Громкоговоритель (динамик) – обзор конструкции

Громкоговоритель – это электромеханическое устройство, преобразующее электрические волны в механические колебания, которые создают слышимые звуковые волны.

По принципу излучения звука существует:

О всех нестандартных излучателях можно почитать по ссылкам выше. Мы же рассмотрим конструкцию классического электродинамического громкоговорителя. Размер излучателя определяет полосу пропускания, в которой динамик будет наиболее эффективно работать. Громкоговоритель можно разделить их на 3 основных вида:

НЧ, СЧ и ВЧ:

НЧ динамики обычно более Ø200 мм и предназначены для воспроизведения низких частот (20-500 Гц). СЧ диаметром 75-165 мм и работают на диапазон 100-7000 Гц. ВЧ громкоговорители имеют купол Ø25 мм (реже конус до Ø100 мм) и предназначены для воспроизведения частот выше 1000 Гц. Существуют полно диапазонные громкоговорители, это:

широкополосные (с единой подвижной системой)
коаксиальные (состоят из нескольких типов громкоговорителей, соединенных вместе)

Конструктивно динамик состоит из подвижной и магнитной систем, и рамы, что соединяет оба узла. Рама иногда отсутствует, если речь идет о ВЧ динамике, где ею является магнитная система с верхним декоративным фланцем. По форме излучателя (диффузора) громкоговоритель может быть круглым, овальным, квадратным или кольцевым в случае с ВЧ.

Стандартный громкоговоритель имеет следующий вид в разрезе:

Так выглядит динамик по отдельный частям:

Кроме конусных громкоговорителей, существуют купольные. Из названия можно понять, что излучатель имеет купольную форму. Конструктивно они состоят из тех же элементов, но выполнены иначе.

Купольный ВЧ громкоговоритель в разрезе:

На фото ниже представлено несколько разновидностей динамиков. Купольный и конусный нам уже знакомы. Коаксиальный точно такой как и классический, но с дополнительным ВЧ. Плоский НЧ так же электродинамический, но имеет другую конструкцию, чтобы иметь минимальный размер (обычно их применяют в автомобиле).

Конструкция мощного сабвуферного динамика:

Как видно из фото принцип работы у электродинамического громкоговорителя всегда одинаковый. Звуковая катушка очень большого диаметра, по этому пылезащитный колпачок превратился в диффузор, а край, что соединяет каркас звуковой катушки с подвесом и колпачком по сути и является диффузором. Звуковая катушка намотана с двух сторон.

Рама (корзина, диффузородержатель)

Каркас, который удерживает подвижную систему динамика, соединяя его с магнитной системой. В верхней части к раме клеится подвес, а к нижней центрирующая шайба. С обратной стороны крепится магнитная система. Чаще всего рамы изготавливают из металла методом штамповки и окрашивают. Качественные громкоговорители имеют алюминиевые рамы, изготовлены методом литья под давлением. Так же существуют корзины из пластмассы.

Излучатель (диффузор, диафрагма)

Бывает как конусной, купольной и даже плоской конструкции. Реальная физическая площадь, которая движется от взаимодействия звуковой катушки с постоянным магнитом, воспроизводя звук, сжимая и разрежая воздух, создавая тем самым звуковые волны. Если это СЧ или ВЧ громкоговорители, то диффузором является купол. В любом случае диффузор соединяется с подвесом или является с ним единой деталью. Существует множество материалов из которых изготавливают диффузоры (Материал диффузоров):

бумага
полипропилен
углеволокно
кевлар
алюминий
ткань или шелк
керамика

Пылезащитный колпачок (пыльник)

Расположен в центре диффузора, закрывая звуковую катушку и увеличивая его жесткость. По форме могут быть купольными, плоскими, в виде конуса. Материал применяется разный – ткань, пленка, пластик. Форма колпачка влияет на звучание.

Подвес (гофр)

Подвес соединяет верхний край диффузора с рамой. Его тип, материал и жесткость напрямую влияет на параметры громкоговорителя. На мощных сабвуферных головках установлены большие подвесы с увеличенным ходом. В старых громкоговорителях подвес с диффузором изготовлены из бумаги и являются единым узлом. Основные формы подвесов:

тороидальный (двуторы, трёхторы)
тангенциальный
s-образный
пилообразный

Кроме того подвесы могут иметь 2 и 3 волны, а так же переменную толщину и форму волн. Форма может быть разной, это задается назначением самого громкоговорителя. Если разделить подвесы по материалам, то бывают:

резиновые
тканевые
бумажные
пенополуиретановые (пеновые)
пленочные
металлические

Центрирующая шайба (паук)

Основные функции шайбы это удержание (центрирование) звуковой катушки в узком магнитном зазоре и конечное определение жесткости самой подвижной системы. В основном изготавливаются из ткани с последующей пропиткой. Для увеличения жесткости используют сдвоенные. У мощных сабвуферов на шайбах прокладываются подводящие гибкие канатики. Шайба соединяется клеем с звуковой катушкой. В старых громкоговорителях, таких как 10ГД-20 или 25ГДН-5 шайба изготавливалась из текстолита толщиной 1 мм и была 3-х лепестковой формы.

Звуковая катушка

Наматывается одножильным проводом в изоляции (лаке) на цилиндрический каркас, который помещается в магнитный зазор. В большинстве случаев звуковые катушки мотаются медной жилой в два слоя. ВЧ динамики имеют алюминиевую жилу для меньшего веса. Каркас катушек может быть медным, алюминиевым, бумажным, из полиимида или каптона. Что же касается количества слоев намотки, она может иметь 2, 4, 6 и даже 8 слоев. Сечение жилы имеет круглую форму, но существуют так же плоские, квадратные и даже с сечением формы шестигранника. Если катушка имеет много слоев, то часть из них мотается по внутренней стороне, а часть снаружи каркаса, это обусловлено креплением жил и распределением нагрева.

Постоянный магнит

Фиксированный магнит постоянного тока, который является частью конструкции магнитной системы. Он крепится к раме динамика, создавая стабильный магнитный поток через кольцевой зазор, в котором находится звуковая катушка. О разных магнитах можно почитать в статье: О магнитах – альнико, феррит, кобальт, неодим. Форма может быть разной – кольцевой, цилиндрический (керновой) или набор из нескольких небольших магнитов. По применению материалов для магнита его можно разделить на:

ферритовый (керамический)
альнико
самарий-кобальтовый
неодимовый

Кольцо Фарадея

Так же называется короткозамкнутый виток. Устанавливается снаружи на керн или на внутреннюю часть верхнего фланца. Короткозамкнутый виток эффективно подавляет влияние практически всех источников искажений в громкоговорителе. Снижает интермодуляцию и гармоники. С таким кольцом снижается индуктивность звуковой катушки, что автоматически расширяет полосу воспроизводимых частот вверх.

Керн, нижний и верхний фланец

Железо вокруг магнита – детали магнитопровода. Они формируют рабочий зазор в определённом месте и направляют туда сконцентрированный магнитный поток. Без них поле возле звуковой катушки будет сильно рассеянным и работа динамика станет неэффективной. Размеры “железа” фланцев и керна рассчитываются под магнит для обеспечения оптимума между размерами магнитной системы и требуемой индукцией магнитного поля в зазоре заданного размера и конфигурации.

Керн – передаёт магнитное поле внутрь катушки, но не должен сам намагничиваться, поэтому изготавливается из магнитомягкого материала. Иногда в крене присутствует отверстие, оно помогает снизить давление воздуха под пылезащитным колпачком и охладить звуковую катушку на больших мощностях. Подробнее в статье – Влияние отверстия в керне динамика.