Ленточный громкоговоритель

Конструкцию ленточных громкоговорителей запатентовал в 1928 году инженер Gerlah из European Acoustic Laboratories. Однако начать их производство оказалось возможным только в 30-е годы, когда появились постоянные магниты. Общий принцип построения ленточных громкоговорителей показан на рисунке (длинная тонкая гофрированная ленточка из алюминиевой фольги помещается между полюсами магнита):

ленточный динамик ldsound.ru  (1)

При приложении переменного тока к алюминиевому проводнику, находящемуся в магнитном поле, на него начинает действовать механическая сила Лоренца, направленная перпендикулярно поверхности ленточки. Поскольку ленточка очень легкая, то она получает достаточно большое смещение при малой величине приложенного тока. Так как ленточка получается довольно широкой (относительно диаметра проводника звуковой катушки), то ее активное сопротивление достаточно мало (порядка 0,047 Ом), поэтому излучатели обычно используются с входными трансформаторами (что позволяет повысить их входное сопротивление).

ленточный динамик ldsound.ru  (5)

Ленточка обычно гофрируется, чтобы уменьшить нежелательные резонансные колебания, а также увеличить ее гибкость. Сзади ленточки часто делают замкнутый объем, гибкость воздуха которого создает дополнительную упругость. Чтобы уменьшить резонансы этой воздушной полости, ее обычно забивают пористым поглощающим материалом. Отсутствие резонансов диафрагмы позволяет получить однородную АЧХ до очень высоких частот.

Для уменьшения искажений, вызванных несимметричностью и неоднородностью магнитного поля в зазоре (что представляет большую проблему для обычных электродинамических громкоговорителей), конструкция полюсов магнитной цепи оптимизируется таким образом, чтобы получить максимально однородное поле в зазоре. Индукция в зазоре обычно получается небольшая, ~2500 Гс, но из-за малой массы ленточки этого оказывается достаточно для получения большой чувствительности (~95 дБ/Вт/м).

Если взять ширину ленточки 0,8 см, то длина при площади 9,6 см2 будет равна 12 см, что обычно и используется в высокочастотных громкоговорителях. Поскольку ленточка имеет значительную площадь, она быстро охлаждается, и поэтому на громкоговоритель можно подавать довольно большую мощность.

Из-за большой длины и узкой ширины громкоговоритель имеет широкую характеристику в горизонтальной плоскости (до 70° на 20 кГц), что полезно для обеспечения широкого стереообраза. Правда, в вертикальной плоскости громкоговоритель имеет узкую характеристику направленности. Иногда это бывает полезным, так как помогает избежать нежелательных отражений от потолка и пола.

Несомненными преимуществами ленточных громкоговорителей перед обычными электродинамическими являются малое время атаки и спада звучания из-за небольшого веса ленточки (масса ~0,01 г, толщина 9 мкм), низкий уровень нелинейных и интермодуляционных искажений, ровная АЧХ и др., что позволяет получить прозрачное и чистое звучание на высоких частотах.

Хотя основы конструкции промышленных ленточных громкоговорителей были описаны в 70-е годы, особенно широкого распространения они не получили из-за необходимости применения довольно большой и дорогостоящей магнитной цепи, низкого импеданса, невысокой надежности и большой стоимости.

В 1997 году A. L. Butler на конгрессе ASA (Acoustical Society of America) сделал доклад «Новое рождение ленточного громкоговорителя», что послужило толчком к новому всплеску интереса к нему. В этот период появились новые магнитные материалы, позволившие значительно снизить габариты магнитной цепи. Наибольшее распространение получили такие магнитные материалы, как неодим, которые имеют магнитную энергию почти в три раза выше, чем обычные феррит-бариевые магниты. Изменилась и технология изготовления ленточек (в некоторых случаях используется прочный полиимид, ламинированный слоем алюминия, например, в модели SA8535 фирмы Stage Accompany), и т.д. В результате современные конструкции ленточных излучателей обладают достаточной надежностью и приемлемой ценой.

В настоящее время производством таких громкоговорителей и акустических систем с ними занимаются десятки фирм: Stage Accompany (Голландия), Expolinear (Германия), Philips (Голландия), Bohlender-Graebener (США), Apogee Sound (США), Image Acoustics (США), Dali (Дания), Newform Research (Канада), Wisdom Audio (США) и другие.

Обычно ленточные громкоговорители используются в качестве высокочастотного звена в сочетании с низкочастотным блоком электродинамических громкоговорителей, однако имеются модели широкополосных ленточных громкоговорителей. Ленточные громкоговорители находят широкое применение в бытовой аппаратуре. За последние годы они начали применяться и в автомобильной акустике, в аппаратуре для озвучивания и др.

Модели ленточных громкоговорителей. Из выпускаемых в настоящее время ленточных излучателей можно остановиться на некоторых моделях.

Ribbon Compact Driver SA8535 фирмы Stage Accompany:

ленточный динамик ldsound.ru  (2)

ELAC 4Pi и его круговой ленточный излучатель:

ленточный динамик ldsound.ru  (6)

Можно отметить интересное решение дизайна фирмы Fostex. В акустической системе используются ленточные громкоговорители как среднечастотное звено и как два высокочастотных звена:

ленточный динамик ldsound.ru  (3)

Серия ленточных громкоговорителей фирмы Bohlender-Graebene:

ленточный динамик ldsound.ru  (7)

ленточный динамик ldsound.ru  (4)

Tie a C-CAM Ribbon в акустике Monitor Audio Gold GX50:

ленточный динамик ldsound.ru  (9)

Подводя итоги современной ситуации на рынке аудиоаппаратуры с ленточными громкоговорителями, можно отметить следующее. Решение технологических вопросов по изготовлению надежной пленки, применению высокоэффективных магнитов и т.п. открыло дорогу разработке этих громкоговорителей и их широкому использованию в акустических системах разного назначения, как бытовых, так и профессиональных. Что вполне отвечает достоинствам ленточных громкоговорителей: низкому уровню переходных и нелинейных искажений, широкой характеристике направленности в горизонтальной плоскости, чистоте и прозрачности звучания.

 

Еще одна конструкция, но нашими учеными

На чертеже представлена конструкция описываемого изобретения.

ленточный динамик ldsound.ru  (1)

Магнитная система образована постоянными магнитами 1, которые закреплены на противоположных перемычках крепежной рамы 2, охватывающей магнитную систему. Ленты 3 из проводящего материала, расположены в магнитных зазорах 4 между полюсами соседних магнитов в плоскости магнитных силовых линий. Концы лент закреплены на противоположных траверсах 5 крепежной рамы 2. Точки крепления лент образуют электрический вход громкоговорителя. Ленты могут быть соединены электрически последовательно или параллельно.

При включении громкоговорителя ток звуковой частоты, протекающий через ленту, создает вокруг нее поле, которое, взаимодействуя с полем постоянных магнитов, вызывает механические колебания ленты, вследствие чего лента становится излучателем звуковых колебании. Вследствие исключения потерь звуковой энергии за счет поглощения внутри замкнутого контура магнитной системы значительно повышается КПД громкоговорителя.

Изменяя форму разомкнутого контура магнитной системы, можно обеспечить реализацию необходимой диаграммы направленности звукового излучения. При этом, в случае необходимости, тыльное излучение можно поглощать любым известным способом.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *