Дамы и господа, аудиофилы и меломаны, здравствуйте.
Добро пожаловать на Dzen-канал магазина Demograf AE, посвященный аудиотехнике.
Напоминаем Вам, что ознакомиться с нашей аудиотехникой вы можете на сайте audio-tube.ru
Сегодня у нас очередная статья, честно скомунизженная с просторов интернета для ознакомления нашей дорогой публики.
Авторы (источники) - И. Алдошина. Нетрадиционные излучатели. Излучатель Хейла. Журнал Аудио Магазин № 1 (36) 2001 г.
Отдельно отмечаем, что мнение Demograf Audio может не совпадать с мнением автора статьи.
Итак, поехали!
Введение
После статьи об ионофоне (см. "АМ" No 5 (34) 2000) логично было бы рассказать о его непосредственном потомке плазматроне.
Так мы и собирались поступить. Однако 109-й конгресс АЕЅ, происходивший 21-27 сентября 2000 года, позволил установить, что из всех видов нетрадиционных громкоговорителей самое широкое применение сегодня находят ленточные громкоговорители и излучатели Хейла; им даже был посвящен специальный семинар.
И мы решили на этот раз рассказать о принципах устройства излучателей Хейла и о некоторых акустических системах, где они применяются, а разговор о конструкции плазматрона (над совершенствованием которой сейчас работают серьезные научные центры, специализирующиеся на "холодной" плазме) пока отложить.
В 1973 году в США известным физиком Оскаром Хейлом (Oscar Heil), одним из изобретателей полевого транзистора, был запатентован излучатель нового типа.
Над созданием такого преобразователя ученый работал несколько лет (первая его работа по этому вопросу была опубликована в 1964 году), пытаясь добиться, чтобы при малых размерах излучатель обеспечивал большой уровень звукового давления, то есть имел КПД больше, чем обычный электродинамический громкоговоритель (КПД которого, как известно, меньше 1%).
В результате был создан громкоговоритель принципиально новой конструкции, получивший название "трансформатор скорости воздуха" (Air Velocity Transformer, AТМ), или излучатель Хейла.
Принцип устройства. Излучающий элемент представляет собой прямоугольную мембрану, изготовленную из тонкой тефлоновой (или майларовой) пленки толщиной -10 мкм.
Методом напыления на нее наносятся прямоугольные полосы алюминия, выполняющие роль проводника (рис. 1).
Затем мембрана гофрируется в продольном направлении (расположение проводника на гофрированной мембране показано на рис. 3) и закрепляется в прямоугольной рамке.
Рамка с мембраной помещается в сильное магнитное поле между полюсами магнитов.
Общая конструкция магнитной цепи (выполняющей также роль акустической линзы) показана на рис. 2: цепь состоит из четырех прямоугольных ферритовых магнитов (1), наборных магнитопроводов (2), уголкового магнитопровода (3), рамы-корпуса (4) и воздушного зазора (5), куда вставляется рамка с гофрированной мембраной.
Как известно, на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует механическая сила F = BLI, где В индукция в зазоре магнитной цепи, длина проводника с током, 1 сила тока.
Направление действия силы / зависит от направления магнитных силовых линий и от направления тока (знаменитое "правило буравчика").
В случае гофрированной мембраны (рис. 3) механическая сила будет воздействовать на каждый гофр с противоположных направлений, то есть сжимать и разжимать мембрану.
При этом происходит всасывание и выталкивание воздуха (на рис. 3 стрелками показано направление движения воздуха при работе диафрагмы).
За счет такого выталкивания скорость воздуха по отношению к скорости мембраны возрастает до соотношения 5:1, что позволяет увеличить КПД громкоговорителя, так как излучаемая акустическая мощность пропорциональна сопротивлению среды и колебательной скорости.
Использование гофрированной мембраны позволило существенно уменьшить размеры излучающей поверхности, обеспечив тем самым расширение характеристики направленности на высоких частотах.
Кроме того, поскольку вес тонкой пленочной диафрагмы много меньше, чем вес подвижной системы обычного громкоговорителя, то и уровень переходных искажений в ней значительно ниже (благодаря меньшей инерционности), чем в диффузорных громкоговорителях.
После того как излучатель был запатентован, фирма "ESS", основанная в начале 1970-х годов в США, получила лицензию и с 1973 года освоила выпуск акустических систем с таким излучателем, начав с довольно популярной модели "АМТ-1", где излучатель Хейла использовался в качестве высокочастотного звена.
Электроакустические измерения, проведенные у нас в ИРПА им. Попова в 1980-е годы, показали, что этот излучатель имеет следующие параметры: частотный диапазон 1-25 кГц, неравномерность АЧХ ±3 дБ, чувствительность 98 дБ, полное электрическое сопротивление 3,6 Ом, суммарный коэффициент гармонических искажений 1%.
Форма АЧХ излучателя приведена на рис. 4; прослушивания показали, что он действительно создает чистый и прозрачный звук.
В 1974 году фирма "ESS" выпускала пять моделей акустических систем с излучателем такого типа, а к 1980 году уже четырнадцать.
В 1977 году фирма разработала акустическую систему "Transor ATD", полностью сконструированную на излучателях Хейла; они использовались в качестве низко-, средне- и высокочастотного звеньев.
Однако дальнейшего развития эта идея не получила, так как магнитные системы для НЧ и СЧ-звеньев оказались слишком дорогими.
B течение некоторого времени "ЕЅЅ" была единственным производителем таких излучателей; несколько фирм (например, "Consept") выпускали акустические системы, используя излучатели Хейла с торговой маркой "ESS".
Затем интерес к производству излучателей этого типа был утрачен.
Очевидно, причина заключалась в том, что при несомненных преимуществах: высокой чувствительности, низких переходных и нелинейных искажениях и других, для работы излучателей требовались мощные и дорогие магнитные цепи.
Однако в последние годы, с появлением новых материалов и технологий, интерес к преобразователю Хейла резко возрос: модернизацией и производством излучателя занялись многие фирмы.
"Precide SA" (Швейцария) в течение нескольких лет выпускает АС "Aulos" и "Kithara", а также головные телефоны с излучателями Хейла; "Cerwin-Vega" (США) разработала и начала производство новой линейки АС с таким высокочастотным излучателем (недавно ею была запатентована новая конструкция излучателя с подвижным креплением мембраны в рамке, что позволяет уменьшить искажения при больших уровнях сигнала); фирма "Orchid Precision Audio" недавно представила новую двухполосную акустическую систему "LWO" с излучателем Хейла, работающим в диапазоне частот от 1500 Гц; наконец, только что стало известно, что фирма "ЕЅЅ" обрела новых владельцев в Израиле.
В 1998 году на 106-м конгрессе АЕЅ фирма "А.D.А.М." (Германия) представила доклад на эту тему и показала образцы разработанных ею новых излучателей, использующих принцип преобразователя Хейла.
Излучатель получил название "A.R.T." (Accelerated Ribbon Technology), изменения коснулись в первую очередь материала диафрагмы и технологии ее изготовления.
Общий вид такого высокочастотного излучателя показан на фото.
Диафрагма изготовлена из каптона, на нее методом горячего прессования нанесен проводник из алюминия.
Такая диафрагма выдерживает температуру до 400°, что позволяет увеличить паспортную мощность громкоговорителя.
Применение глубокой гофрировки значительно увеличивает эффективную площадь диафрагмы по сравнению с обычным купольным громкоговорителем.
В качестве магнита применяется новый высокоэффективный материал неодим, что дает возможность существенно уменьшить габариты магнитной цепи.
Излучатель обеспечивает диапазон частот 1-25 кГц, быстрый спад переходных процессов (30 дБ за 0,5 мс), низкий уровень нелинейных искажений 0,2% выше 2 кГц, чувствительность 93 дБ/Вт/м.
С использованием аналогичных диафрагм был разработан среднечастотный громкоговоритель, имеющий чувствительность 89 дБ/Вт/м; применение в студийном контрольном агрегате, где для него был предусмотрен специальный отдельный хорошо задемпфированный корпус.
История отечественных систем с использованием излучателя Хейла в он нашел качестве высокочастотного звена началась в 1984-86 годах, когда в ИРПА была разработана конструкция высокочастотного излучателя, использующая принцип "акустического трансформатора".
Там же были созданы макеты акустических систем с таким излучателем, переданные затем для освоения на ряд предприятий.
На одном из них НПО "Ферроприбор" были отработаны промышленные образцы акустических систем, которые были запущены в производство.
Их выпуск продолжается и в настоящее время, различные варианты таких систем имеются в продаже.
Акустические системы состоят из низкочастотного блока с пассивным излучателем (был вариант и с фазоинвертором) и отдельного средне-высокочастотного блока с излучателем Хейла.
Параметры одной из таких моделей "100 АСАТ-001"следующие: диапазон воспроизводимых частот 40-25000 Гц, чувствительность 91 дБ/Вт/м, долговременная шумовая мощность 150 Вт, частота разделения 1500 Гц.
Сравнение с акустической системой "ESS АМТ-1" в ходе субъективных экспертиз показало, что "100 АСАТ-001 обеспечивает чистоту и прозрачность звучания, особенно при воспроизведении струнных инструментов и фортепиано, а это еще раз подтверждает, что принципы, заложенные в основу создания "акустического трансформатора" (излучателя Хейла), заслуживают внимания и того интереса, который вновь возник к ним в настоящее время.
