Динамики с катушкой подмагничивания: анахронизм или будущее?
В детстве я видел несколько по-настоящему старых радиоприемников; полированные деревянные корпуса которых были размером с холодильник. Когда те старые радиоприемники создавались, постоянные магниты были маломощными, по крайней мере, по сегодняшним меркам, и стоили довольно дорого. Магнитные поля для звуковых катушек громкоговорителей в этих радиоприемниках создавались электромагнитами, которые назывались «катушками подмагничивания».
Возбуждение катушки подмагничивания постоянным током происходило за счет ее использования в качестве дросселя LC-фильтра, через который подавалось напряжение источника питания. Очень упрощенная схема конструкции показана на Рисунке 1.
 | ||
| Рисунок 1. | Упрощенная схема конструкции динамика с катушкой подмагничивания. | |
Поскольку катушка подмагничивания одновременно использовалась в качестве дросселя фильтра источника питания, ток, проходящий через эту катушку, содержал пульсации 120 Гц (в случае частоты сетевого напряжения 60 Гц), которые создавали на аудиовыходе низкий, но заметный фон.
 | ||
| Рисунок 2. | Эта фотография винтажного динамика с катушкой подмагничивания была размещена на eBay. | |
Фон был достаточно слабым, чтобы быть вполне приемлемым для большинства слушателей, но по мере развития технологии постоянных магнитов, которые становились сильнее и дешевле, катушки подмагничивания были в значительной степени вытеснены из потребительских товаров, уступив место постоянным магнитам.
Отказ от всего этого в течение многих лет был частью моего личного Евангелия, и я начал писать это эссе с намерением рассказать про довольно умную, но весьма устаревшую технологию. Я полагал, что колонки с катушкой подмагничивания принадлежат к эпохе кошачьих усов, когереров и записей на восковых цилиндрах.
Каково же было мое удивление, когда я обнаружил, что динамики с катушками подмагничивания все еще производятся, и что есть поклонники, которым есть что сказать об их достоинствах. А я и понятия не имел. Некоторые даже заявляют, что катушки подмагничивания – это будущее динамиков.
Если вам интересно, быстрый поиск в Google предлагает гораздо больше изображений, как старых, так и новых.
Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман
Источник
Динамик с подмагничиванием своими руками
Ежедневно мы пользуемся огромным количеством вещей и уже практически перестали их замечать. Но оказывается в производстве незначительных на первый взгляд вещей кроется масса интересного и познавательного. Развлекательная программа «Конвейер МК» раскроет секреты изготовления самых простых на первый взгляд вещей. Сегодня в программе: АУДИО ДИНАМИКИ.
Аудио динамик — устройство для преобразования электрических сигналов в акустические и излучения их в окружающее пространство (обычно — воздушную среду). Состоит из одной или нескольких излучающих головок, которые собственно и являются источниками звука, а также акустического оформления, необходимого для более эффективного излучения звука в заданной полосе частот.
Александер Грэм Белл запатентовал первую электродинамическую головку (капсюль) как одну из составных частей своего телефона, в 1876 г. В 1878 г. конструкция была усовершенствована Вернером фон Сименсом. Никола Тесла в 1881 г. также заявил об изобретении подобного устройства, но не патентовал его. В то же время Томас Эдисон получил британский патент на систему, использовавшую сжатый воздух в качестве механизма усиления звука в его ранних валиковых фонографах (см. сирена (акустика)), но в конечном итоге установил обычный металлический рупор, колебания воздуха в котором вызывались мембраной, связанной с иглой. В 1898 г. Х. Шорт запатентовал конструкцию громкоговорителя, управляемого сжатым воздухом, и затем продал права Чарльзу Парсонсу, получившему ранее 1910 г. еще несколько британских патентов.
Несколько компаний, включая Victor Talking Machine Company и Pathe, выпускали проигрыватели, использующие головки, управляемые сжатым воздухом. Однако подобные устройства (головки косвенного излучения) нашли лишь ограниченное применение ввиду плохого качества звука и неспособностью воспроизводить звуки низкой громкости. Разновидности подобных систем использовались в звукоусилительных установках (для больших площадей, стадионов и т. п.) и значительно реже в промышленности в испытательной технике вибростенды, например, для тестирования космического оборудования на устойчивость к низкочастотным вибрациям, производимым стартующей ракетой.
Современная конструкция головки с подвижной катушкой разработана в 1898 г. Оливером Лоджем. Принцип был запатентован в 1924 г. Честером У. Райсом и Эдвардом У. Келлогом.
Дальнейшее развитие динамикостроения:
А начиналось все с электромагнитных преобразователей со стальной мембраной. Катушка из тонкого медного провода помещалась на постоянный магнит. Известные со времен телефона Белла, в 10-20-х годах прошлого века они использовались в наушниках (фото слева), называвшихся по-старинке «телефонными трубками». Такая же конструкция спрятана в основании одной из первых моделей рупорного громкоговорителя для массового прослушивания радиопередач (модель «ДП», 1924 год — фото справа). Здесь она дополнена рупором — высокоэффективным механическим усилителем звуковых колебаний.
Следующим поколением «говорящих» стали диффузорные электромагнитные репродукторы. В них для усиления звука использовался конический диффузор из проклеенной бумаги. Колебания мембраны передавались на него с помощью иглы. А небольшая рукоятка в центре, поджимавшая при завинчивании подвижную систему, служила механическим регулятором громкости. Глядя на их экзотический вид, невольно вспоминается фраза, высказанная одним из персонажей фильма прошлых лет — «Сомневаюсь я, что эта сковорода заговорит!» Но они говорили — говорили в коммуналках и деревенских избах, в клубах и читальнях, передавая новости и концерты, тревожные фронтовые сводки второй мировой.
Помимо проводных сетей вещания, «тарелками» комплектовались и первые ламповые радиоприемники 20-30-х годов (на фото слева — ЭЧС-2), первые телевизоры с механической разверткой (справа — телевизор Б-1). Разные модели подобных репродукторов («Рекорд», «Зорька», «Пролетарий») выпускались достаточно долгое время (до 50-х годов) в разных вариантах и разными заводами. В качестве примера приведены рекламные проспекты 30-х годов с сайта Новгородского телефонного завода. На них показаны некоторые выпускавшиеся модели «тарелок» и их внутреннее устройство.
В начале 30-х годов появляются электродинамические громкоговорители с подвижной катушкой — «динамики». Именно они впервые обеспечили приемлемое по качеству и громкости воспроизведение музыкальных программ. Их бумажные диффузоры были механически соединены со звуковой катушкой, находящейся в сильном магнитном поле. Оно создавалось большой катушкой, через которую проходил постоянный ток. На снимках показан динамик радиолы СВГ-К (1937 год) диаметром 250 мм и мощностью никак не меньше 10 Ватт. Черный ящичек, прикрепленный к нему — выходной трансформатор радиолы.
Катушка подмагничивания потребляла изрядную энергию, абонентские громкоговорители с такими динамиками имели в составе конструкции сетевой блок питания. В приемниках катушка подмагничивания служила по совместительству дросселем фильтра выпрямителя анодного напряжения. Почему же в первых динамиках не примениялись постоянные магниты? Дело в том, что еще не производились высокоэффективные магнитные сплавы, и достаточно сильное магнитное поле мог создать только электромагнит.
Динамики тех времен должны были обладать высокой акустической отдачей (чувствительностью), так как звуковые усилители тогда не могли обеспечить большую электрическую мощность. Качество звучания лучших образцов динамиков с подмагничиванием столь высоко, что некоторые любители до сих пор отдают предпочтение именно таким старым динамикам при прослушивании музыки на современой цифровой аппаратуре. Справа показан массивный динамик приемника «Ленинград» (1947 год).
Особенно насущной в довоенные годы была проблема качественного озвучивания больших залов и кинотеатров. Динамик с бумажным диффузором не может эффективно воспроизводить высшие частоты звукового диапазона. Для этой цели на ленинградском заводе «КИНАП» были разработаны динамические головки с небольшой полимерной мембраной и постоянным магнитом, работающие в комплекте с алюминиевым рупором. Такие акустические системы работали в кинотеатрах вплоть до 90-х годов прошлого века. На фото слева — колонка 30А-230 с рупорным драйвером 1А-20 (справа).
На двух последних снимках показаны достаточно современная динамическая головка эллиптической формы и абонентский громкоговоритель — наследник «говорящих тарелок». Кроме электромагнитных и электродинамических, с 70-х годов прошлого века стали использовать также электростатические излучатели звука. При неплохом качестве звучания на средне-высоких частотах, они требуют высоковольтного источника питания.
Первые ГД с электромагнитами были очень больших размеров, а мощные постоянные магниты — труднодоступны ввиду значительной стоимости. Обмотка электромагнита, называемая полевой, намагничивается за счет тока, проходящего по другой обмотке головки (катушке подмагничивания). Такое включение имеет двоякую роль, ибо выполняет фильтрацию напряжения, питающего усилитель, к которому подключена данная акустическая система. Проходя по обмотке, фон переменного тока усиливается; однако, частоты переменного тока стремятся промодулировать аудиосигнал, поданный на звуковую катушку и складывающийся с слышимым шумом включенного устройства звуковоспроизведения.
Качество акустических звуковоспроизводящих систем до начала 1950-х годов было сравнительно низким. Продолжающееся до сих пор улучшение дизайна корпусов и материалов привело к существенному улучшению качества звуковоспроизведения. Наиболее значительными усовершенствованиями являются: усовершенствование рамы, открытие технологии высокотемпературной адгезии, улучшение технологии изготовления постоянных магнитов, усовершенствование измерительной техники, и наконец проектирование и анализ элементов при помощи компьютера.
Supravox HP 165-2000 EXC Современный динамик с подмагничиванием 
Широкополосный динамик с подмагничиванием. Подвижная система и рабочий диапазон частот идентичны таковым у модели 165-2000. Благодаря системе подмагничивания обладает возможностью адаптации к различным видам корпуса.
Источник
Электромагнитный динамик своими руками
Изготовление хорошего громкоговорителя предъявляет высокие требования к искусству, терпению и настойчивости строителя. Однако тот, кто не боится возможных неудач, наверное достигнет цели, если приступит к работе с надлежащим запасом знаний и обладает необходимым инструментом. Предварительным условием удачи в работе является точное знание основных законов техники громкоговорителей. Аппарат, самостоятельное изготовление которого описывается, представляет довольно верное подражание громкоговорителю «Magnavox», производства British Wireless (London) (Британской Радиотелеграфной Компании в Лондоне).
Рис.1. Кожух для электромагнита из отрезка газовой трубы.
Кожух для электромагнита. Для изготовления кожуха, изображенного на рис. 1, употребим газовую трубу, диаметром в 3½ дюйма, от которой с помощью ножовки для металлов отрежем кусок в 62 мм длиной. При этом следует в особенности позаботиться о правильности плоскости разреза. С этой целью лучше всего установить трубу на токарный станок и отрезать резцом кусок требуемой длины. Верхняя и нижняя грани должны быть запилены вполне плоско, так, чтобы к полученному цилиндрическому кольцу можно было привернуть снизу круглую шайбу диаметром в 95 мм. Эта шайба вырубается из железного листа толщиною в 5—6 мм, тщательно запиливается по краям и снабжается центральным сверлением для винта в ½». Форма крышки, склепанной из двух железных шайб толщиною по 4 мм, видна на рис. 2:
Рис. 2. Крышка для магнитного кожуха.
Диаметр нижней шайбы подбирается так, чтобы крышка как раз входила в кожух. Припаянное к верхней шайбе концентрическое кольцо имеет наружный диаметр 55 мм, вышину в 12 мм и толщину стенок в 4 мм.
Электромагнит. Детали электромагнита изображены на рис. 3. С правой стороны представлена катушка, обмотанная медной проволокой, диаметром в 0,4 мм с двойной хлопчатобумажной изоляцией. Слева изображен изготовленный из мягкого железа сердечник, в середине — полюсный наконечник. Сердечник имеет длину 40 мм и диаметр — 38 мм. Вдоль оси просверливается отверстие, шириной в 11 мм, в котором нарезается полудюймовая резьба. Нужно особенно постараться, чтобы отверстие было по возможности центральным, так как хорошая работа громкоговорителя в высокой степени зависит от строго центрированного действия магнитных сил на мембрану. Магнитная катушка должна плотно надеваться на сердечник и изготовляется по размерам, указанным на рис. 3:
Рис. 3. Детали электромагнита.
Обе боковые шайбы могут быть сделаны из тонкого дерева или из толстого картона. Для уменьшения рассеяния верхнюю шайбу нужно оклеить станиолем или изготовить ее целиком из тонкой листовой меди. Затем на катушку наматывается около 400 м медной проволоки толщиной в 0,4 мм. Это даст в общем около 3000 витков. Полюсный наконечник имеет в длину 25 мм, диаметр — 15 мм и снабжен выступом длиною около 12 мм. На последнем делается полудюймовая резьба, чтобы полюсный наконечник мог быть ввинчен в сердечник электромагнита. Так как при изготовлении железного сердечника и полюсного наконечника невозможно обойтись без токарного станка, лучше всего эти части заказать хорошему токарю. Теперь можно приступить к сборке электромагнита. Сердечник снизу привертывается к кожуху винтом, и на него надевается катушка. Затем концы обмотки соединяются с клеммами, укрепленными на наружной стороне кожуха. Эти клеммы насаживаются на небольшой эбонитовый брусок, который с одной стороны опиливается соответственно выпуклости кожуха и привинчивается к наружной стенке согласно рис. 4. Конечно, обе клеммы должны быть тщательно изолированы одна от другой, что всего лучше достается подкладыванием маленьких слюдяных шайб под закрепляющие винты, свободно проведенные сквозь стенку.
Рис. 4. Крепление клемм на наружной стенке магнитного кожуха.
В крышке кожуха делается точно центрированное отверстие в 23 мм диаметром и она насаживается на кожух. Если работа была выполнена тщательно, то полюсный наконечник находится теперь как раз посередине высверленного в крышке отверстия, и верх его будет заподлицо с крышкой.
Мембрана со вспомогательной магнитной катушкой. Чтобы достигнуть вполне центрального действия магнитных сил на мембрану, почти во всех современных конструкциях громкоговорителей отказались от применения магнитных мембран. В настоящее время почти исключительно употребляются мембраны из немагнитного материала, например, — из слюды, алюминия, целлулоида и т.д. С этим связано еще второе преимущество: масса мембраны уменьшается примерно наполовину, что позволяет ей быстрее следовать за звуковыми колебаниями. Чтобы электромагнит громкоговорителя мог действовать на эти немагнитные мембраны, необходимо или включение промежуточной части (в качестве таковой громкоговоритель Брауна имеет стальную плоскую пружину) или приходится прикрепить к мембране возбуждаемый током от вспомогательного источника маленький электромагнит, на который воздействует большой электромагнит громкоговорителя в такт звуковым колебаниям. Таким образом слюдяная мембрана приходит в колебания лишь благодаря вторичному механическому воздействию маленького электромагнита.
Рис. 5. Громкоговоритель в разрезе (без рупора).
Для нашего громкоговорителя мы прибегнем ко второму способу. На рис. 5 (разрез громкоговорителя) маленькая вспомогательная магнитная катушка находится при S. Она подвешивается в воздушном пространстве между полюсным наконечником и крышкой кожуха и прикрепляется к центру слюдяной мембраны с помощью тонкой алюминиевой скобочки. Эта катушка находится в сильнейшей части магнитного поля, так как при работе громкоговорителя наиболее интенсивный силовой поток направлен от полюсного наконечника непосредственно на крышку кожуха. Ввиду этого большой электромагнит оказывает на нее весьма сильное влияние. Чтобы маленькая катушка могла свободно двигаться, она должна висеть в небольшом воздушном зазоре между полюсным наконечником и крышкой кожуха, отнюдь не касаясь последних.
Рис. 6. Приспособление для зажатия слюдяной мембраны.
Рис. 6 показывает приспособление для натяжения слюдяной мембраны, состоящее из четырех спаянных попарно медных колец. Мембрана, которую можно купить в граммофонном магазине, имеет диаметр 63—70 мм; с помощью приспособления для натяжения она зажимается по всей окружности. Для достижения удовлетворительного натяжения рекомендуется отшлифовать кольца на выверочной плите наждачным порошком с маслом, пришабривая выступающие места. Неровности проще всего обнаружить, натирая отшлифованные в матовый цвет кольца о гладкую выверочную плиту; при этом выступающие места также становятся гладкими и легко могут быть замечены. Отшлифованные кольца просверливаются в восьми равноотстоящих точках по окружности; отверстия нарезаются, так что кольца можно свинтить, заложив между ними слюдяную мембрану. Наконец, согласно рис. 6, кольца припаиваются к отрезку трубы, насаженному на крышку кожуха. Теперь слюдяная мембрана закрывает кожух сверху.
Следующей задачей является изготовление вспомогательной катушки S. Стеклянную трубку, диаметр которой точно равен 16 мм, обматываем папиросной бумагой, промазывая каждый слой жидким рыбьим клеем так, чтобы получилась трубочка длиною в 20 мм при толщине стенок в 0,5 мм. Эту трубочку, не снимая со стеклянной трубки, обматываем эмалированной медной проволокой длиною в 10 м и толщиною в 0,15 мм. Чтобы избежать раскручивания проволоки, готовую обмотку покроем изоляционным лаком. Катушку можно снять со стеклянной трубки не прежде, чем она совершенно высохнет.
Изготовленную катушку необходимо снабдить алюминиевой скобочкой. С этой целью отрезаем от тонкого алюминиевого листа полоску в 2—3 мм шириной и приклеиваем ее шеллаковым клеем к внутренней стороне катушки. Можно также прикрепить скобочку с наружной стороны бумажной катушки, но это нужно делать до изготовления обмотки и аккуратно наматывать проволоку поверх наклеек. В этом случае нужно убедиться в достаточной надежности изоляции между проволочными витками и алюминиевой скобочкой, для чего можно воспользоваться карманной батареей и маленькой лампой накаливания. Затем скобочка с помощью маленькой алюминиевой заклепки прикрепляется к центру задней стороны слюдяной мембраны, и катушка осторожно заводится в воздушный зазор между полюсным наконечником и крышкой кожуха, причем она должна висеть вполне свободно, нигде не касаясь соседних частей. Перед этим концы обмотки продеваются наружу сквозь отверстия в 1 мм диаметром и закрепляются в клеммах K2 и К1, изолированно насаженных с наружной стороны. Понятно, что подводящие концы катушки не должны мешать ее колебаниям; поэтому лучше всего свертывать проволоки в маленькие спирали тотчас по выходе их из бумажной трубки, благодаря чему они легко пружинят и не мешают движению.
Теперь большая часть работы закончена. Остается только приладить к громкоговорителю рупор, чтобы заключенная внутри воздушная масса пришла в соответствующие колебания, подкрепляя и усиливая таким образом действие мембраны.
Изготовление рупора. Изображенная на рис. 7 форма рупора имеет то преимущество, что она легко изготовляется и очень хорошо работает, так как не имеет ясно выраженного резонанса. Хорошим материалом для изготовления рупора является вулканизированная фибра в 2 мм толщиной. Для рупора вышиною в 25 см употребляется пластинка, форма и размеры которой указаны на рис. 8. Она сгибается в виде воронки, и края, перекрывающие друг друга, тщательно склепываются. Верхушка воронки спиливается лобзиком, и рупор насаживается на металлическую оправу, которая привинчивается к приспособлению для зажатия мембраны с включением промежуточной прокладки в виде резинового кольца (годится, напр., кольцо от консервной банки).
Рис. 8. Шаблон пластинки из вулканизированной фибры для изготовления рупора.
Если не имеется вулканизированной фибры, можно взять другой материал, например листовую медь, алюминиевый лист или жесть. В случае нужды годится также и картон, который лучше всего сгибать в намоченном виде, причем края тщательно склеиваются; готовая воронка обматывается бечевкой и просушивается в течение 24 часов.
Трансформатор для громкоговорителя. Так как обмотка громкоговорителя обладает очень малым сопротивлением, то доставляемый приемником ток высокого напряжения должен быть трансформирован, прежде чем он попадет в катушку громкоговорителя. Сопротивление первичной катушки трансформатора должно равняться 1500 Ом. Лучше всего употреблять медную проволоку толщиной в 0,15 мм с двойной или одинарной шелковой изоляцией. На первичную катушку наматывается медная проволока с двойной хлопчатобумажной изоляцией длиной в 60 м и толщиной в 0,6 мм.
Громкоговоритель присоединяется к вторичной катушке трансформатора, между тем как концы первичной катушки соединяют с телефонными клеммами приемника.
Работа громкоговорителя. Прежде чем привести в действие громкоговоритель, надо к клеммам К3 и К4 (рис. 5), соединенным с обмоткой маленькой катушки S, подвешенной к слюдяной мембране, присоединить вспомогательную батарею из нескольких аккумуляторных элементов. Напряжение батареи лучше всего отрегулировать с помощью потенциометра так, чтобы громкоговоритель работал с наибольшим эффектом.
Если громкоговоритель передает хорошо и без искажений, но звучит слабо, — рекомендуется насадить на сердечник электромагнита полюсный наконечник большего диаметра и таким образом уменьшить воздушный зазор, в котором подвешена катушка S.
Источник