Создание музыкиТеория

Как работают колонки?

Теория

Как работают колонки?

Как работают колонки? Как работают колонки?

Мир, в котором мы живем, подключен к звуку. Если вы не живете на вершине горы (вам повезло), то, скорее всего, в течение дня вы слышите звук из множества различных динамиков.

Мобильные телефоны. Телевизоры. Лифты. Bluetooth-колонки в метро, из которых доносится всякая хрень, которую вы не хотите слышать.

И, пожалуй, самое главное для нас, музыкантов, — колонки позволяют услышать нашу работу в первозданном виде.

Но как именно работают колонки? Даже если вам неинтересно, как устроена звуковая колбаса, неплохо иметь базовое представление о технологии производства колонок, если вы планируете провести всю свою жизнь в студии.

Основы звука

Прежде чем мы рассмотрим динамики, давайте вкратце узнаем, как устроен сам звук.

Звук — это, по сути, механическая энергия в виде волн, проходящих через среду — воздух, жидкость или твердое тело.

Это движение вызывает локальные изменения давления в соответствии с формой волны, подобно ряби, возникающей, когда вы опускаете камешек (или телефон) в воду.

На изображении ниже вы видите синусоиду с частотой 1 кГц. Видите, как увеличивается, а затем уменьшается уровень звукового давления по отношению к окружающему давлению? Это звук в движении.

ЗАМЕНИТЕ ЭТО ИЗОБРАЖЕНИЕ: https://mynewmicrophone.com/how-do-speakers-produce-sound-a-helpful-beginners-guide/

Внутри наших ушей тысячи крошечных волосковых клеток реагируют на эти изменения давления, преобразуя их в электрический сигнал, который наш мозг может интерпретировать как Nickelback. Или что-то еще.

Аналоговый звуковой сигнал — это звук в виде электрической энергии, представленной в виде формы напряжения. Вот та же звуковая волна, представленная в виде электрического сигнала:

ЗАМЕНИТЕ ЭТО ИЗОБРАЖЕНИЕ: https://mynewmicrophone.com/how-do-speakers-produce-sound-a-helpful-beginners-guide/

Цифровой звук — это изображение аналогового сигнала в двоичном формате.

ЗАМЕНИТЕ ЭТО ИЗОБРАЖЕНИЕ: https://mynewmicrophone.com/how-do-speakers-produce-sound-a-helpful-beginners-guide/

Аудиосигнал, будь то аналоговый или цифровой, должен быть преобразован обратно в звуковую волну (механическую энергию), чтобы наши уши смогли его воспринять.

Выходите на сцену.

Как работают колонки: Основы

Прежде чем мы перейдем к детальному рассмотрению компонентов колонок и их функций, давайте сделаем краткий обзор того, что делают колонки для воссоздания звука.

Усиленный аудиосигнал поступает на металлическую катушку из проволоки. Эта катушка реагирует на проходящий по ней электрический ток, взаимодействуя с магнитом внутри динамика, и заставляет вибрировать мембрану.

Мембрана перемещает воздух, создавая звуковые волны, которые являются точной копией оригинального аудиосигнала. И вуаля! Вы можете слышать, как ваша мама разговаривает с вами на другом конце страны.

Очевидно, что это дикое упрощение. Но теперь, когда мы знаем в общих чертах, как ораторы ведут свою деятельность, давайте разберем все по порядку.

Что находится внутри динамика?

Давайте посмотрим на все детали динамика, которые создают волшебство…

Динамик

Динамик отвечает за преобразование электрического сигнала в звуковые волны. Это двигатель, который обеспечивает воспроизведение звука в динамике.

Компоненты, из которых состоит динамик, — это его внутренняя часть:

  • Полюс
  • Задняя пластина
  • Магнит
  • Верхняя пластина
  • Голосовая катушка
  • Корзина
  • Паук
  • Конус и окружность
  • Пылезащитный колпачок

Стойка, задняя и верхняя панель

Полюс в колонке — это как дирижерская палочка, которая синхронизирует оркестр звуков, проходящих через колонку. Это центральная ось, вокруг которой строится вся магнитная система.

Задняя пластина располагается за столбом, а верхняя, как ни странно, над ним.

Магнит

Постоянный магнит окружен полюсами и пластинами, фокусирующими его магнитное поле, и прикреплен к корзине динамика.

Его называют постоянным магнитом, потому что он всегда остается магнитом.

С другой стороны, звуковая катушка становится магнитом (или, если быть точным, электромагнитом) только тогда, когда на нее подается электрический ток.

Голосовая катушка

Звуковая катушка — это провод, плотно намотанный на крошечный цилиндр, который иногда называют шпулей. Она похожа на йо-йо.

Когда через катушку проходит электрический сигнал, она становится электромагнитом, взаимодействующим с постоянным магнитом.

Если вы помните уроки естествознания, то наверняка помните, что схожие силы отталкиваются, а противоположные — притягиваются. Это взаимодействие магнитных сил создает движение, которое толкает катушку по кругу и в конечном итоге создает звуковые волны.

Паук и окружение

Паук — это гофрированный кусок материала, который поддерживает звуковую катушку. Он удерживает катушку на месте, позволяя ей свободно двигаться вперед-назад.

Хотя это звучит как противоречие, это не так. Основная роль паука заключается в том, чтобы позволить звуковой катушке двигаться только в одном направлении, а именно вверх и вниз. Без паука звуковая катушка будет беспорядочно болтаться в корпусе динамика.

Окружность выполняет ту же функцию, что и паук, за исключением того, что она удерживает конус на месте в верхней части корзины.

Конус

Известный также как диафрагма, диффузор динамика — одна из немногих деталей, которые можно увидеть на колонке.

Диффузор движется вперед-назад в ответ на магнитные импульсы от звуковой катушки. Движение диффузора создает волны давления в окружающем его воздухе, создавая звуки, которые вы слышите.

Пылезащитный колпачок

Этот малыш не дает случайным частицам пыли и грязи попасть в блок динамика и испортить его.

Корзина

Это просто модный термин для обозначения корпуса, который удерживает все части динамика вместе. На самом деле он немного похож на корзину.

То есть это все, что составляет настоящий динамик. Но в повседневном языке, когда мы говорим о спикерах, мы имеем в виду весь набор.

Что же еще нужно для того, чтобы колонки работали?

Электрические компоненты

Чтобы заставить звуковую катушку качать джем, нужно подать на нее электрический сигнал. Для этого используются акустические клеммы и провод в оплетке.

Клеммы — это металлические выступы или соединительные порты, через которые аудиокабель подключается к динамику.

К этим клеммам подключается провод в оплетке, который крепится к звуковой катушке, обеспечивая ее необходимым топливом.

Жилье

Для правильной работы колонок необходим корпус, который часто называют корпусом, по нескольким причинам.

Во-первых, он обеспечивает герметичность, защищая различные элементы, входящие в состав драйвера, от пыли, грязи и собачьей шерсти.

Во-вторых, он уменьшает фазовое искажение. При движении мембраны динамика она создает звуковые волны в обоих направлениях. Без корпуса эти волны отменяли бы друг друга.

Наконец, корпус влияет на распределение звука. Звук можно направить в определенном направлении, а низкие частоты можно правильно настроить.

Корпус изготовлен из толстого материала, который не очень гибкий. Обычно это дерево или МДФ средней плотности, но также используется пластик.

Усиление

Все это хорошо, но динамик сам по себе не выдаст ничего полезного.

Хотя колонки бывают разных форм и размеров, все они предъявляют одинаковые требования: аудиосигнал должен быть сильнее, чем сигнал линейного уровня, посылаемый устройствами воспроизведения, такими как телевизор или аудиоинтерфейс.

Усилитель мощности используется для усиления сигнала с линейного уровня до уровня колонок. В зависимости от типа колонок это может быть внешний блок или встроенный в корпус колонок.

Активные громкоговорители

Активные колонки имеют встроенный усилитель Yamaha HS5 — это популярные активные колонки для студийного мониторинга.

https://www.amazon.com/YAMAHA-Reflex-Bi-Amplified-Studio-Monitor/dp/B00II08GZK/ref=sr_1_1_sspa?hvadid=664696564958&hvdev=c&hvlocphy=9004816&hvnetw=g&hvqmt=e&hvrand=4631867212833564583&hvtargid=kwd-356301312127&hydadcr=29210_14754855&keywords=yamaha+hs5+studio+monitor&qid=1696856995&sr=8-1-spons&ufe=app_do%3Aamzn1.fos.c3015c4a-46bb-44b9-81a4-dc28e6d374b3&sp_csd=d2lkZ2V0TmFtZT1zcF9hdGY&psc=1

Пассивные громкоговорители

Пассивные колонки требуют внешнего усилителя мощности для генерации звуковых волн из аудиосигнала.

JBL PRX412 — это яркий пример пассивной акустической системы, которой требуется внешний усилитель мощности, чтобы обеспечить достаточный уровень шума.

https://jblpro.com/en-US/products/prx412m#product-thumbnails-1

Как колонки воспроизводят различные частоты?

Фото Dean Machala на Unsplash

До сих пор мы рассматривали, как динамики превращают электрическую энергию (сигнал) в волны давления в воздухе, а значит, в звук.

Но не все частоты созданы одинаковыми, и одна колонка, пытающаяся охватить все базы (простите за каламбур), будет не очень удачной.

Именно поэтому на концертах можно увидеть огромные штабели акустических систем. Некоторые из них покрывают низкие частоты (сабвуферы и вуферы), некоторые — средний диапазон, а маленькие твитеры заботятся обо всех высокочастотных диапазонах.

Все эти колонки построены по-разному, чтобы работать с разными частотами.

Но не все хотят иметь в своей студии (или гостиной) гигантский штабель акустических систем, не говоря уже о нагромождении усилителей мощности и кроссоверов.

Вводим многодрайверную акустику.

Многополосные динамики

В многодрайверных колонках используются 2, 3 или даже 4 динамика разного размера для воспроизведения различных частот. Наиболее распространенной из них является двухдрайверная колонка, которую иногда называют двухполосной.

Внутри корпуса 2-полосной колонки находится кроссовер, который направляет все высокие частоты на твитер, а средний и низкий диапазон частот на НЧ-динамик с помощью высокочастотного и низкочастотного фильтров.

Благодаря такому использованию кроссовера колонки воспроизводят весь диапазон частот, сохраняя при этом качество звука, которого не смог бы добиться один динамик.

Если вы занимаетесь музыкой в домашней студии, то, скорее всего, для мониторинга вы будете использовать двухполосные колонки, такие как Yamaha HS5, упомянутая выше, или KRK Rokit 5 G4, изображенная на фото ниже.

https://www.krkmusic.com/Studio-Monitors/ROKIT-5-G4

Двухдрайверные колонки прекрасно подойдут для записи и микширования в вашей собственной студии. Но когда дело доходит до мастеринга (независимо от того, пользуетесь ли вы онлайн-сервисом, например eMastered, или поручаете это человеку), вам потребуется немного больше деталей, поэтому лучше всего подойдут трех- или четырехполосные колонки.

То же самое можно сказать и о коммерческих студиях звукозаписи. Они могут использовать пару мониторных колонок с питанием для записи и мониторинга, но когда дело доходит до микширования, они включают «плохих мальчиков».

Что такое импеданс динамика?

Импеданс динамика — это, по сути, способ измерения общего сопротивления протеканию электрического тока в динамике.

Импеданс, измеряемый в омах, складывается как из сопротивления провода звуковой катушки, так и из индуктивности, вызванной намоткой провода в катушку. Индуктивность отличается от сопротивления тем, что она изменяется с частотой — это называется индуктивной реактивностью.

Из-за этой переменной импеданс отличается от «обычного» сопротивления и рассчитывается по сложной формуле, которую музыканты не должны понимать.

Вместо этого знайте, что важно согласовать импеданс колонок и усилителя. Несоответствие импеданса может привести к снижению качества звука, перегреву и, в крайнем случае, к повреждению оборудования.

Помните, дети, что колонки всегда должны сочетаться с совместимыми усилителями.

Мощность динамика в сравнении с чувствительностью динамика

Больше — значит лучше, верно?

Не всегда. Большинство людей, сравнивая колонки, связывают большую мощность (в ваттах) с большей громкостью. Но сможете ли вы на практике полностью использовать эту мощность?

Лучший способ сравнить колонки — посмотреть на их чувствительность. Она измеряется в децибелах и определяет, насколько эффективно колонка преобразует электрическую энергию в звук.

Более высокий показатель чувствительности означает, что колонка способна воспроизводить больше звука при заданной мощности. Другими словами, он эффективнее преобразует электричество в звуковые волны.

Измерение чувствительности колонок выравнивает игровое поле при сравнении эффективности и мощности колонок.

Однако при использовании внешнего усилителя все же важно учитывать способность колонок выдерживать мощность. Измерение показывает, сколько электрической мощности может выдержать колонка, не повредившись, поэтому важно убедиться, что усилитель имеет выходную мощность, равную мощности колонки.

Выбор колонок с высокой или низкой чувствительностью зависит от требований вашей системы. Если важна энергоэффективность (например, в портативных колонках или автомобильных стереосистемах), лучше выбрать колонки с высокой чувствительностью, тогда как в профессиональной аудиосистеме вам могут понадобиться колонки с более высокой мощностью.

Частотная характеристика

Когда мы говорим о частотной характеристике колонки, мы имеем в виду ее способность воспроизводить звук в диапазоне частот.

Ни одна колонка не является идеальной, поэтому график частотной характеристики помогает нам увидеть, где могут быть пики или впадины на частотах, на которых колонка акцентирует или недорабатывает.

Есть несколько причин, по которым частотная характеристика конкретной колонки или колонок имеет большое значение.

Прежде всего, это поможет при проектировании многоколоночной системы и определении места установки кроссоверов.

Во-вторых, это поможет выбрать лучшие колонки для конкретной аудиозадачи, которую вы задумали.

Хотя многие колонки потребительского класса имеют небольшую «улыбку» в частотной характеристике, чтобы подсластить звук, вам, как музыкальному продюсеру, нужна пара колонок с ровной частотной характеристикой.

Таким образом, ни один инструмент или сэмпл не будет замаскирован провалом в воспроизводимых частотах или звучать громче, чем он есть на самом деле, из-за пика на графике.

По сути, плоская частотная характеристика колонок гарантирует, что все, что вы слышите, будет максимально приближено к реальному звучанию.

А как насчет наушников?

В наушниках используется та же технология динамиков, что и в громкоговорителях. По сути, это крошечные динамики, которые располагаются над (или в) ушами.

Как работают стереоколонки?

Одиночный динамик (как правило) передает звук в монофоническом режиме. Чтобы получить стереофоническое звуковое поле, вам понадобятся две монофонические колонки, подающие левый и правый аудиосигнал соответственно и расположенные соответствующим образом.

Но вы когда-нибудь смотрели на саундбар и задавались вопросом, как создается стереополе?

https://www.amazon.com/VIZIO-2-0-Home-Theater-Sound/dp/B0935RZ8YJ/ref=sr_1_3?crid=1FWL5IOF3ELBN&keywords=soundbar&qid=1696871295&sprefix=soundbar%2Caps%2C179&sr=8-3&th=1

Одиночные колонки, предназначенные для воспроизведения стереоизображения, имеют несколько динамиков, расположенных по всему корпусу.

Стереосигнал разделяется на левый и правый каналы и в разном количестве подается на каждый динамик, чтобы получить полное стереоизображение.

Такие колонки обычно поставляются с дополнительным динамиком — сабвуфером — для воспроизведения низких частот и голоса Бэтмена.

Кто изобрел динамик?

Как и в случае со многими другими изобретениями рубежа XX века, трудно точно определить, кто именно изобрел громкоговоритель. Он появился со временем, когда ученые и изобретатели стали больше понимать о звуковых волнах и электрическом токе.

Александр Грэм Белл (знаменитый изобретатель телефона) внес значительный вклад в развитие технологий, связанных со звуком, в том числе разработал раннюю версию громкоговорителя в конце XIX века.

В конце того же века Оливер Лодж создал первый громкоговоритель с подвижной катушкой. Затем, в 1915 году, датские инженеры Питер Л. Йенсен и Эдвард Придхэм получили патент на изобретение электродинамического динамика с катушкой проволоки, прикрепленной к диафрагме, помещенной в магнитное поле.

По другую сторону пруда, в 1925 году, Эдвард В. Келлог и Честер В. Райс разработали динамический громкоговоритель с диффузором, который в итоге был лицензирован компанией RCA. Эта конструкция включала в себя множество аспектов, которые считаются основой для современной технологии громкоговорителей.

Для этого нужна деревня и все такое. Достаточно сказать, что многие диффузоры потратили бесчисленное количество часов на то, чтобы сегодня вы могли наслаждаться концертами Nickelback с полной достоверностью.

Будущее акустических систем

Фото Robynne Hu на Unsplash

Технологии становятся все меньше и дешевле. Мы все это знаем. Но когда речь заходит о колонках, основы технологии остаются неизменными с тех пор, как они были изобретены.

На самом деле колонки — одна из самых неэффективных технологий, которые мы используем сегодня. Более 99 % энергии, которая поступает в динамик, генерирует не звук, а что-то другое. Большая ее часть превращается в тепло.

Удивительно, что EPA до сих пор не запретило использование колонок из-за их плохих энергетических характеристик.

Но благодаря новому материалу, открытому в 2004 году, динамики будущего могут стать другими.

Графен — чрезвычайно легкий материал, а значит, для создания волны давления ему требуется гораздо меньше энергии, чтобы двигаться вперед-назад. Отличная новость, если вы — твитер.

Если ученым удастся успешно наладить крупномасштабное производство графена и внедрить его в коммерческие приложения, динамики будущего могут стать более легкими и энергоэффективными.

До этого дня нам придется обходиться мини-обогревателями, создающими изменения давления воздуха под воздействием электрических сигналов, а также динамиками.

Теперь идите вперед и слушайте музыку!

Кнопка "Вернуться к началу"