При создании в автомобиле качественной аудиосистемы необходимо позаботиться о воспроизведении всех частот звукового диапазона. Это достигается применением различных типов динамиков: низкочастотных, среднечастотных и высокочастотных. Здесь поговорим о высокочастотном звене аудиосистемы — динамиках, которые часто называются твитерами или «пищалками».
Назначение высокочастотных головок («пищалок»)
Построить высококачественную автомобильную аудиосистему на основе двух динамиков невозможно — в силу конструктивных особенностей одна головка громкоговорителя не может воспроизвести сразу все частоты звукового диапазона (от 20 до 20000 Гц). Особенно страдает высокочастотная часть диапазона: динамики неплохо воспроизводят низкие и средние частоты, но высокие частоты теряются — это приводит к общему снижению качества воспроизведения, музыкальная сцена становится «бесплотной», а прослушивание музыкальных композиций просто не доставляет удовольствия. Как решить эту проблему?
Решение есть — необходимо доверить воспроизведение высоких частот специальным высокочастотным динамикам. Такие динамики получили название «пищалок» или твитеров, что хорошо отражает их суть.
Обычно твитеры для автомобильных аудиосистем выполнены в виде компактных колонок (диаметром буквально три-пять сантиметров), которые можно удобно разместить на передней панели или передних стойках. Также высокочастотные динамики входят в состав коаксиальных акустических систем, однако принципиально они ничем не отличаются от твитеров, продающихся отдельно.
Разновидности и принцип действия ВЧ головок
Воспроизведение высоких частот имеет свои особенности, поэтому сегодня существует большое разнообразие «пищалок», причем очень часто в их конструкциях находят применение те решения, которые практически не используются в СЧ и, тем более, в НЧ динамиках. Понять причину этого нетрудно.
Условно высокочастотный диапазон начинается с частот 3-5 кГц, и на 4 кГц длина волны составляет порядка 8,5 см, а на максимальной частоте, доступной человеческому слуху (20 кГц) длина волны составляет и вовсе 1,7 см. Значит, что для воспроизведения таких частот излучающее устройство громкоговорителя должно иметь небольшие габариты, и при этом обладать очень маленькой инерцией (то есть, быть очень легким) — только так это устройство можно заставить колебаться с частотой в единицы и десятки килогерц.
Так что независимо от типа и устройства, все ВЧ головки имеют небольшие габариты (обычно 1-2 дюйма, то есть, не более 5 см) и малую массу.
Твитеры могут быть построены на различных принципах, они бывают следующих типов:
- Динамические (электродинамические, обычные динамики);
- Пьезоэлектрические (звук излучается пьезоэлементом, на который подается ток звуковой частоты);
- Конденсаторные (звук излучается одной из обкладок конденсатора, для работы на обкладку необходимо подавать постоянный ток высокого напряжения, поэтому такой тип твитеров в автомобилях не используется);
- Электретные (то же, что и конденсаторный твитер, но обкладка уже заряжена, поэтому не нуждается в источнике постоянного тока);
- Ленточные (звук излучается гофрированной металлической лентой, помещенной между двумя магнитами);
- Изодинамические (звук излучается мембраной с металлизированными токопроводящими дорожками, помещенной между двумя перфорированными пластинами с рядами тонких магнитов — такой «сэндвич» излучает звук в обе стороны);
- Ортодинамические (то же, что и изодинамический, но мембрана, пластины и магниты имеют круглую форму, сейчас такие твитеры довольно популярны в некоторых кругах любителей автозвука).
На сегодняшний день наибольшее распространение получили «пищалки» электродинамического типа, то есть — обычные динамики, но только малого размера и особой конструкции. Другие типы твитеров в автомобильных аудиосистемах находят очень ограниченное применение, поэтому поговорим здесь именно о головках электродинамического типа.
Устройство твитера
Основу ВЧ-головки составляет катушка с проводником, помещенная в зазор между кольцевым магнитом и керном. Катушка жестко связана со звукоизлучающим устройством — мембраной, которая обычно имеет полусферическую (купольную) форму. При подаче тока звуковой частоты на катушку вокруг нее возникает магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем магнита, и поэтому начинает двигаться вдоль керна в такт с изменением тока — вот так и возникает звук, который излучается мембраной.
Купольная форма мембраны обусловлена тем, что звуковые волны высокой частоты имеют острую направленность, а полусферическая мембрана позволяет расширить угол распространения звука. Нередко в ВЧ-головках для расширения диаграммы направленности перед мембраной устанавливается специальный конус — рассекатель.
Мембраны у современных твитеров могут изготавливаться из следующих материалов:
- Бумага (самый дешевый вариант, используется нечасто);
- Шелк (оптимальный вариант по цене и качеству, сегодня получит наибольшее распространение, шелк пропитывается особым составом, повышающим жесткость купола);
- Алюминий, титан (тонкие металлические мембраны обеспечивают высокое качество, но при этом дороги и обладают рядом недостатков, которые можно превратить в достоинства только при профессиональной постройке аудиосистемы).
Что касается магнитов, то они чаще всего мощные неодимовые, хотя у простых твитеров низшего ценового диапазона магниты тоже самые простые.
В конце заметим, что сейчас распространены два типа твитеров, отличных по конструкции:
- Головки, помещенные в простой корпус — обычно плоские или слегка выпуклые твитеры малых габаритов;
- Головки, помещенные в рупорный конус — имеют увеличенные габариты (особенно длину), благодаря рупору обеспечивается необходимая диаграмма направленности.
Рупорные твитеры дороже обычных, поэтому чаще всего находят применение в профессиональных аудиосистемах высокого уровня.
Характеристики твитеров
Из характеристик ВЧ-головок наибольшее значение имеют следующие:
- Частотный диапазон;
- Чувствительность;
- Номинальное сопротивление (импеданс);
- Мощность;
- Калибр.
Частотный диапазон. Именно эта характеристика самая важная для твитера, она показывает, какие частоты способна воспроизводить головка, а значит, в каких системах ее можно применять. Обычно диапазон воспроизводимых частот лежит в пределах 2-20 кГц, однако чаще всего нижняя граница у твитеров начинается на уровне 2,5-3 кГц, а верхняя граница может достигать 22-30 кГц.
Чувствительность. В силу особенностей конструкции (легкая мембрана, малые габариты) «пищалки» обладают очень высокой чувствительностью по сравнению с обычными динамиками — она лежит в пределах 102-109 дБ. Это значит, что даже при малых мощностях они обеспечивают необходимый уровень громкости. Однако самые дешевые твитеры имеют чувствительность на уровне 92-96 дБ, что нужно учитывать при создании аудиосистемы.
Импеданс. Сопротивление катушки твитера может иметь те же значения, что и импеданс других динамиков — 2, 3, 4, 6, 8 и 16 Ом.
Мощность. Этот параметр не так важен для ВЧ-головок, как для СЧ и НЧ — для обеспечения нормальной музыкальной сцены на высоких частотах достаточно мощностей, практически на порядок меньших, чем для СЧ и НЧ. Но, несмотря на это, рынок предлагает твитеры мощностью 50-80 Вт (хотя в большинстве случаев не соответствует действительности).
Калибр. Твитеры имеют малые габариты, и чаще всего встречаются калибры 1, 1,5 и 2 дюйма, то есть — 2,5, 3,8 и 5 см.
Рекомендации по подбору ВЧ головок
Выбирать твитеры в автомобиль можно по многим параметрам, однако наиболее важное значение имеют три из них.
Диапазон воспроизводимых частот — нижняя граница ВЧ-головки и верхняя граница СЧ (или СЧ-НЧ) динамика должны пересекаться. Например, если верхняя граница воспроизводимых частот среднечастотного динамика лежит на уровне 4,5 кГц, то твитер лучше взять с нижней границей 3-4 кГц или даже ниже — это гарантирует, что аудиосистема будет воспроизводить весь спектр частот без провалов.
Импеданс — необходимо приобретать твитеры, номинальное сопротивление которых равно выходному сопротивлению кроссовера. Если же твитеры будут просто подключены параллельно основным колонкам, то их импеданс должен быть выше, либо можно использовать мощный резистор на единицы Ом (ведь при параллельном подключении динамиков их общее сопротивление уменьшается согласно формуле (R1+R2)/2).
Мощность — номинальная мощность твитеров должна быть не меньше выходной мощности усилителя автомагнитолы.
Выбор твитеров по остальным параметрам может отвечать личным предпочтениям, финансовым возможностям и возможностям автомобиля, так как они не играют такой роли, как озвученные выше технические характеристики.
Особенности установки твитеров
Грамотная установка ВЧ-головок — одна из самых сложных задач при построении автомобильной аудиосистемы. Даже многострадальный сабвуфер поставить и заставить работать проще, а причина кроется в особенностях волн высокочастотной части звукового диапазона:
- Из-за малой длины (единицы сантиметров) волны хорошо отражаются от препятствий;
- Из-за остронаправленной диаграммы твитеров полноценная звуковая сцена формируется в ограниченном пространстве, и она очень зависит от местоположения и направления твитеров.
Отражение звуковых волн чревато негативным эффектом — образованием стоячих волн внутри салона с пиками максимума и минимума громкости. Если волны накладываются синфазно, звук усиливается, и высокие частоты «выпирают» из общей сцены, если волны накладываются в противофазе, то высокие частоты фактически пропадают. Поэтому твитеры необходимо установить так, чтобы свести к минимуму возможность ненужных отражений звука и формирования стоячих волн.
Как показывает практика, оптимальное положение ВЧ-головок — на передних стойках. В этом случае удается обеспечить расстояние до ближайших предметов (окон) более 5 см, чего достаточно для решения проблемы стоячих волн. Что касается пространственного положения твитеров, то оно должно удовлетворять следующим условиям:
- В вертикальной плоскости твитеры должны располагаться на уровне рта слушателя;
- В горизонтальной плоскости твитеры должны располагаться так, чтобы их оси пересекались примерно между водительским и пассажирским сиденьем.
Однако куда более сложен вопрос не о том, как установить твитеры, а о том, как их подключить к автомагнитоле. Здесь возможны три варианта:
- Подключение ВЧ-головок параллельно основным НЧ-СЧ динамикам без дополнительных деталей;
- Подключение твитеров к колонкам через простейший фильтр;
- Подключение твитеров через пассивные кроссоверы.
В первом случае на «пищалку» будет подаваться весь звуковой спектр, но из-за особенностей конструкции воспроизводиться будет только высокочастотный диапазон. Это далеко не лучший вариант, так как головка будет перегружена, ей придется работать в сложном режиме. Поэтому лучше использовать фильтры (кроссоверы), отсекающие НЧ-СЧ составляющую, и подающие на твитер только высокие частоты.
В случае применения кроссовера очень важно грамотно подобрать частоту среза — здесь необходимо выбрать такую частоту, чтобы она не выходила за нижнюю границу диапазона воспроизводимых частот твитера, иначе некоторая часть спектра будет просто потеряна. Сегодня на рынке можно найти кроссоверы с частотой среза от 1,8 до 5 кГц, но чаще эта частота лежит на уровне 2,5-3 кГц.
Необходимо отметить, что в пассивных кроссоверах часть энергии тока звуковой частоты теряется, а значит, на колонки подается меньшая мощность. Здесь как раз и выручает высокая чувствительность твитеров, благодаря которой потеря мощности практически незаметна.
При грамотной установке и подключении твитеров в автомобиле будет создана качественная аудиосистема, которая сможет доставить удовольствие от прослушивания музыки.
Рекомендации по эксплуатации «пищалок»
Эксплуатация твитеров мало чем отличается от эксплуатации других динамиков аудиосистемы, здесь нужно придерживаться нескольких несложных правил:
- Новые твитеры необходимо «прогреть» — погонять со все возрастающей громкостью в течение 20-30 часов (с перерывами) с использованием разной музыки. Во время прогрева ВЧ-головки выйдут на рабочий режим, в них притрутся детали, «разомнутся» центрирующая шайба, подвес и другие компоненты;
- Твитеры менее чувствительны к подаче сигнала высокой мощности, однако все равно не рекомендуется включать аудиосистемы на большой громкости — лучше сначала включить музыку на малой громкости, а потом довести ее до необходимого уровня;
- Твитеры необходимо оберегать от механических воздействий (их положение способствует частым ударам различными предметами, и просто хватанию руками), жидкостей и т.д.
При бережном отношении к «пищалкам» и остальным компонентам, аудиосистема прослужит долго, и в каждой поездке будет качественно выполнять свои функции. А большего от нее и не требуется.
