Подвійні звукові котушки

Нещодавно в промисловості автомобільних динаміків виник принципово новий тип сабвуферів, охрещений "сабвуфером з подвійною звуковою котушкою". Новинка відразу ж була гідно оцінена професійними інсталяторами, але для більшості звичайних споживачів вона так і залишилася "темною конячкою". У рамках цієї статті ми постараємося розповісти нашим читачам про цей тип "сабов", про його переваги та недоліки.

Переважна більшість динаміків, представлених сьогодні на ринку автомобільного аудіо, – це головки електродинамічного типу. Їх принцип дії ґрунтується на законі фізики, згідно з яким сила, що діє на провідник зі струмом (звукова котушка), поміщений у постійне магнітне поле (створюване магнітом динаміка), пропорційна струму, що протікає через провідник, довжині цього провідника та магнітної індукції. Її називають силою Ампера. У перекладі більш доступний мову це означає, що під впливом електричного сигналу, що надходить від підсилювача потужності, звукова котушка, поміщена в магнітне поле, під впливом сили починає робити коливання. Напрямок руху котушки відповідає полярності електричного сигналу: позитивний імпульс змушує її рухатися одному напрямку (наприклад, вперед), а негативний імпульс - у протилежний бік, тобто. назад.

Знаючи, як поводиться звукова котушка під впливом електричного сигналу, неважко зрозуміти, що відбувається з дифузором динаміка, який прикріплений до звукової котушки. Очевидно, що коливання дифузора точно відповідатимуть переміщенням котушки, а значить, відповідатимуть електричному сигналу. Коливання дифузора викликають обурення у навколишньому середовищі (повітря), унаслідок чого народжується акустична хвиля, і ми чуємо звук.

Що це за звір - динамік із подвійною звуковою котушкою?

Двообмотувальна котушка

Динаміки з подвійною звуковою котушкою - це ті самі головки електродинамічного типу, та й зовні вони мало чим відрізняються від аналогів з однією звуковою котушкою. Їх можна "обчислити" хіба що за додатковою парою клем для підключення підсилювача потужності. Втім, ця пара клем – вже наслідок технології, а причина полягає в наявності незалежного додаткового дроту, що намотується на каркас звукової котушки поверх стандартної обмотки. Зазвичай обидва ці провідники виготовляються з одного матеріалу та мають ідентичне число витків з близькими електричними характеристиками.

Зрозуміло, що запровадження додаткової обмотки призводить до подорожчання конструкції сабвуфера. Але, як не парадоксально, до явного виграшу це не веде, а за такими критеріями, як характеристична чутливість, ККД та ін такі сабвуфери цілком можуть програти традиційним. То чому конструкції з подвійною звуковою котушкою, точніше кажучи - з подвійною обмоткою, настільки популярні?

За що піастри викладаємо?

Головне і, мабуть, єдина перевага таких сабвуферів – гнучкість у підключенні. Продубльована обмотка дозволяє з'єднати сабвуфер із підсилювачем трьома способами: послідовно, паралельно або незалежно, дозволяючи змінювати електричний опір сабвуфера належним чином.

У паралельній схемі підключення повний електричний опір сабвуфера становитиме половину опору однієї обмотки. Так, наприклад, якщо опір кожної обмотки - 4 Ом, то за паралельного підключення загальний опір сабвуфера знизиться до 2 Ом. Перевага такого варіанта включення всього одна, але вагома, - знижений електричний опір сабвуфера дозволить підсилювачу потужності розвинути більший струм у вихідних каскадах, а це дасть ґрунтовну надбавку в потужності.

Послідовна схема має на увазі послідовне включення обмоток. У такому варіанті загальний опір сабвуфера дорівнюватиме сумі опорів кожної обмотки. Повертаючись до прикладу, описаному трохи вище, легко підрахувати, що в даному випадку воно становитиме 8 Ом. Найбільш очевидний плюс від такого включення – знижений рівень нелінійних спотворень.

Нарешті, останній із найпростіших варіантів включення – незалежний. Він названий так тому, що кожна звукова котушка або обмотка (кому як подобається) підключається до окремого підсилювача потужності. Цей варіант включення особливо корисний для тих підсилювачів, які не здатні конструктивно працювати в мостовому з'єднанні. Саме такий тип включення треба визнати родоначальником сабвуферів із подвійною звуковою котушкою. І ось чому. На відміну від автомобільних підсилювачів, їхні домашні побратими в принципі не можуть працювати у мостовому включенні З цієї причини були розроблені сабвуфери з подвійною звуковою котушкою, щоб отримати можливість незалежні канали підсилювача (лівий/правий) навантажити на незалежні обмотки сабвуфера.

Однак останній варіант включення не можна бездумно застосовувати, коли заманеться. Чому? Читаємо далі.

Обмеження, що накладаються на незалежний варіант включення обмоток

Питання поставлено руба, але перш ніж ми на нього відповімо, давайте згадаємо, з чого складається звуковий сигнал, і, зокрема, його низькочастотна складова. Як правило, всі музичні композиції, чи то класика, рок, джаз чи популярна музика, на студіях записуються в стереоваріанті, де сигнал одного стереоканалу відрізняється від іншого, причому не лише в області середніх та високих частот, а й глибокого басу.

Тепер уявімо, що станеться, якщо ми до першої обмотки звукової котушки підключимо один канал підсилювача зі своїм спектром НЧ, а до другої обмотки - інший канал, з дещо різним спектром. На тих фрагментах композиції, де сигнали в обох каналах співпадуть, наш сабвуфер впевнено звучатиме, радуючи слухача. Але варто цій гармонії хоч трохи порушитися, як подвійна звукова котушка перетвориться, образно кажучи, на візок, тягнути який будуть лебідь, рак і щука. Це досить груба аналогія, але насправді станеться справді щось подібне. Можливий випадок, коли в те саме час по одній обмотці буде проходити позитивний імпульс сигналу, а по інший - негативний. Що станеться зі звуком у такому разі, здогадатися нескладно, а тривала робота звукової котушки в таких екстремальних умовах може стати причиною загибелі сабвуфера.

Щоб уникнути цього, бажано щоразу, по можливості, з'єднувати обмотки звукової котушки паралельно чи послідовно. Якщо ж це неможливо, то слід пам'ятати, що тільки в тому випадку, коли на обидві обмотки подається абсолютно однаковий сигнал, двообмоточна звукова котушка і сабвуфер в цілому функціонуватимуть правильно.

Подібне обмеження на здавалося б стандартне включення сабвуферів з подвійною звуковою котушкою може насторожити чимало слухачів, проте сподіваємося, що приклад включення, про який ми зараз розповімо, дозволить зняти всі сумніви щодо такого технічного рішення.

Трохи практики

Підключайте, але обережно...

Як ми вже говорили, сабвуфери з подвійною звуковою котушкою мають значно більшу гнучкість у підключенні, ніж традиційні екземпляри. Продемонструємо це на прикладі п'ятиканального підсилювача, у якого п'ятий канал спочатку призначений для підключення сабвуфера та конструктивно вже включений у мостовому режимі, з обмеженням опору навантаження - не менше 4 Ом.

Допустимо, ми хочемо побудувати аудіосистему з кількома сабвуферами, щоб отримати в автомобілі дуже високий рівень басу. Припустимо, що у нас є по чотири сабвуфери двох типів. Перші піддослідні – це чотири традиційні сабвуфери з типовим значенням електричного опору 4 Ом, а другі – четвірка двообмотувальних "сабів", у яких опори обмоток рівні і становлять 8 Ом.

Пам'ятаючи, що мінімально допустиме навантаження для підсилювача потужності не повинно опускатися нижче 4 Ом, знайдемо оптимальне з'єднання однообмотувальних сабвуферів. Зрозуміло, що найкращим варіантомвключення є випадок, коли два динаміки включені паралельно, а потім послідовно з такою ж паралельною зв'язкою з двох головок. Підсумковий опір ланцюжка, що вийшов, складе 4 Ом. Начебто все добре, проте на практиці таке включення має масу недоліків.

Пристрій динаміка

Через невеликі, але неминучі відмінності між динаміками, у поведінці їх рухомих систем будуть спостерігатися тонкі відмінності. Через них, а також через ефект виникнення проти-ЕДС (явлення, коли в звуковій котушці, що рухається, виникає електрорушійна сила, що прагне зберегти незмінним струм в котушці) з'єднані послідовно динаміки почнуть впливати один на одного. В результаті з'являться спотворення і звучання в цілому буде неабияк зіпсовано.

Щоб пояснити природу цього явища, наведемо короткий виклад одного цікавого експерименту. Він дуже простий у реалізації, тому всі бажаючі зможуть легко його повторити. Достатньо мати під рукою хоча б пару-трійку динаміків та кілька відрізків дроту.

Отже, експеримент. Суть його полягає в тому, що кілька динаміків з'єднуються послідовно, а висновки "крайніх" динаміків закорочуються - плюс одного динаміка з'єднується з мінусом іншого, і таким чином виходить замкнутий ланцюжок. Тепер все, що залишається зробити, - це натиснути на дифузор будь-якого з динаміків, зрушивши його в бік магнітної системи. Через мить дифузори інших динаміків відхилиться у протилежний бік. Так проявляється взаємний вплив при послідовному включенні кількох динаміків. Його породжує явище електромагнітної індукції. Простіше кажучи, якщо в нормальному режимі роботи динаміка електричний сигнал, що змінюється, викликає коливання дифузора, то в нашому експерименті стався зворотний процес: відхилення дифузора викликало електричний струм (сподіваємося, заглиблюватися у фізику не потрібно, і так всі пам'ятають шкільний курс), який через послідовне з'єднання передався решті динаміків, і вони відреагували відхиленнями дифузорів.

У наступному експерименті змінимо тип підключення динаміків на паралельний, а потім, як і в попередньому випадку, натиснути на дифузор одного з них. Тих, хто вже зібрався порадіти ще одному фокусу, ми змушені засмутити. Саме в цьому випадку динаміки залишаться нерухомими, тому що вони абсолютно незалежні, і струм, що виник завдяки відхиленню дифузора одного з динаміків, пройшов їх, як то кажуть, стороною. Підсумовуючи коротке резюме експерименту, можна побачити, що паралельне з'єднаннядинаміків має низку незаперечних переваг перед послідовним.

Тепер повернемось до наших динаміків двох типів. Як виявив себе перший тип динаміків - традиційний - ми вже з'ясували, тепер залишилося розібратися, як виявлять себе двообмотувальні "саби", щоб зрозуміти, чи варто гра свічок. На малюнку видно, що оптимальним включенням четвірки двообмотувальних сабів стане паралельний ланцюжок із послідовним з'єднанням обмоток у кожному сабвуфері. Результуючий опір цього ланцюжка становитиме 4 Ом. Може виникнути сумнів - а чи не виявиться тут ефект наведеної напруги через послідовне з'єднання двох обмоток? Однак турбуватися нема про що, - у вищеописаному експерименті ми мали справу з незалежними звуковими котушками, які були з'єднані послідовно. Тут же між собою з'єднуються не звукові котушки, а обмотки однієї котушки, що "розгойдують" ту саму рухливу систему. Саме тому вони принципово неспроможні впливати друг на друга, отже, і вносити спотворення звучання.

Сподіваємося, наш експеримент, що затягнувся, допоміг нашим читачам скласти хоч невелике уявлення про двообмотувальні сабвуфери, оцінити їх переваги і виявити переможця "віртуальної дуелі". Проте зауважимо, що з очевидною перевагою перемогла "команда" двообмотувальних "сабів".

Насамкінець хотілося б сказати кілька слів про параметри Тіле-Смолла для двообмотувальних сабвуферів, а також про те, що з ними відбувається при різних варіантах включення обмоток.

Технічні характеристики двообмотувальних сабвуферів

Так робити не варто...

Параметри Тіле-Смолла для динаміків з подвійною обмоткою зовсім не залежать від того, який варіант увімкнення обмоток використовується - послідовний або паралельний. Тому при обчисленні об'єму корпусу для обраного сабвуфера потрібно керуватися виключно загальними та механічними характеристиками головки, а брати до уваги електричні параметри, подібні до опору обмоток, немає необхідності. Останній параметр необхідний тільки при розрахунку опору навантаження для підсилювача потужності і обсяг корпусу не має жодного відношення.

У цьому необхідно зробити дуже важливе зауваження. У поданні багатьох "саморобкіних" існує думка, що зовсім нічого не зміниться, якщо у сабвуфера з двома обмотками задіяти тільки одну з них. Однак ця думка в корені не вірна, тому що в кращому випадку таке включення призводить до втрати ефективності - зменшується глибина басу та рівень звукового тиску, а в гіршому - до некоректності будь-яких розрахунків щодо необхідного об'єму корпусу: через скорочення довжини дроту зменшиться електрична добротність Qes, отже, і повна добротність Qts.

Насамкінець необхідно сказати кілька слів про те, як трактується потужність, яку виробники двообмотувальних сабвуферів вказують у паспорті своїх виробів. Зазвичай потужність, що наводиться в паспорті, відноситься до всього сабвуфера, незалежно від варіанта включення, що використовується. Це означає, що якщо в технічній документації зазначено, що максимальна потужність сабвуфера становить 250 Вт, то сумарна потужність задіяних каналів посилення не повинна перевищувати цю цифру.

Починаємо самостійний ремонтабо перемотування(як вам буде зручно говорити) що вийшли з ладу динамічних головок. Напевно, всі з вас мають вдома акустичні системи. Вони застосовуються дуже часто, підсилювач низької частоти – на скільки б потужним він не був, без якісної динамічної головки не зможе відтворити звук. Сьогодні на ринку можна знайти головки різної потужності, іноді зустрічаються голівки з бездоганним. зовнішнім виглядомпросто очей не відірвати, як право дизайнерські шедеври коштують чимало грошей.

Для порівняння, наприклад, 1000 ват гучномовецькоштуватиме вдвічі дорожче за кіловатний підсилювач низької частоти. Динамічні головки більшої потужності переважно бувають низькочастотними. Але біда - динамік згорів. По-перше, давайте зрозуміємо, що значить згорів?


Справа в тому, що в головці звукові коливання утворюються за рахунок електромагнітних, звуковий сигнал подають на котушку динаміка, який впливає з постійним магнітом і за рахунок цього утворюються механічні коливання. Котушка складається з витків мідного дроту з лаковим покриттям, лак згорає або здирається таким чином опір котушки знижується утворюючи замикання.

Це може статися з різних причин, наприклад при подачі на гучномовець більшої потужності, ніж вона розрахована, або від довготривалої роботи лак здирається утворюючи замикання із залізним каркасом динаміка. Що ж робити у такому разі? Скажу відразу якщо у вас є зіпсовані вітчизняні головки з паперовим підвісом не намагайтеся ремонтувати, це марна трата часу, а якщо вже головка красива, потужна, а викидати шкода швидко беріться за монтажний ніж, будемо ремонтувати!




Дивимося на фотографії, акуратно за допомогою монтажного ножа відрізаємо підвіс і нижню частину - гармошку (своєрідний амортизатор який приклеєний до корпусу головки). Після цього виймаємо дифузор з котушкою. На вигляд дуже добре видно, що котушка згоріла, але якщо динамік не видає жодних звуків, швидше за все в котушці урвище.

У будь-якому випадку потрібно перемотати котушку, для цього обережно знімаємо котушку, що згоріла, залишаючи голий паперовий каркас на якій була намотана котушка. Іноді трапляються металеві каркаси. Беремо провід з діаметром точно такий, який була намотана котушка, що згоріла. В отвір каркаса потрібно вставити тверду гільзу (підійде конденсатор, що підходить по діаметру). Починаємо дуже акуратно виток до витка мотати котушку.

Не працює