiamo la figura.
L'altoparlante è costituito da un sistema magnetico: si trova sul retro. Include un anello magnete. È realizzato con speciali leghe magnetiche o ceramiche magnetiche. Le ceramiche magnetiche sono polveri appositamente pressate e “sinterizzate” che contengono sostanze ferromagnetiche – ferriti. Il sistema magnetico comprende anche l'acciaio flange e un cilindro d'acciaio chiamato nucleo. Le flange, il nucleo e il magnete ad anello formano un circuito magnetico.
Tra il nucleo e la flangia in acciaio c'è uno spazio in cui si forma un campo magnetico. La bobina è posizionata nell'intercapedine, che è molto piccola. La bobina è un telaio cilindrico rigido su cui è avvolto un sottile filo di rame. Questa bobina è anche chiamata bobina. Il telaio della bobina mobile è collegato a diffusore- poi “spinge” l'aria, creando compressione e rarefazione dell'aria circostante - onde acustiche.
Il diffusore può essere realizzato con materiali diversi, ma più spesso è realizzato con pasta di carta pressata o colata. Le tecnologie non si fermano e in uso puoi trovare diffusori in plastica, carta con rivestimento metallizzato e altri materiali.
Per evitare che la bobina mobile tocchi le pareti del nucleo e la flangia del magnete permanente, viene installata esattamente al centro dello spazio magnetico utilizzando rondella di centraggio. La rondella di centraggio è ondulata. È grazie a ciò che la bobina mobile può muoversi liberamente nello spazio senza toccare le pareti del nucleo.
Il diffusore è montato su un corpo metallico – cestino. I bordi del diffusore sono ondulati, il che gli consente di oscillare liberamente. I bordi ondulati del diffusore formano il cosiddetto sospensione superiore, UN sospensione inferiore- Questa è una rondella di centraggio.
I fili sottili della bobina mobile vengono portati all'esterno del diffusore e fissati con rivetti. E all'interno del diffusore, un filo di rame intrecciato è fissato ai rivetti. Successivamente, questi conduttori multipolari vengono saldati ai petali, che sono montati su una piastra isolata dal corpo metallico. Grazie ai petali di contatto, ai quali sono saldati i cavi multi-core della bobina mobile, l'altoparlante è collegato al circuito.
Come funziona l'altoparlante?
Se si passa una variabile attraverso la bobina mobile dell'altoparlante elettricità, quindi il campo magnetico della bobina interagirà con il campo magnetico costante del sistema magnetico dell'altoparlante. Ciò farà sì che la bobina mobile venga tirata nello spazio vuoto in una direzione della corrente nella bobina o spinta fuori da essa nell'altra. Le vibrazioni meccaniche della bobina mobile vengono trasmesse al diffusore, che inizia a oscillare a tempo con la frequenza della corrente alternata, creando onde acustiche.
Designazione degli altoparlanti nel diagramma.
Condizionale designazione grafica la dinamica è la seguente.
Le lettere sono scritte accanto alla designazione B O BA , quindi il numero di serie dell'altoparlante nello schema elettrico (1, 2, 3, ecc.). L'immagine convenzionale dell'altoparlante nel diagramma trasmette in modo molto accurato il design reale dell'altoparlante elettrodinamico.
Parametri di base dell'altoparlante audio.
I parametri principali dell'altoparlante audio a cui dovresti prestare attenzione:
Ma oltre alla resistenza attiva, la bobina mobile ha anche una reattanza. La reattanza si forma perché la bobina mobile è, in effetti, un normale induttore e la sua induttanza resiste alla corrente alternata. La reattanza dipende dalla frequenza della corrente alternata.
L'attivo e la reattanza della bobina mobile costituiscono l'impedenza totale della bobina mobile. È indicato dalla lettera Z(cosiddetto, impedenza). Si scopre che la resistenza attiva della bobina non cambia, ma la reattanza cambia a seconda della frequenza della corrente. Per ordine, la reattanza della bobina dell'altoparlante viene misurata ad una frequenza fissa di 1000 Hz e a questo valore viene aggiunta la resistenza attiva della bobina.
Il risultato è un parametro che viene chiamato nominale (o completo) resistenza elettrica bobina. Per la maggior parte delle testine dinamiche questo valore è 2, 4, 6, 8 ohm. Sono disponibili anche altoparlanti con impedenza di 16 ohm. Di norma, questo valore è indicato sull'alloggiamento degli altoparlanti importati, ad esempio, in questo modo: 8Ω O 8 Ohm.
Vale la pena notare che la resistenza totale della bobina è maggiore del 10-20% rispetto a quella attiva. Pertanto, può essere determinato in modo abbastanza semplice. Devi solo misurare la resistenza attiva della bobina mobile con un ohmmetro e aumentare il valore risultante del 10 - 20%. Nella maggior parte dei casi è possibile prendere in considerazione solo la resistenza puramente attiva.
La resistenza elettrica nominale della bobina mobile è uno dei parametri importanti, poiché deve essere presa in considerazione quando si abbina l'amplificatore e il carico (altoparlante).
Intervallo di frequenze è la gamma di frequenze sonore che un altoparlante può riprodurre. Misurato in Hertz (Hz). Ricordiamo che l'orecchio umano percepisce frequenze nell'intervallo 20 Hz – 20 kHz. E questo è semplicemente un ottimo orecchio :).
Nessun altoparlante è in grado di riprodurre accuratamente l'intera gamma di frequenze udibili. La qualità della riproduzione del suono sarà comunque diversa da quanto richiesto.
Pertanto, la gamma udibile delle frequenze sonore è stata convenzionalmente divisa in 3 parti: bassa frequenza ( LF), media frequenza ( fascia media) e alta frequenza ( HF). Quindi, ad esempio, i woofer riproducono meglio le basse frequenze - i bassi e le alte frequenze - "cigolio" e "squillo" - ecco perché sono chiamati tweeter. Ci sono anche altoparlanti full-range. Riproducono quasi l'intera gamma audio, ma la loro qualità di riproduzione è nella media. In una cosa vinciamo: copriamo l'intera gamma di frequenze, in un'altra perdiamo: in qualità. Pertanto, gli altoparlanti a banda larga sono integrati in radio, televisori e altri dispositivi, dove a volte non è richiesto un suono di alta qualità, ma è necessaria solo una trasmissione chiara della voce e del parlato.
Per una riproduzione del suono di alta qualità, gli altoparlanti dei bassi, dei medi e dei tweeter sono riuniti in un unico alloggiamento e dotati di filtri di frequenza. Questi sono i sistemi di altoparlanti. Poiché ciascun altoparlante riproduce solo la propria parte della gamma sonora, il lavoro complessivo di tutti gli altoparlanti aumenta significativamente la qualità del suono.
Tipicamente, i woofer sono progettati per riprodurre frequenze da 25 Hz a 5000 Hz. I woofer di solito hanno un cono di grande diametro e un massiccio sistema magnetico.
Gli altoparlanti midrange sono progettati per riprodurre una gamma di frequenze da 200 Hz a 7000 Hz. Le loro dimensioni sono leggermente inferiori a quelle dei woofer (a seconda della potenza).
I tweeter riproducono perfettamente frequenze da 2000 Hz a 20.000 Hz e superiori, fino a 25 kHz. Il diametro del diffusore di tali altoparlanti è generalmente piccolo, sebbene il sistema magnetico possa essere piuttosto grande.
Potenza nominale (W) - questa è la potenza elettrica della corrente di frequenza audio che può essere fornita all'altoparlante senza il rischio di danni o danni. Misurato in watt ( W) e milliwatt ( mW). Ricordiamo che 1 W = 1000 mW. Puoi leggere ulteriori informazioni sulla notazione abbreviata dei valori numerici.
La quantità di potenza che un particolare altoparlante è progettato per gestire può essere indicata sul suo alloggiamento. Ad esempio, in questo modo - 1 W(1 W).
Ciò significa che un tale altoparlante può essere facilmente utilizzato insieme a un amplificatore, potenza di uscita che non supera 0,5 - 1 W. Naturalmente è meglio scegliere un altoparlante con una certa riserva di carica. Nella foto si vede anche che è indicata la resistenza elettrica nominale - 4Ω(4 ohm).
Se si applica all'altoparlante più potenza di quella per cui è stato progettato, funzionerà con sovraccarico, inizierà a "sibilare", distorcerà il suono e presto fallirà.
Ricordiamo che l'efficienza dell'altoparlante è di circa il 2 – 3%. Ciò significa che se all'altoparlante viene fornita una potenza elettrica di 10 W, allora onde sonore converte solo 0,2 - 0,3 W. Un bel po', vero? Ma l'orecchio umano è molto sofisticato, ed è in grado di sentire il suono se l'emettitore riproduce una potenza acustica di circa 1 - 3 mW ad una distanza di diversi metri da esso. In questo caso all'emettitore, in questo caso all'altoparlante, deve essere fornita una potenza elettrica di 50 - 100 mW. Pertanto, non tutto è così male e per un suono confortevole di una piccola stanza è sufficiente fornire 1 - 3 W di potenza elettrica all'altoparlante.
Questi sono solo tre parametri fondamentali dell'oratore. Oltre a questi, ci sono anche il livello di sensibilità, la frequenza di risonanza, la risposta in ampiezza-frequenza (AFC), il fattore di qualità, ecc.
