Диффузор для машины: как сделать акустическую колонку для дома

Диффузор кузова автомобиля — это что за деталь?

Диффузор – деталь, которая относится к элементам обвеса. Чаще всего он выполняется в задней части автомобиля. Такие диффузоры можно найти практически на всех спортивных автомобилях, в том числе и на гоночных. Этот элемент служит для оптимизации и направления сил воздушных потоков, выходящих из нижней части автомобиля. Благодаря уменьшенному аэродинамическому сопротивлению автомобиль становится более управляемым и «послушным» на дороге. По своему принципу действия он напоминает спойлер, закрепленный на крышке багажника.

Обе части обеспечивают плавное и динамичное движение колес без пробуксовки или потери сцепления с дорогой. Диффузор имеет в своем распоряжении 4 ребра, которые направляют поток воздуха в нужном направлении. За счет снижения аэродинамического сопротивления двигатель практически не теряет мощности, а сэкономленная мощность идет на разгон автомобиля. Таким образом, диффузор — это деталь, которая повышает динамику автомобиля и позволяет ему быстрее проходить повороты.

Впервые такими элементами обвеса стали оснащать гоночные автомобили Формулы-1 в 80-х годах прошлого века. После этого диффузор заднего бампера стал широко использоваться на раллийных автомобилях. Сейчас этот элемент пользуется большим спросом у любителей дрифта.

Однако диффузор, которым устанавливали гоночные автомобили Формулы-1, значительно отличается от тех, которые сейчас устанавливаются на обычные автомобили. В частности, это касается дрифт-каров. Так как такие автомобили вынуждены постоянно тормозить, увеличивается нагрузка на тормозные колодки. Чтобы последние не подгорали и не прилипали к диску, автолюбители устанавливают обвес со специальной секцией, позволяющей воздуху проникать в колодки и охлаждать их. Также очень популярен диффузор радиатора, ставший в последнее время популярным на автомобилях BMW.

В свою очередь, детали, которые устанавливаются на автомобили Формулы-1, отличаются от «дрифтовых» аналогов. По своей конструкции они не только обеспечивают направление воздушного потока, но и уменьшают подъемную силу в задней части автомобиля. За счет этого обвес снижает аэродинамическое сопротивление, создавая таким образом «экранный эффект».

Примечательно, что эта деталь, благодаря своим преимуществам, совершенно не имеет недостатков. Основными преимуществами этого устройства являются:

• охлаждение тормозных колодок и дисков при торможении;
• уменьшение подъемной силы в задней части автомобиля.

Также стоит отметить, что диффузор также увеличивает прижимную силу автомобиля. Автомобиль становится более устойчивым при движении.

Из чего сделана эта подвеска?

Есть только один материал, из которого сделан диффузор. Это карбон, самый востребованный материал в автоматическом тюнинге. Он легкий и в то же время прочный, поэтому его установка совершенно не увеличивает снаряженную массу автомобиля. Кроме того, карбоновый диффузор имеет спортивный вид, благодаря чему такой автомобиль будет не только управляемым и маневренным, но и привлекательным.

Зачем нужен диффузор кузова

Основное назначение диффузора – улучшение аэродинамических характеристик автомобиля. Он преобразует кинетическую энергию встречного воздушного потока и создает под днищем область разрежения, стремящуюся вдавить автомобиль в дорогу. Повышенная прижимная сила улучшает качество сцепления шины с дорожным покрытием. За счет этого автомобиль получает улучшенную маневренность, эффективное ускорение и безопасное торможение. Дополнительной функцией диффузора может быть распределение воздушного потока для дополнительного обдува тормозных механизмов.

Конструкция и расположение диффузора кузова

Чаще всего диффузор устанавливается под днищем в задней части автомобиля. Его также можно установить прямо под бампером.

Диффузор состоит из нескольких конструктивных элементов. Продольные ребра, образующие воздушные каналы, разрывающие поток и увеличивающие его скорость. Они также ограничивают поток воздуха с боков. Иногда эти ребра также могут направлять воздух к тормозным дискам и тормозным колодкам.

Современные диффузоры изготавливаются из высокопрочного, легкого углеродного волокна (карбона). Диффузор, независимо от конструкции, содержит полости, увеличивающиеся в объеме по всей длине, для облегчения конструкции.

Принцип его работы

Действие корпуса диффузора основано на законе Бернулли. Объем воздуха, проходящего через узкие каналы устройства, разделяется на несколько отдельных потоков. При этом скорость среды увеличивается, что приводит к уменьшению давления. На выходе из диффузора давление сравнимо с атмосферным, а ниже дна оно будет меньше. За счет разрежения воздуха увеличивается прижимная сила. Этот эффект позволяет увеличить общую прижимную силу и уменьшить подъемную силу задней части автомобиля.

Большое значение имеет соблюдение правильного угла наклона стенок диффузора, который не должен резко меняться. Воздушный поток не должен быть отделен от верхней и боковой плоскостей. Вертикальные дефлекторы помогают повысить эффективность и гарантируют, что воздух выбрасывается ниже днища и не затрагивает верхнюю часть автомобиля.

Виды диффузоров бампера

В зависимости от конструкции и расположения диффузоры бывают нескольких видов:

• задний диффузор, который заканчивается под бампером автомобиля;
• диффузор или передний сплиттер, создающий в носовой части зону пониженного давления;
• двухъярусный или вторичный задний диффузор, который имеет больший объем и позволяет вытягивать больше воздуха из-под днища.

Самые распространенные плоские задние диффузоры.

Как правило, диффузор изготавливается из углеродного волокна (карбона). В своей структуре он имеет пустоты, что позволяет значительно уменьшить его вес.
Его ребра служат делителями воздушного потока, увеличивая скорость прохождения воздуха под автомобилем. В некоторых случаях ребра могут распределять воздух к тормозным колодкам и дискам.

Геометрия диффузора

«Заборы» направляют воздух и повышают эффективность диффузора.

Строго говоря, углубление создается не в диффузоре, а перед ним. Воздух ускоряется при входе в диффузор, создавая зазор под рамой, и его скорость уменьшается при прохождении через диффузор.

Видимая часть диффузора в задней части автомобиля предназначена не для создания вакуума, а только для стабилизации потока. Вот почему диффузор расширяется в объеме сзади, создавая вакуум, увеличивая давление и, следовательно, замедляя скорость воздуха. Вертикальные стенки, идущие по всей длине диффузора, представляют собой «корпуса» для оптимизации эффективности диффузоров за счет направления воздуха под транспортное средство и, таким образом, предотвращения его выхода в другое место. Как правило, эти ограждения отделяют центральный и два боковых тоннеля.

Значения вакуума, создаваемого диффузором, довольно велики, но измерить их самостоятельно затруднительно. В среднем у станции 40% поддержки. Например, Lotus 79 за счет экранного эффекта создавал вертикальную тягу до двух тонн. Кроме того, чемпионат 1990 года ознаменовался невероятными авариями, когда гоночные поддоны, оснащенные возвышающимися диффузорами, подняли крышки люков трассы Circuit de Gilles-Villeneuve .

Геометрию диффузора особенно сложно спроектировать, потому что недостаточно разместить какой-либо диффузор, чтобы получить опору. Мало того, что транспортное средство будет замедляться, если из диффузора выходит слишком много воздуха, но также существует значение угла, образованного между диффузором и землей, при котором происходит отрыв пограничного слоя. При температуре выше 4° воздушный поток становится не ламинарным, а турбулентным, что создает сопротивление, которое не работает.

Моделирование потока может быть выполнено с помощью программного обеспечения, такого как SymLab или Fluent, и дает хорошие результаты. С другой стороны, расчеты сложны, требуют нескольких дней и требуют внушительной вычислительной мощности и, следовательно, дорогого вычислительного оборудования. По этой причине производители в основном работают в аэродинамических трубах .

Диффузор динамика

Основным излучающим объектом в электродинамике является диффузор. Конус динамика представляет собой своеобразный поршень, который двигается по прямой линии вверх и вниз и поддерживает линейность амплитудно-частотной характеристики (далее АЧХ). По мере увеличения частоты колебаний диффузор начинает прогибаться. За счет этого появляются так называемые стоячие волны, которые, в свою очередь, вызывают провалы и подъемы на графике АЧХ. Чтобы свести к минимуму этот эффект, дизайнеры используют более жесткие конусы из материалов с меньшей плотностью. Если размер динамика 12 дюймов, то частотный диапазон будет варьироваться в пределах 1 кГц для низких частот, 3 кГц для средних частот и 16 кГц для высоких частот.

Что это и зачем нужны?

Без диффузора динамик не сможет издавать отчетливые звуки. По сути, это «пластина динамика», которая колеблется с частотой высокочастотных токов, протекающих через катушку динамика и меняющихся быстрее по закону передаваемого радиосообщения. Для сабвуфера рекомендуемые частоты ограничены спектром 20-300 Гц Электрический сигнал от усилителя выше 300 Гц воспроизводится недостаточно эффективно. Для более высоких частот используются так называемые сателлиты — широкополосные динамики, уступающие «басовику» по размерам и габаритной мощности.

Колонки, содержащие сателлиты и сабвуфер, предназначены для воспроизведения звука высочайшего качества. Соответственно, диффузор сабвуфера должен быть мощнее, больше по площади, толще, например, иметь прорезиненное технологическое покрытие, быть изготовленным из качественного картона со специальной полимерной пропиткой.

Чем больше площадь, тем больше диаметр диффузора.

Форма диффузора динамика

Производители еще не нашли идеальный материал для изготовления диффузоров и продолжают экспериментировать. Это связано с тем, что материал должен соответствовать противоположным характеристикам: малый вес и высокая жесткость. Требуется высокая жесткость диффузора динамика, чтобы не происходило деформации детали при высоких и резких вибрациях. А легкость детали необходима для чувствительности и подвижности, чтобы диффузор реагировал на любые колебания и быстро двигался при малейшем звуке, все должно происходить за доли секунды, а в случае с тяжелым материалом просто нет пора «строить» систему.

Форма диффузора динамика может быть разной, в редких случаях используется квадратная, но в основном овальная и круглая. Диффузор куполообразной формы используется для высокочастотных акустических систем, он может быть изготовлен из металлокерамики, алюминия и шелка, в более дорогих динамиках могут использоваться высокопрочные материалы, такие как бериллий и титан. У жестких и мягких купольных диффузоров есть свои поклонники и ценители. Жесткий купол будет воспроизводить более высокие частоты и более насыщенный звук; эти колонки понравятся любителям диско. А если использовать мягкий шелковый купол, то в результате владелец такой системы получает естественное и ровное звучание, которое часто используется для «живых» стилей музыки.

Материал диффузора, как он влияет на звучание ? Бумага, пластик, керамика, углеволокно и прочие.

Любая профессиональная информация, касающаяся громкоговорителей, обязательно содержит указание на то, из какого материала изготовлен диффузор (или купол). Если информация носит рекламный характер, то конечно же производитель считает своим долгом убедить читателя в том, что именно этот материал, используемый этой фирмой, является лучшим, а о других он может забыть. Но реклама есть реклама. Профессионалы предпочитают систему рекламе, и в этой статье предпринята попытка очень кратко систематизировать наиболее популярные сегодня материалы с точки зрения присущих им характеристик, которые должен учитывать проектировщик звуковой системы.

Динамический громкоговоритель, который по нормам терминов следует называть «динамической головкой прямого излучения», и который «на всю жизнь» оставался «громкоговорителем», был изобретен и запатентован американцами Райсом и Келлогом в 1925 году. Если посмотреть при его заявлении сегодня, то о том, что с момента его подачи прошло уже три четверти века, можно судить в основном по пожелтевшей бумаге и архаичным источникам. В основных конструктивных особенностях этого устройства мало что изменилось, разве что магнитная система стала изящнее. И в то же время нет сомнений, что в качестве основного способа преобразования переменного электрического тока в звуковые колебания громкоговоритель легко и уверенно войдет в третье тысячелетие.

Не потому ли, что электродинамический громкоговоритель является идеальным преобразователем? Да это не близко! По всем канонам электроакустики идеальный громкоговоритель должен был бы иметь мембрану или диффузор из материала с плотностью, равной плотности воздуха, и в то же время абсолютно жесткой, закрепленной на абсолютно линейном подвесе, и т.д.на. Чистая утопия. В реале диффузор имеет заметную массу, он искривлен, подвес нелинейный, на каждом шагу есть источники искажений и резонанса.

Выяснилось, что все революционные конструкции — электростатические, ленточные, плоские и т п. — приносят больше проблем, чем решают, и поэтому не могли выгнать со сцены честного труженика культуры, созданного по чертежам Райса и Келлогга.

Во внешнем виде современной колонки постоянно происходят плавные, эволюционные изменения, так что нельзя сказать, что вообще ничего не происходит, но при любом усовершенствовании это простое на вид устройство представляет собой неописуемый клубок компромиссов, которые ищут дизайнеры, оптимальные решения, и пользователи должны принимать эти решения максимально осознанно, полностью представляя, чего ожидать от громкоговорителя той или иной конструкции, а чего нет.

Наиболее заметные улучшения конструкции громкоговорителей связаны с появлением новых материалов для изготовления диффузоров. После бумаги и других композиций на основе целлюлозы пришли полимеры, композиты, металлы и сплавы. Интересно, что в сфере материалов для изготовления диффузоров сложилась некая кладбищенская ситуация: приходят новые, а старые не исчезают. Дело в том, что два важнейших требования, определяющих качество диффузора, не просто противоречат друг другу, а почти антагонистичны. Это жесткость, которая должна быть как можно выше, и внутреннее демпфирование, что тоже жизненно необходимо.

Жесткость диффузора означает, что ускорение звуковой катушки передается без изменения всей излучающей поверхности, от центра к краям. Затем это выражается в плоской частотной характеристике, быстрой атаке на импульсный сигнал, низких интермодуляционных искажениях.

Внутреннее демпфирование предотвращает окрашивание звука, устраняя локальные пики и провалы в АЧХ, снижает утомляемость при прослушивании, способствует быстрому затуханию импульсных сигналов.

Если бы нужна была только жесткость, все диффузоры были бы металлическими. Кое-что готово, но так как внутреннее затухание в металле ничтожно мало, конструкторам приходится прибегать к разным ухищрениям, чтобы избежать собственного диффузорного «гудения», а полностью побороть резонансы жестких диффузоров пока не получается.

Если бы требовалось только внутреннее гашение, то диффузоры пришлось бы делать из полупластичной массы, наподобие известных виброгасящих панелей (Dynamat и др.). Но в этом случае жесткость диффузора была бы ничтожно мала, и в процессе колебаний вместе с ним двигалась бы только его центральная часть, прикрепленная к звуковой катушке, а внешние края висели бы чашечками и излучали совсем не то, что есть требуется.

Поиски компромисса с такими противоречивыми требованиями вынуждают конструкторов пробовать все: жесткие материалы (поэтому нужно позаботиться о демпфировании) и материалы с высоким демпфированием (тогда приходится принимать конструктивные меры против нежелательных деформаций).

Удивительно, но бумага остается одним из самых удачных вариантов балансировки жесткости и амортизации.

Бумажные диффузоры

Бумажные диффузоры можно прессовать, когда исходным сырьем фактически являются листы бумаги и из них в специальном штампе формируют конические диффузоры. Обычно получается фигня, и этот метод используется только при изготовлении небольших свистков для портативных приемников и подобных устройств. Среди автомобильных громкоговорителей основными подозреваемыми в наличии узорчатых бумажных диффузоров являются двухконусные громкоговорители самой низкой категории. Для любого серьезного изделия применяют метод литья, когда бумажная масса наносится на матрицу, обычно из металлической сетки, и, затвердевая, образует глухой конический диффузор.

Например, полностью бумажный эмитент 5 ГД-1 :

С помощью этой технологии можно частично решить проблему жесткости, за счет использования криволинейной образующей и переменной толщины диффузора, уменьшающейся от центра к краям.

Почти все бумажные конусы на самом деле в каком-то смысле являются композитными конструкциями, поскольку бумажная масса пропитана синтетическими соединениями. Рецепты этих составов никогда не разглашаются производителями, так как от них во многом зависят акустические и эксплуатационные свойства диффузора, как и от знаменитого лака Страдивари.

Свойства пропиточных составов и покрытий, применяемых при изготовлении бумажных диффузоров, во многом определяют возможность их применения в автомобиле. Какими бы привлекательными ни были акустические характеристики неавтомобильного громкоговорителя с бумажным диффузором, его следует использовать только в мобильной установке с особой осторожностью с точки зрения защиты от влаги.

Преимущества бумажных диффузоров: отличное внутреннее демпфирование, что создает предпосылки для высокого разрешения и детальности звука. Потенциально самая гладкая частотная характеристика, не подверженная всплескам и провалам локальных резонансов. Переход от поршневой к зонной работе плавный и предсказуемый. Спокойная АЧХ позволяет использовать простейшие кроссоверы с малой крутизной и минимальными фазовыми искажениями. Необходимость концентрированной коррекции локальных аномалий АЧХ почти никогда не возникает. Наконец, по какой-то причине динамики с бумажным диффузором обычно звучат лучше, чем можно предположить по более продвинутым измерениям, и это то, к чему в конечном итоге все стремятся.

Недостатки: Жесткость заметно ниже по сравнению с более современными материалами, и это может сказаться на проработке мелких деталей звука. Механическая прочность тоже не самая высокая, что часто ограничивает допустимую мощность. Технологический диапазон характеристик динамиков даже из одной партии может быть больше, чем у синтетических диффузорных динамиков, и при несовпадении характеристик динамиков в стереопаре возможно ухудшение стереоизображения. Параметры изменяются во времени и под воздействием атмосферы, несмотря на пропитку бумажной массы и защитные покрытия.

Полипропилен

Полипропилен впервые был использован в качестве материала диффузора при разработке мониторов для звуковых сцен BBC примерно в 1975 г. Благодаря достаточно большому внутреннему демпфированию правильно спроектированный полипропиленовый диффузор может обеспечить ровную и плавную частотную характеристику при высоких уровнях звукового давления.

Полипропиленовый диффузор вуфера Mirage MRM-1 :

Материал намного технологичнее бумажных композиций и может успешно использоваться в автоматизированном производстве. Единственная проблема, неудовлетворительная адгезия при использовании большинства промышленных клеев, была окончательно решена в середине 1980-х годов.

Именно из-за производственных мощностей и дешевого сырья полипропилен полюбился некоторым производителям товаров массового потребления, что отчасти испортило репутацию этого первоклассного во всех отношениях материала.

Жесткость чистого полипропилена не очень высока, и большинство компаний, производящих конусные головки из высококачественного полипропилена, используют минеральные добавки: кварц, слюду, силикат магния для увеличения жесткости без ущерба для демпфирования.

Преимущества. Очень гладкая частотная характеристика, нейтральный звук, хорошая импульсная характеристика, нет необходимости в сложных кроссоверах высокого порядка. Плавный переход в зональный режим. Лучшие образцы полипропиленовых диффузоров не уступают бумажным диффузорам по звукопроницаемости, а это высокий стандарт. В то же время они обладают высокой устойчивостью к атмосферным воздействиям, поэтому полипропиленовые динамики, изначально не предназначенные для использования в автомобилях, можно смело размещать в дверях — наиболее опасных местах автомобиля с точки зрения влажности.

Недостатки По детальности звука уступают динамикам с диффузорами высокой жесткости. Из-за ограниченной жесткости это не лучший материал для сабвуферов размером более 10 дюймов, если только не используются толстые материалы или эффективные минеральные добавки.

Самое смешное: самые удачные примеры использования полипропиленовых диффузоров почему-то были сосредоточены в Скандинавии. Эксперты считают эталоном 7-дюймовые мидбасы Scan-Speak (18W/8543) и Dynaudio (17W-75); 5″ ВифаП13ВХ.

Углеволокно

Диффузоры, формованные из композитных материалов на тканевой основе из углеродного волокна, сейчас присутствуют в ассортименте многих производителей, однако чаще всего вместе с другими модификациями, доказывая, что углеродное волокно все же не панацея.

В вуферах Onkyo D-200 Liverpool используются диффузоры из углеродного волокна :

Уже более 20 лет композиты на основе углеродного волокна являются украшением и гордостью аэрокосмической техники благодаря уникальному сочетанию низкого удельного веса с очень высокой жесткостью даже по сравнению со стекловолокном.

Конусы из углеродного волокна отлично работают в поршневом диапазоне, превосходно обслуживая басовые и средние частоты. Однако из-за недостаточного внутреннего демпфирования и сложной анизотропной структуры материала переход к зонному режиму сопровождается многочисленными пиками и провалами АЧХ вблизи верхней границы рабочего диапазона. Для успешного применения громкоговорители из углеродного волокна должны быть подключены через кроссоверные фильтры с большим наклоном спада, а использование избирательных корректирующих цепей для подавления пиков иногда неизбежно. Это сильно усложняет конструкцию кроссовера и создает проблемы с фазовыми искажениями. Но там, где частота кроссовера значительно ниже верхней границы диапазона поршня (т е сабвуферы),углеродное волокно может обеспечить действительно мощный и насыщенный бас.

Текущая тенденция использования композитов из углеродного волокна заключается в их преимущественном использовании для диффузоров сабвуферов. В мидбасовой конструкции все чаще используется другой компаунд, на основе кевлара.

Металлы и объемные композиты

Многие производители, освоившие логику создания жестких диффузоров, пытались (а некоторые продолжают и сейчас) делать металлические диффузоры для мидбасовых пластиков. Эти попытки нельзя назвать особо удачными, так как, несмотря на все усилия по облегчению диффузоров, их масса оставалась значительной, а это зачастую снижало КПД до значений порядка 85 — 87 дБ (1 Вт, 1 м). А практически полное отсутствие внутреннего демпфирования металлического «колокола» привело к появлению острых пиков на 5–10 кГц, с которыми не справляются обычные кроссоверы, о чем часто сами производители честно предупреждают в сопроводительной документации.

Металлические диффузоры для сабвуферов — отдельная история. Здесь активно работает PhaseLinear, несколько небольших компаний, специализирующихся на одной-двух моделях (например, американская Alumapro, которая больше ничего не производит), а также Pioneer выпустила модель в топовой линейке Premier, с характерными объемными выштамповками на круг. Пока эти головки являются скорее исключением, и стабильной статистики по ним нет, но по отрывочным сигналам они в основном используются в установках, рассчитанных больше на экстремальные уровни звукового давления, чем на максимально качественный звук.

Объемные композиты, т.е жесткие трехмерные конструкции с плоской излучающей поверхностью и внутренним наполнителем в виде сот или вспененного полимера, вряд ли можно считать новинкой. Такие головки пытались делать в начале 70-х, и чтобы подчеркнуть, что они не имеют ничего общего с «устаревшими» конусными динамиками, им придали прямоугольную форму со скругленными углами. Затем как-то незаметно, без лишнего шума со сцены исчезли плоские поршни, лишь для того, чтобы вновь появиться в продукции самых передовых и технически неустрашимых фирм в виде сабвуферов.

Объемный поршень — это теоретический идеал излучающей поверхности, но он мог бы быть реализован только в том случае, если бы он был невесомым и абсолютно недеформируемым. На самом деле из-за большой массы конуса-поршня конструкторам приходится бороться за звукоотдачу как с жатвой, а изгибные колебания обычных конусов в зоне излучения уступают место вибрациям объемным и не более приятным поперечное «накопление» тяжелого конуса.

Исключением (однако очень дорогим) являются сабвуферы Velodyne, где боковые резонансы в значительной степени контролируются знаменитой сервосистемой.

ВЧ головки с мягким куполом

Твитеры с мягким куполом заменили диффузные ВЧ-излучатели быстро и практически без сопротивления. Затем шелковые или синтетические купола доминировали на рынке высокочастотных динамиков, пока их не начали вытеснять твердые купола из титана, алюминия и стекловолокна, появившиеся в середине 1980-х гг. Позже вернулись мягкие твитеры конструкция позволяла им успешно конкурировать с жесткими.

Несмотря на принципиально иную конструкцию, в которой вся излучающая поверхность находится внутри звуковой катушки, а не снаружи, как диффузоры, мягкие купола родились из той же концепции, которая отвечает за долговечность бумажных диффузоров. На первый план здесь выходит устойчивость к локальным резонансам, возникающая из-за большого внутреннего демпфирования. А недостаток жесткости с переменным успехом компенсируется подбором геометрии и оптимизацией толщины материала ветрового стекла.

Сильные стороны мягких куполов. Превосходное внутреннее демпфирование создает предпосылки для гладкой частотной характеристики и образцовой импульсной характеристики. Спад АЧХ в верхней части рабочего диапазона достаточно плавный, без всплесков или неожиданностей.

Слабые стороны. Ограниченная перегрузочная способность, что предъявляет повышенные требования к частоте и/или крутизне кроссовера. Высокий профиль купола (из-за жесткости) ухудшает диаграмму направленности по сравнению с более плоскими металлическими куполами и часто требует от проектировщиков использования рассеивающих акустических линз, потенциального источника дифракционных искажений в частотной характеристике.

ВЧ головки с металлическим куполом

Точно так же, как были введены и улучшены диффузоры высокой жесткости наряду с классическими бумажными диффузорами, с появлением купольных твитеров сразу же были предприняты попытки реализовать концепцию жесткого купола. Для начала использовались самые жесткие из известных полимеров: майлар (проще говоря, лавсан), поликарбонат (материал, из которого изготавливаются компакт-диски), тонкое стекловолокно. И, конечно же, после непродолжительного романа с полимерами взоры дизайнеров упали на еще более прочный материал: металл.

Сверхтонкие титановые и алюминиевые купола научились делать (разумеется, в Германии) в середине 1980-х, используя методы прецизионного электролиза и вакуумного напыления. Характерной звуковой характеристикой металлических куполов (лучших из них) является прозрачный и чистый звук, близкий к совершенству бытовых электростатических излучателей.

Подобно головкам НЧ-СЧ с жесткими диффузорами, металлические купола начинают показывать свои отверстия в верхней части своего диапазона, который для современных головок находится далеко за пределами слышимости, обычно 25-30 кГц. Сегодня все без исключения твитеры с металлическими куполами показывают максимальную АЧХ в ультразвуковой части рабочего диапазона: от 3 дБ для лучших до 12 для средних и худших. Звукового сигнала в этой части диапазона, конечно, нет, но при определенных условиях могут возникнуть условия интермодуляции этих составляющих с другими в звуковом диапазоне. На слух это можно воспринять как действительно «жестяной» звенящий звук.

Сильные стороны. Жесткий купол работает без деформации во всем диапазоне рабочих частот, обеспечивая высокую детализацию и прозрачность звука. Направленность намного лучше, чем у мягких куполов, благодаря более низкому профилю купола.

Слабые стороны. Характерный пик ультразвуковой частотной характеристики может привести к слышимой окраске звука.

Характерно, что практически все компании, специализирующиеся на выпуске громкоговорителей, имеют в своем ассортименте в качестве основной продукции ВЧ-головки с мягким тканевым и твердосплавным куполами, так как субъективно воспринимаемое звучание этих излучателей существенно отличается, причем и тот, и другой другой тип иметь верных сторонников.

Керамика

Так было и в конце нашего века: везде, где используется металл из-за присущей ему жесткости, кто-то пытается использовать керамику, потому что она обладает еще большей жесткостью. Accuton — одна из самых известных компаний по производству керамических колонок. Например, низкочастотный динамик с керамическим диффузором Accuton C173-6-096.

Ассортимент керамических ВЧ-излучателей в настоящее время весьма ограничен. Собственно, в большинстве своем они не керамические, а металлокерамические (как и зубные протезы). То есть на тонкую металлическую основу, обладающую исключительной жесткостью и твердостью, наносится еще более тонкий слой (5-10 микрон) чистой оксидной керамики. Неудивительно, что оксиды кремния, алюминия и хрома являются хорошо известными абразивами. Эффект керамических покрытий двоякий. Они повышают жесткость купола, но незначительно, за счет малой толщины обшивки. Но твердая излучающая поверхность создает условия для наиболее точного и когерентного излучения на высоких частотах. Focal, преуспевший в свое время со среднечастотными излучателями серии Polyglass, там, где на поверхность бумажного конуса был нанесен слой стеклянных микросфер, увеличивающий твердость излучающей поверхности, он повторил этот трюк на уровне более тонких структур, превратив титановые купола в составные купола (титан — диоксид титана). Специалисты высоко хвалят, но выпускаемая в настоящее время гамма пригодна только для использования в домашней акустике. Компактные керамические автомобильные твитеры были первыми, выпущенными Infinity, и сегодня этот выбор действительно ограничен.

Кевларовый диффузор

Кевлар, полимер, существующий исключительно и исключительно в виде волокон, является результатом почти случайного открытия, сделанного в одной из лабораторий DuPont. Главный исследователь (кстати, женщина по имени Кволек) почему-то решила удалить волокно из раствора, который, судя по всему, для этого не годился. Хорошо, что женская интуиция преодолела 25-летний опыт исследователя, ведь оказалось, что в процессе растяжения «плохой» полимер полностью перестраивался, цепочки молекул вытягивались по направлению волокон и тесно переплетались между собой друг с другом поперечными амидными связями. Так родилось волокно, из которого теперь во всем мире делают бронежилеты.

Свойства, проявляющиеся в диффузорах из углеродного волокна, здесь доведены до совершенства, настолько велика жесткость диффузоров из кевлара. Характерные проблемы диффузоров высокой жесткости также ярко проявляются. Выбор характеристик кроссовера для оптимальной работы с обычным твитером, скажем, с металлическим куполом, — непростая задача. В двунаправленных установках 5–7-дюймовые мидбасы из кевлара должны занимать полосу частот от 3 до 4 кГц, а иногда и выше, чтобы исключить расщепление полосы в наиболее критичном для слухового восприятия диапазоне. То есть на этих частотах появляется знаменитый «кевларовый» звук, неравномерная АЧХ.

Если понизить частоту кроссовера, то будут проблемы с ВЧ-динамиком, значительно увеличатся интермодуляционные искажения, снизится перегрузочная способность твитера. Если ее поднять, в рабочий мидбасовый диапазон попадет крайне неприглядная часть мидбасовой АЧХ.

Конструкторы таких систем вынуждены устанавливать довольно сложные кроссоверы с частотой спада 24 дБ/окт, дополненные корректирующей цепочкой, настроенной на «кевларовую» резонансную частоту, обычно в диапазоне от 5 до 7 кГц.

Кевларовые составы также не выдерживают таких трудностей, как повышенная влажность и перепады температур, поэтому с этой точки зрения противопоказаний для автомобильного использования «нецелевых» головок нет.

В то же время следует отметить, что кроссоверы, используемые в составе передней акустики автомобиля, обычно не являются самыми сложными в конструктивном отношении, так как их габариты ограничены жесткими условиями проектирования в салоне. Из-за этого возможность кроссоверов корректировать локальные частотные аномалии ограничена, а для головок с жесткими конусами это зачастую просто необходимо.

Звуковой эффект «кевлара» в первую очередь является следствием сочетания высокой жесткости с низкими внутренними потерями. Чтобы улучшить демпфирование, не отклоняясь от достигнутого в плане жесткости диффузора, конструкторы прибегли к новым ухищрениям. Например, компания Eton разработала трехслойный материал Nomex, который состоит из слоя сотового наполнителя, вклеенного между двумя слоями кевларового компаунда.

Focal использует аналогичное решение под названием Airgel, а Audax выпустила новую серию громкоговорителей серии HD-A, в которых материал диффузора представляет собой композит из ориентированных углеродных волокон и кевлара. Лабораторные измерения показывают, что пик «кевлара» в верхней части диапазона практически исчез из-за различной жесткости наполнителя.

Другие производители используют конструктивные хитрости для подавления нежелательных резонансов. Так как внешняя кромка диффузора более склонна к беспорядочному «гулу» на верхней границе рабочего диапазона, на «жестких» моделях часто можно встретить резиновую гофру, прикрепленную к диффузору не узкой кольцевой полосой, а Обод широкий, так что около 12-15% радиуса диффузора занимает вибропоглощающее резиновое покрытие (с нижней стороны, обращенной к корзине).

Карбоновый диффузор

Углерод — современный композитный материал, представляющий собой густую сеть тонких, тесно переплетенных углеродных нитей. Этот материал был выбран в качестве основы для изготовления диффузоров низкочастотных динамиков благодаря его прочности и небольшому весу. Сабвуферы с подобными диффузорами всегда выдают плотный, мощный бас.

К основным преимуществам этого типа диффузоров можно отнести:

• повышенная жесткость и механическая прочность, устойчивость к повреждениям;
• легкий вес;
• устойчивость к влаге и другим атмосферным факторам.

Однако они также имеют некоторые недостатки. В частности, колонки с таким диффузором имеют неравномерную АЧХ и слабое внутреннее демпфирование, что может снизить качество воспроизведения музыки.

Пропитка

Для защиты, например, бумажного динамика от поломки диффузора применяют пропитки, приготовленные на основе органических растворителей. Так, для центральной части, отвечающей за высокие частоты, используется прозрачный пластик, растворенный в дихлорэтане.

В качестве промежуточного, отвечающего за средства, — резиновый клей на уайт-спирите (по массе клея — четверть от общей массы композиции). Крайняя часть пропитана составом на основе автомобильного герметика. После смешивания компонентов пропитайте диффузор, чтобы на его поверхности не было капельных выступов; покрытие должно быть гладким и ровным.

Интервал между слоями пропитки от 4 до 15 минут: необходимо пропитать предыдущий слой перед нанесением следующего. Окончательное время высыхания покрытия составляет один месяц диффузором вверх. Некачественная и неравномерная предыдущая пропитка могла необратимо испортить звучание динамика, в этом случае имеет место технологическое нарушение, а также подбор или экономия материалов для пропитки.

Не наносите минеральные масла, полироли, вазелин и другие пропитки. Тут даже клей ПВА не поможет. В лучшем случае результат будет нулевой, в худшем динамик может быть безвозвратно испорчен некачественной или неправильной пропиткой. Качественная пропитка должна быть не менее двух слоев.

Подводим итоги

Все рассмотренные материалы хорошо справляются с воспроизведением звука на низких частотах. Материал диффузора в сабвуферах может быть разным и у каждого будут свои преимущества. Основные отличия здесь больше связаны с прочностью и долговечностью конструкции, а также с ценой. Поэтому при выборе ориентируйтесь на свои личные потребности и предпочтения. Обязательно подбирайте сабвуфер по мощности и импедансу к остальному акустическому оборудованию, установленному в автомобиле. Также важно правильно все подключить и настроить, тогда звук будет качественным и чистым без искажений.