Hi-Fi теория. О коаксиальных динамиках сказ

Можно ли сделать многополосную акустику максимально компактной? Как разместить динамики, отвечающие за воспроизведение разных частот, на одной акустической оси? Эти вопросы будоражили умы аудиоинженеров с момента появления Hi-Fi. Сегодня мы поговорим об одном из путей их решения. О коаксиальных динамиках.

Научный подход к аудио утверждает, что для достижения максимальной акустической достоверности колонка (или же по-научному “звуковой излучатель”) должна стремиться к габаритам одной-единственной точки в пространстве. Таким образом, идеальная колонка – точечный излучатель. Такой себе сферический Hi-Fi-конь в вакууме. Именно точечный излучатель, согласно теории, способен обеспечить максимально точную всенаправленную передачу звука. Без искажений, возникающих в местах взаимного наложения/пересечения звуковых волн от динамиков, отвечающих за разные частотные полосы.

Казалось бы, такой точечный излучатель всем хорош. Он по определению компактнее любой другой аудиоконструкции. И при этом обеспечивает недосягаемую для них достоверность звучания. Но так замечательно все может быть только в теории. Здесь заканчивается утопический мир формул на досках высоколобых теоретиков и начинается суровая реальность инженеров-практиков.

Первая проблема подстерегает нас в плоскости технической реализации. А именно в соответствии текущего технологического уровня потребностям создания близкого к идеалу одного-единственного динамика, способного с одинаковой точностью единовременно воспроизводить все акустические частоты. То есть идеального широкополосного излучателя. Назовем его ИШП. Дело в том, что начиная с определенных габаритов такого динамика колебания его мембраны при воспроизведении становится очень сложно контролировать. Разные участки вынуждены колебаться с различной частотой, соответствующей ВЧ-, СЧ- и НЧ-спектрам одновременно. Сохранить достоверность звучания и не получить при этом кучу нелинейных искажений – сверхсложная инженерная задача, требующая как дополнительных средств контроля колебаний, так и наличия сверхлегкой мембраны самого динамика. В целом, даже текущий уровень технологий, включая динамики из композитных материалов, легких сплавов, керамических напылений и прочие ухищрения, не способен в полной мере решить такую задачу для динамика диаметром более 2-3 дюймов. А значит, излучатели, максимально приближенные на данный момент к ИШП, – удел наушников. Для акустических систем, чья мощность составляет хотя бы 1 Ватт, нужны принципиально иные решения.

Как и более полувека назад, таким решением остаются коаксиальные динамики. Идея проста и гениальна одновременно. Разместить в единой корзине два или три отдельных  динамика, каждый из которых отвечает либо за две, либо за одну частотную полосу. Расположенные на одной акустической оси, эти динамики тем не менее являются автономными, то есть обладают собственными катушками, магнитами и, разумеется, мембранами. Такой подход позволяет решить главную инженерную задачу – обеспечить должный уровень контроля над мембраной динамика. Здесь эти мембраны просто-напросто разделены.

Но, увы, и тут не обошлось без проблем. Сама фундаментальная конструктивная идея таких излучателей диктует довольно высокую сложность конструкции, а также предполагает дополнительные инженерные усилия по взаимному демпфированию динамиков, отвечающих за разные полосы. Ведь находясь максимально близко друг к другу, динамики неизбежно взаимно передают паразитные колебания как мембран, так и самой корзины. И далеко не всегда, особенно на высокой громкости, возможно обеспечить желаемый контроль над мембранами и, соответственно, высокую достоверность.

Решение этих проблем существует. И оно на несколько порядков дешевле разработки того самого крупногабаритного ИШП. Но всё же оно увеличивает стоимость изготовления и, разумеется, конечную стоимость коаксиальных динамиков, отвечающих стандартам Hi-Fi. В результате итоговая стоимость одного высококачественного “коаксиала” как минимум не уступает стоимости трех отдельных излучателей, из которых можно собрать пусть не точечную, но вполне достойную компонентную акустическую систему.

Следующая проблема является производной предыдущей – создание действительно мощных коаксиальных динамиков, способных при этом воспроизводить частоты ниже 30 Гц, является задачей не менее сложной, чем разработка того самого ИШП! Вибрации и звуковое давление на мембраны СЧ- и ВЧ-динамиков, возникающее при этом, практически невозможно компенсировать без кардинального усложнения и без того непростой и дорогой конструкции.

Казалось бы, всё, это тупик. Расходимся и забываем о коаксиальных динамиках как о тупиковой ветви развития аудио. Но нет! Их достоинства, а прежде всего компактность по сравнению с компонентными многополосными АС, оценили автопроизводители. И на сегодняшний день 99% динамиков, устанавливаемых в аудиосистемы автомобилей, коаксиальные. От них не требуется соответствие Hi-Fi-стандартам, что делает такие решения сравнительно дешевыми. Не требуется и воспроизведение НЧ в диапазоне менее 50-60 Гц. За это отвечает уже отдельный сабвуфер, который может установить на свое авто каждый любитель “басовитых” жанров. А значит, коаксиальные динамики здесь на своем месте.

Не остались они и за бортом Hi-Fi. Небезызвестная компания Tannoy остается верна традициям и продолжает радовать меломанов акустикой, основными излучателями в которой неизменно являются коаксиальные динамики их собственной разработки. Отдельного упоминания заслуживают серии её топовых АС. Это воистину произведения аудиоинженерного искусства. Но, увы, практически единственные в своем роде. Сверхвысокая стоимость этих решений не дает им стать по-настоящему популярными.

Вот и все на сегодня. А в последующих статьях цикла “Hi-Fi теория” мы ознакомимся и с некоторыми другими попытками создать ИШП. До скорого!