Изодинамические динамики своими руками

Самодельные ленточные наушники с ламповым усилителем

Излучатели звука ленточного типа довольно часто путают с изодинамическими преобразователями, хотя они обладают существенными отличиями. Ленточный динамик имеет в своей конструкции согласующий трансформатор, у изодинамика таковой отсутствует.

Типичный ленточный излучатель представляет собой полвитка плоской катушки (ленты) без подложки (подвеса). Классический изодинамический излучатель выполнен в виде напыленной на лавсановую (майларовую и т.п.) подложку плоской катушки, состоящую из нескольких витков. Магнитная система так же различается: у ленточных динамиков она находится по бокам излучателя, а у изодинамиков – магниты расположены впереди и позади мембраны.

Наушники изодинамического типа популярны во всем мире и высоко ценятся любителями качественного звука. Так же существует множество успешных попыток их изготовления в домашних условиях. Но и наушники ленточной конструкции так же можно изготовить самостоятельно из общедоступных материалов.

Автором предпринята попытка расширить горизонт возможностей ленточных излучателей и в частности обратить внимание на создание ленточных наушников в бытовых условиях. Ниже приводится принцип изготовления наушников такого типа.

Основой для излучателей послужит обычная металлическая сетка, например от решеток, закрывающих динамики или т.п. На вырезанные по шаблону обычных наушников овальные металлические сетки приклеиваются магниты, в данном случае размером 30х5х5 мм. Затем на диэлектрические площадки толщиной 2.5 мм приклеиваются полоски из медной фольги, которые в свою очередь так же располагаются возле магнитов:

Через полученные основания просверливаются отверстия и вставляются мелкие болты.

Гофрированная лента из обычной алюминиевой фольги («Саянская», бытовая для запекания) толщиной 9 мкр и шириной 20 мм располагается между рядами магнитов и фиксируется (прижимается к медным площадкам) гайками через реечки (материал — обычная деревянная линейка).

Выступающие излишки ленты можно обрезать, а сверху магнитной системы уложить защитную металлическую сетку. Она будет предохранять ленту от внешних механических воздействий.

Аналогичным образом производится сборка второго излучателя. Затем выполняется монтаж излучателей к подходящему оголовью.

Напомним, что лента-мембрана имеет очень низкое сопротивление — сотые доли Ома, поэтому проводники до усилителя должны быть с меньшим сопротивлением (и соответственно большим геометрическим размером), чем у обычных наушников. В качестве таких проводников были использованы алюминиевые ленты (в строительных магазинах называется «алюминиевая клейкая лента») на бумажной основе, шириной 50 мм и сложенные вдоль пополам.

Алюминиевая фольга остается внутри, а наружный бумажный слой является изолятором, что является обязательным условием, так как проводников надо по два на каждый излучатель и замыкания недопустимы.

Сложенная лента одевается на выступающий медный контакт наушников (с обеих сторон) и прижимается рейками к нижнему ряду крепежа при помощи гаек.

Низкое сопротивление лент в излучателях не позволяет подключить их напрямую к усилителю без согласующих трансформаторов. Однако классический ламповый усилитель уже имеет в своем составе выходные трансформаторы. Поэтому логично использовать их в совместной работе. Для этого выходные трансформаторы УМЗЧ рассчитываются под более низкоомную нагрузку, чем обычно.

В качестве усилителя для наушников использована схема на лампах 6н16б и 6н7с.

Схема имеет избыточный коэффициент усиления, который «расходуется» на линеаризацию электрического сигнала при помощи обратных связей. Что не только повышает качество звучания УМЗЧ, но и улучшает микродинамику — усилитель работает как экспандер сигнала. Подчеркивает очень тихие звуки, которые обычно остаются за пределами заметности слухового аппарата слушателя.

Конструкция усилителя так же позволяет подключить обычные наушники, что позволяет провести сравнительную оценку.

Выходной трансформатор каждого канала выполнен на железе дросселя Д45 ШЛ20х20 и имеет первичную обмотку 3000 витков провода ПЭЛШО 0.07 и вторичные обмотки:

• 6 витков описанной выше и сложенной вдвое (вдоль) алюминиевой клейкой ленты на бумажной основе;
• 85 витков провода ПЭЛ 0.45 (для ООС и выход под обычные наушники импедансом от 6 Ом и выше).

Порядок намотки выходных трансформаторов:

1. 500 витков первичной обмотки.
2. Заранее подготовленный отрезок длиной 5 м ленты (сложенной вдоль пополам, бумажной основой наружу) складывается поперек пополам, отмечается середина. Затем прикладывается полученным центром к каркасу и делается намотка лентой 6 витков. Можно сделать смещение, что бы получить после намотки одинаковую длину концов проводников.
3. 85 витков вторичной обмотки.
4. Оставшееся количество (2500) витков первичной обмотки.

Общий вид прототипа представлен ниже

Фото с фронтальной стороны ленты:

Что ещё известно про ленточные излучатели? В природе существуют ленточные пищалки. Отдельные знатоки слушали СЧ/ВЧ столбики типа «Bohlender-Graebener Radia FS-420». Гуру аудиомаркетинга могут нас отослать на ознакомление с продукцией фирмы Transmissionaudio (The ribbon speaker company), которая предлагает инсталляцию из лент (общей длиной 68 метров !) и из 652 сверхсильных магнитов. Тем не менее, даже такой фундаментальный пример реализации ленточных излучателей не предназначен для воспроизведения низких частот.

Поэтому первое, что ждем при тестовом прослушивании такого типа наушников — как там бас?!

И он есть! Очень четкий и основательный. Заметим — у наушников открытого типа. Хочется добавить громкости … и тут, как говорится, ложка дёгтя. Высота магнитов всего 5 мм и при большой громкости лента вылетает за магнитный зазор и начинает стучать об основание-сетку. Разочарование? Нет! Можно поставить магниты высотой 10, 15 или 20 мм! Будет немного дороже, но это того стоит — увеличится не только свободный ход, но и чувствительность излучателей за счет более мощной магнитной системы. Любителям громких прослушиваний с фундаментальным басом рекомендуется именно этот вариант.

А что с высокими и средними частотами? А там как у обычных ленточных динамиков – всё детально и прозрачно ясно.

Таким образом, приобретя бас, не произошло потери в качестве остального частотного диапазона, что, конечно же, радует конструктора данного устройства. А он, в свою очередь всегда готов поделиться с остальными любителями звука отличной идеей.

Присоединяйтесь. Пробуйте и делитесь полученными впечатлениями от звука.

Источник

Акустические системы: альтернативные варианты излучателей звука (часть 4)

После того, как мы достаточно подробно разобрались с устройством и вариантами использования динамика, стоит обратить внимание и на то, что на свете существуют другие варианты преобразования электрического сигнала в акустический.

Магнитопланар (изодинамический излучатель)

Этот планарный (плоский, пленочный) излучатель звука работает по тому же принципу, что и динамик: проводник с током движется в магнитном поле. Но в отличие от традиционного динамика голосовая катушка здесь фактически равномерно распределена по всей площади излучения, и вся эта излучающая поверхность находится в магнитном поле.

В случае с магнитопланарным излучателем источником звука является синтетическая пленка с нанесенными на нее проводниками с током. Эта плёнка размещается в поле решетки, сделанной из магнитов. Таким образом, вся площадь плёнки оказывается в магнитном поле, и пленка излучает звук равномерно со всей поверхности.

В начале существования магнитопланарных систем проводники из фольги просто наклеивали на пленку. Проблемой такого варианта было отслоение проводника после интенсивной эксплуатации: он нагревался, и клей не выдерживал. Наглядным примером могут служить выпускавшиеся в СССР динамические пищалки 10ГИ-1, наушники ТДС-7, ТДС-17.

Затем технология совершенствовалась, для приклеивания проводника на пленку стали применять температурную адгезию, закрепляя, например, алюминий (реже — медь) на майлар (лавсан, тефлон). Это более дорогой вариант технологии планарного излучателя — чуть дешевле обходится прошивание пленки токопроводящей проволокой.

Преимущества технологии состоят в том, что масса планарной подвижной системы на несколько порядков меньше, чем у классического динамика. В результате резко уменьшаются искажения. С другой стороны, магнитопланары предполагают излучение с большой площади, что, как минимум, создает проблему стереосцены.

Особое развитие принцип получил в наушниках, где используются различные его варианты, например, ортодинамические излучатели.

Электростат

Неплохие результаты удалось получить с электростатическим вариантом планарного (пленочного) излучателя. Принцип действия следует из названия: речь идет о движении диэлектрической пленки в электрическом поле. До этого пленку натягивают между двумя токопроводящими сетками (статорами), на которые подается модулированное звуковым сигналом напряжение, а на саму пленку — потенциал приблизительно в 3 000 В.

Преимущество такого варианта излучения по сравнению с магнитопланарным — отсутствие проблем с нанесенными на пленку проводниками тока. Их просто нет. С другой стороны, такой излучатель нуждается в объемистой мощной электронике и, естественно, требует отдельного питания. В остальном электростат и магнитопланар схожи.

Стоит подробнее остановиться на вопросе воспроизведения низкочастотного диапазона с помощью планарных систем. Они по определению не готовы обеспечить серьезную амплитуду. И если в магнитопланарных громкоговорителях более распространена конфигурация в виде сочетания узкого высокочастотного излучателя и низкочастотной секции большей площади, то в электростатических системах, чаще всего, сам электростат занимается средне- и высокочастотным диапазоном, хотя бы потому, что модели большой площади достаточно дороги.

Поэтому за низкочастотный диапазон у них отвечает, как правило, интегрированный в систему сабвуфер, работающий с применением классического динамика. Такие системы называются гибридными. Изготовители магнитопланарных спикеров также иногда предлагают доукомплектование своих изделий сабвуферами на базе классических динамиков.

Кроме того, оба основных варианта с применением плёнки являются дипольными системами. То есть назад и вперед они излучают (звучат) практически одинаково. Это приводит к определенным проблемам с правильным размещением таких колонок в комнате прослушивания.

Излучатель Хейла и другие излучатели с гофрированными пленочными мембранами

В принципе, логично было бы разделить звуковой диапазон на несколько полос и в каждой полосе использовать наиболее подходящей для нее вариант звуковоспроизведения. Например, магнитопланарные излучатели часто используются в верхнем диапазоне в качестве твитеров (пищалок). То же самое можно сказать об излучателях Хейла — Air Motion Transformer (AMT).

Речь идет о системе на базе волнообразно-гофрированной пленки с нанесенными на нее проводниками из фольги, помещенной в сильное магнитное поле. Пропускание тока по таким проводникам приводит к тому, что соседние участки притягиваются или отталкиваются, выталкивая или втягивая воздух между гофров. Такой вариант источника звука имеет все преимущества пленочного излучателя, поскольку вес подвижной системы очень мал.

Внешне на излучатель Хейла очень похож ленточный алюминиевый твитер, в котором гофрированная тончайшая фольга окружает постоянный магнит. Ввиду малого сопротивления, сигнал на концы фольги подводится через понижающий трансформатор.

Естественно, что излучатели Хейла и их аналоги используются, в основном, в верхнем частотном диапазоне.

Ионофон (электродуговой плазменный громкоговоритель)

Именно в диапазоне верхних частот важен минимальный вес подвижной системы и ее минимальная инерционность. Идеальным излучателем для верхних частот стало бы невесомое тело, механически никак не связанное с опорами и колеблющееся (изменяющее свой объем) под воздействием электрического сигнала.

И такой вариант, использовавший, по сути, принцип работы радиолампы, был найден в начале второй половины прошлого века. Он получил название ионофон. Принцип действия системы основан на пульсациях электродуговой плазмы в переменном электрическом поле. Первые образцы устройства, представленные на ВДНХ в начале 50-х, имели определенные побочные проблемы. В частности, легкий треск разряда, от которого затем смогли избавиться.

В семидесятых годах прошлого века были выпущены серийные образцы акустических систем с верхнечастотным звеном на базе плазменного излучателя. Сейчас такие излучатели доступны для установки в современную пользовательскую акустику и даже в мощные концертные системы.

Недостатком ионофона можно считать необходимость достаточно мощного электропитания и, как следствие, требования устройства к отводу тепла. В результате, устанавливая такой твитер в замкнутый объем обычной колонки, стоит задуматься о том, как бороться с его перегревом. Повышенное энергопотребление также не добавляет энтузиазма, к тому же внутри устройства — источник сверхвысокого напряжения.

С другой стороны, на базе плазменного излучателя можно получить поистине аудиофильскую систему, поскольку качество его звучания, по идее, приближается к абсолютному.

Пьезоизлучатель

Известное свойство пьезокристалла: генерировать электрический ток в случае приложения к нему деформирующей силы, либо наоборот — деформироваться в случае приложения к нему электрического тока. Этот эффект применяется во многих областях, начиная от производства весов и зажигалок и заканчивая звуковоспроизведением.

Поскольку в данном случае не получается получить большую амплитуду колебаний, рассчитывать на возникновение низкочастотных устройств звуковоспроизведения на базе пьезокристаллов не приходится. Зато пьезокристаллы могут работать на высокой частоте. Поэтому на их базе изготавливаются твитеры.

Данный принцип применяется в недорогих моделях, благодаря дешевизне технологии. К сожалению, и результаты, получаемые с помощью этой технологии — не самые лучшие, а качество звука, как правило, невысокое.

НЧ-система с механическим приводом

Естественно, что в области звуковоспроизведения возможны и экзотические решения. Ведь если проанализировать все существующие технологии, то у них можно найти один общий недостаток — очень низкий коэффициент полезного действия.

Этого недостатка лишены генераторы низкой частоты с механическим приводом. Собственно говоря, эти излучатели не работают со звуковым сигналом. Они применяются для различных технологических целей, в частности — для испытаний готовой продукции на виброустойчивость, выдавая синусоидальные колебания заданной частоты. При этом может обеспечиваться очень большая громкость!

Устройство состоит из жесткой пластины, на которую через шатун с двумя шарнирами передается возвратно-поступательное движение от диска, укрепленного на оси электродвигателя. Все это, очевидно, нужно как следует закрепить.

Частота колебаний такой системы зависит от скорости вращения электродвигателя. Получаем высокоэффективный генератор практически синусоидальных низкочастотных звуковых волн. Интересно, что в далеких восьмидесятых одна из дискотек в США купила такой генератор у НАСА. Он, якобы, затем использовался в составе низкочастотного звена акустики танцевального зала. Или в чисто рекламных целях. О реальном эффекте такого устройства можно только догадываться.

Другие материалы цикла «Акустические системы»:

Источник