Głośnik pełnozakresowy

Przekrój pełnozakresowego głośnika wykorzystującego konstrukcję stożka whizzera.

Pełnozakresowy przetwornik Fostex FE206e (zmodyfikowany) wykorzystujący stożek whizzera.

Goodmans Axiette, jeden z pierwszych przetworników pełnozakresowych z pojedynczą membraną.

Jednostka napędowa głośnika pełnozakresowego jest zdefiniowana jako przetwornik, który odtwarza jak najwięcej słyszalnego zakresu częstotliwości, w ramach ograniczeń narzuconych przez fizyczne ograniczenia określonej konstrukcji. Zakres częstotliwości tych przetworników jest maksymalizowany dzięki zastosowaniu stożka whizzer i innych środków. Większość systemów z pojedynczym przetwornikiem, takich jak te w radiach lub małych głośnikach komputerowych , nie jest w stanie odtworzyć wszystkich słyszalnych częstotliwości lub całego słyszalnego zakresu audio (tj. dźwięku w zakresie ludzkiego słuchu).

Typowe projekty

Zazwyczaj pełnozakresowa jednostka napędowa składa się z pojedynczego elementu przetwornika lub cewki drgającej , używanej do poruszania i sterowania membraną . Często struktura stożka zawiera optymalizacje w celu zwiększenia wydajności w zakresie wysokich częstotliwości. Na przykład, w miejscu styku cewki drgającej i membrany można zamontować małą tubę o małej masie lub stożek whizzer, zwiększając w ten sposób moc wyjściową przy wysokich częstotliwościach. Kształt i materiały użyte w stożku i whizzerze są wysoce zoptymalizowane.

Inny układ wykorzystuje promieniującą kopułę zamiast zwykłej osłony przeciwpyłowej; jest akustycznie aktywny. W większości przetworników takie osłony przeciwpyłowe są skonstruowane tak, aby były względnie obojętne akustycznie. Czasami osłona przeciwpyłowa przybiera formę małego stożka, który rzekomo poprawia dyspersję przy wyższych częstotliwościach. Jeszcze inne konstrukcje po prostu modyfikują materiały membrany i kopułki/whizzera zamiast zgodnego łączenia membrany w celu uzyskania działania w pełnym zakresie. ^{[ potrzebne źródło ]}

W niektórych konstrukcjach główna membrana może być połączona z cewką drgającą za pomocą podatnego połączenia, tak że wibracje o wysokiej częstotliwości nie są do niej przenoszone, ale zamiast tego przesuwają stożek świstu. Technika użycia odpowiednio sprzężonej (lub zmodyfikowanej) membrany dla niskich częstotliwości i pomocniczego whizzera lub zmodyfikowanej osłony przeciwpyłowej (kopułki) dla odpowiedzi głośnika na wysokie częstotliwości jest mechaniczną implementacją zwrotnicy audio .

Ponieważ wymagania przetwornika szerokopasmowego obejmują zarówno dobre pasmo przenoszenia w zakresie niskich, jak i wysokich częstotliwości (które są sprzeczne pod względem budowy fizycznej), przetwornik szerokopasmowy jest zwykle ograniczony do pokrycia widma audio powyżej, być może, 100 Hz — pozostawiając niższe częstotliwości do być obsługiwane / wzmacniane przez oddzielny subwoofer lub specjalną konstrukcję obudowy do wzmocnienia niskich częstotliwości. Wymagania te zwykle oznaczają, że głośnik szerokopasmowy musi mieć dobrą skuteczność (dla niższych częstotliwości) z lekką cewką drgającą (dla wysokich częstotliwości) – te głośniki zwykle używają większego lub mocniejszego magnesu niż zwykle, co poprawia czułość, a tym samym obniża moc wymagania przy niskich częstotliwościach, jak również pozwalając na zastosowanie lżejszej cewki drgającej. Ponadto wiele z nich ma ograniczone maksymalne wychylenia, co wymaga specjalnych obudów, które nie wymagają dużych wychylenia przy niskich częstotliwościach w celu uzyskania rozsądnej mocy wyjściowej w zakresie niskich częstotliwości.

Istnieją rzadkie wyjątki, które wykorzystują wiele elementów do napędzania wspólnej membrany, ale nie należy ich mylić z głośnikami współosiowymi , które używają oddzielnych i koncentrycznie ustawionych elementów w celu osiągnięcia pożądanego zakresu reprodukcji i nie są ściśle klasyfikowane jako przetworniki pełnozakresowe .

Przetworniki pełnozakresowe są widoczne w różnych zastosowaniach, od telewizorów i głośników komputerowych po systemy głośników hi-fi. Na wydajność przetwornika znaczny wpływ ma ich obudowa, a obudowy różnią się od zwykłych beżowych plastikowych pudełek, znajdujących się na najniższym końcu skali, do dużych obudów z tubą o spektakularnej jakości dźwięku.

Nietypowe projekty

Niemiecka firma Manger produkuje niezwykły przetwornik szerokopasmowy w postaci różnicowo wyginającego się przetwornika z płaską membraną o średnicy około ośmiu cali. Manger twierdzi, że wydajność, zarówno maksymalna, jak i rozszerzona charakterystyka niskich częstotliwości, jest raczej lepsza niż w przypadku tradycyjnych przetworników szerokopasmowych.

Inną niezwykłą konstrukcją przetworników szerokopasmowych są przetworniki Walsha, spopularyzowane w systemach głośnikowych Ohm hi-fi, w których odtwarzały one niemal cały słyszalny zakres częstotliwości. Wczesne jednostki Walsha były duże i drogie. Przetworniki te wykorzystywały pojedynczy stożek wykonany z papieru u podstawy, odtwarzający niskie częstotliwości, aluminium w obszarze środkowym i tytan w strefie gryfu, aby uzyskać wysokie częstotliwości. Szczeliny w papierowym obszarze membrany, pokryte silikonowym tłumieniem, wraz z wewnętrznymi podkładkami z pianki zapewniły mechanizmy dopasowywania odpowiedzi częstotliwościowej tak, aby była jak najbardziej płaska. Głośniki wykorzystujące przetwornik Walsh są nadal w produkcji, chociaż przyjęły głośnik wysokotonowy, więc nie kwalifikują się już jako przetworniki pełnozakresowe.

Wariacja na temat przetwornika Walsha firmy German Physiks z Maintal pod Frankfurtem dostępna jest w dwóch formach. W jednym zastosowano membranę wykonaną z folii tytanowej o grubości 0,025 mm oraz ulepszoną wersję, w której zastosowano włókno węglowe o grubości 0,15 mm. Są one używane w ich gamie głośników audiofilskich.

Duże głośniki elektrostatyczne można uznać za głośniki pełnozakresowe w tym sensie, że są w stanie odtworzyć większość pasma częstotliwości dźwięku.

Aplikacje

Pełnozakresowe jednostki napędowe można znaleźć w zastosowaniach od niedrogich głośników multimedialnych po droższe systemy ezoteryczne, przy czym te ostatnie często wykorzystują dużą linię transmisyjną lub obudowy z tubą w celu zwiększenia mocy wyjściowej niskich częstotliwości. W sieci istnieje aktywna grupa hobbystów konstruujących głośniki skupiająca się na pełnozakresowych przetwornikach i obudowach do nich.

Ponieważ każdy element elektroniczny, mechaniczny lub akustyczny w łańcuchu reprodukcji, niezależnie od celu, pogorszy jakość szczegółów, im mniej elementów między zaciskami wzmacniacza a pomieszczeniem odsłuchowym, tym lepiej. Obejmuje to konwencjonalne zwrotnice „średniohercowe”, które dodatkowo niszczą naturalną integralność struktury harmonicznej poprzez nagłe odcięcie harmonicznych od częstotliwości podstawowych. Tych problemów można uniknąć dzięki przetwornikowi z ruchomą cewką z pojedynczą membraną, który jest dla głośników tym, czym koło dla samochodu.

Edward James Jordan, wywiad dla TNT-Audio

Aplikacje komercyjne

Głośnik sferyczny z pojedynczym przetwornikiem

W komercyjnych systemach nagłośnieniowych stosuje się dużą liczbę pełnozakresowych przetworników, które mogą wykorzystywać szereg przetworników szerokopasmowych 200 mm (8 cali), montowanych w sufitach podwieszanych lub w małych obudowach typu „back-box”. Przenoszą one muzykę w tle i ogłoszenia dla pracowników i gości w sklepach detalicznych i miejscach publicznych. Chociaż te przetworniki są klasyfikowane jako „pełnozakresowe”, bardziej trafne może być określenie ich jako „przetworniki szerokopasmowe”, ponieważ ich możliwości wyjściowe rzadko sięgają skrajności zakresu częstotliwości. Kilku producentów buduje przetworniki pełnozakresowe o małej średnicy (zwykle 115 mm (4,5 cala)) w miniaturowych obudowach, a wielu z nich zawiera transformatory liniowe 25 lub 70 V do użytku w komercyjnych systemach dźwiękowych wykorzystujących długie kable głośnikowe . Niektóre systemy głośników pełnozakresowych są zaprojektowane z przetwornikami o ograniczonym zakresie i muszą być używane z korektorami, aby spłaszczyć i rozszerzyć ich pasmo przenoszenia, podczas gdy inne osiągają akceptowalną odpowiedź bez pomocy elektronicznej. Istnieją systemy głośników pełnozakresowych wykorzystujące pojedyncze przetworniki o średnicy do 15 cali.

Krytyczna reakcja

Krytycy przetworników pełnozakresowych powołują się na ich niezdolność do odtworzenia pełnego zakresu częstotliwości audio przy podobnych amplitudach, co prowadzi do niedokładnej reprodukcji wysyłanego do nich sygnału audio. Odtwarzanie wielu częstotliwości za pomocą tej samej membrany może zwiększyć zniekształcenia intermodulacyjne , efekt nieliniowy, który występuje, gdy jedna powierzchnia próbuje odtworzyć obie częstotliwości jednocześnie. Słyszalna dotkliwość niewielkich zniekształceń intermodulacyjnych nie jest dobrze ustalona. Rezultatem jest pewien stopień „ mieszania częstotliwości ”, choć na stosunkowo niskim poziomie. Przetwornik pełnozakresowy może mieć zmniejszoną moc wyjściową na obu końcach swojego zakresu częstotliwości lub bardziej ograniczone pasmo przenoszenia, co skutkuje bardziej kompromisowym dźwiękiem. Zwolennicy głośników szerokopasmowych twierdzą, że mają doskonałą spójność fazową, podczas gdy niektórzy krytycy opisują je jako głośniki średniotonowe pracujące na granicy swoich możliwości lub poza nimi. Niektóre przetworniki pełnozakresowe zostały opracowane przy użyciu przetworników 12- i 15-calowych, np. Audio Nirvana, i przezwyciężyły ograniczenia basowe mniejszych przetworników wykorzystujących obudowy typu bass-reflex. Ponadto, ponieważ większość dorosłych nie słyszy powyżej 15 kHz, brak wysokich częstotliwości generalnie nie jest problemem w przypadku nowoczesnych, dobrze zaprojektowanych przetworników pełnozakresowych.

Zobacz też