Diskanthögtalare
En diskant- eller diskanthögtalare är en speciell typ av högtalare (vanligtvis dome, inverse dome eller horntyp) som är designad för att producera höga ljudfrekvenser, vanligtvis leverera höga frekvenser upp till 100 kHz. Namnet härrör från de höga ljuden som görs av vissa fåglar (tweets), särskilt i motsats till de låga inslagen som görs av många hundar , efter vilka lågfrekventa förare är uppkallade ( woofers ).
Drift
Nästan alla diskanthögtalare är elektrodynamiska förare som använder en talspole upphängd i ett fast magnetfält. Dessa konstruktioner fungerar genom att applicera ström från utgången av en förstärkarkrets till en trådspole som kallas en talspole . Talspolen producerar ett varierande magnetfält, som arbetar mot det fasta magnetfältet hos en permanentmagnet, runt vilken den cylindriska talspolen är upphängd, vilket tvingar talspolen och membranet som är fäst vid den att röra sig . Denna mekaniska rörelse liknar vågformen för den elektroniska signalen som tillförs från förstärkarens utgång till talspolen. Eftersom spolen är fäst vid ett membran, överförs den vibrerande rörelsen hos talspolen till membranet; membranet vibrerar i sin tur luften, vilket skapar luftrörelser eller ljudvågor, som hörs som höga ljud.
Moderna diskanthögtalare skiljer sig vanligtvis från äldre diskanthögtalare, som vanligtvis var små versioner av bashögtalare . I takt med att diskantteknologin har utvecklats har olika designapplikationer blivit populära. Många soft dome diskantmembran är termoformade av polyesterfilm eller silke eller polyestertyg som har impregnerats med ett polymerharts. Hard dome diskanthögtalare är vanligtvis gjorda av aluminium, aluminium-magnesiumlegeringar eller titan.
Diskanthögtalare är avsedda att omvandla en elektrisk signal till mekanisk luftrörelse utan att lägga till eller subtrahera något, men processen är ofullkomlig, och verkliga diskanthögtalare innebär avvägningar. Bland utmaningarna i design och tillverkning av diskanthögtalare är: tillhandahålla adekvat dämpning, för att stoppa kupolens rörelse snabbt när signalen tar slut; säkerställa upphängningslinjäritet, vilket tillåter hög uteffekt vid den nedre delen av dess frekvensområde; säkerställa frihet från kontakt med magnetenheten, hålla kupolen centrerad när den rör sig; och ger adekvat krafthantering utan att tillföra överdriven massa.
Diskanthögtalare kan också fungera i samarbete med de woofers som är ansvariga för att generera de låga frekvenserna eller basen.
Vissa diskanthögtalare sitter utanför huvudhöljet i sin egen halvoberoende enhet. Exempel inkluderar " superdiskanter " och romanen "äggdiskanter" av Ohm. Den senare kopplas in och vrids för att justera ljudfältet beroende på lyssnarposition och användarpreferens. Separationen från baffeln anses vara optimal under teorin att minsta möjliga baffel är optimal för diskanthögtalare.
Räckvidd
De flesta diskanthögtalare är utformade för att återge frekvenser upp till den formellt definierade övre gränsen för det mänskliga hörselområdet (typiskt listad som 20 kHz); vissa arbetar vid frekvenser upp till ungefär mellan 5 kHz och 20 kHz. Diskanthögtalare med ett större övre räckvidd har designats för psykoakustisk testning, för digitalt ljud med utökat räckvidd som Super Audio CD avsedd för audiofiler , för biologer som utför forskning om djurs reaktion på ljud och för omgivande ljudsystem i djurparker. Det har tillverkats banddiskanter som kan återge 80 kHz och till och med 100 kHz.
Kupolmaterial
Alla kupolmaterial har fördelar och nackdelar. Tre egenskaper designers letar efter i kupoler är låg massa, hög styvhet och bra dämpning. Celestion var de första tillverkarna att tillverka dome diskanthögtalare av metall, koppar . Nuförtiden används andra metaller såsom aluminium , titan , magnesium och beryllium , såväl som olika legeringar därav, som är både lätta och styva men har låg dämpning; deras resonanslägen uppträder över 20 kHz. Mer exotiska material, såsom syntetisk diamant , används också för sin extrema styvhet. Polyetentereftalatfilm och vävt siden ringer mindre, men är inte alls lika styva, vilket kan begränsa deras mycket höga frekvenseffekt.
I allmänhet ger mindre dome-diskanter bredare spridning av ljud vid de högsta frekvenserna. Men mindre dome-diskanter har mindre utstrålningsarea, vilket begränsar deras uteffekt i den nedre delen av deras räckvidd; och de har mindre talspolar, vilket begränsar deras totala uteffekt.
Ferrofluid
Ferrofluid är en suspension av mycket små (typiskt 10 nm) magnetiska järnoxidpartiklar i en vätska med mycket låg flyktighet , vanligtvis en syntetisk olja. Ett brett utbud av viskositets- och magnetisk densitetsvarianter tillåter designers att lägga till dämpning, kylning eller båda. Ferrofluid hjälper också till att centrera talspolen i det magnetiska gapet, vilket minskar distorsion. Vätskan injiceras vanligtvis i det magnetiska gapet och hålls på plats av det starka magnetfältet. Om en diskanthögtalare har utsatts för förhöjda effektnivåer uppstår en viss förtjockning av ferrovätskan, eftersom en del av bärarvätskan avdunstar. I extrema fall kan detta försämra ljudkvaliteten och utgångsnivån på en diskanthögtalare, och vätskan måste avlägsnas och ny vätska installeras.
Professionella ljudapplikationer
Diskanthögtalare designade för ljudförstärkning och musikinstrumenttillämpningar liknar i stort sett high fidelity diskanthögtalare, även om de vanligtvis inte kallas diskanthögtalare utan som "högfrekvensdrivare". Viktiga skillnader i designkrav är: monteringar byggda för upprepad frakt och hantering, förare som ofta är monterade på hornstrukturer för att ge högre ljudnivåer och bättre kontroll över ljudspridningen, och mer robusta talspolar för att motstå de högre effektnivåer som vanligtvis förekommer. Högfrekventa drivenheter i PA-horn kallas ofta för " kompressionsdrivare " från läget för akustisk koppling mellan förarens membran och hornets hals.
Olika material används i konstruktionen av kompressionsdrivmembran, inklusive titan, aluminium, fenolimpregnerat tyg, polyimid och PET-film , var och en med sina egna egenskaper. Membranet är limmat på en talspoleformare, vanligtvis tillverkad av ett annat material än kupolen, eftersom det måste klara av värme utan att rivas sönder eller avsevärda dimensionsförändringar. Polyimidfilm, Nomex och glasfiber är populära för denna applikation. Upphängningen kan vara en fortsättning på membranet och är limmad på en monteringsring, som kan passa in i ett spår, över styrstift eller fästas med maskinskruvar. Membranet är vanligtvis format som en inverterad kupol och laddas in i en serie avsmalnande kanaler i en central struktur som kallas en fasplugg, som utjämnar väglängden mellan olika områden av membranet och hornhalsen, vilket förhindrar akustiska avstängningar mellan olika punkter på membranet. diafragmans yta. Faspluggen går ut i ett avsmalnande rör, som bildar början på själva hornet. Denna långsamt expanderande hals inom föraren fortsätter i hornblossen. Signalhornet styr täckningsmönstret, eller riktningsförmågan, och som en akustisk transformator lägger den till förstärkning. En professionell kombination av horn och kompressionsdrivrutin har en utgångskänslighet på mellan 105 och 112 dB/watt/meter. Detta är betydligt effektivare (och mindre termiskt farligt för en liten talspole och tidigare) än annan diskantkonstruktion.
Typer av diskanthögtalare
Kondiskant
Kondiskanter har samma grundläggande design och form som en bashögtalare med optimeringar för att fungera vid högre frekvenser. Optimeringarna är vanligtvis:
- en mycket liten och lätt kon så att den kan röra sig snabbt;
- konmaterial valt för styvhet (t.ex. keramiska koner i en tillverkares linje), eller goda dämpningsegenskaper (t.ex. papper, siden eller bestruket tyg) eller båda;
- en fjädring (eller spindel) som är styvare än för andra förare – mindre flexibilitet behövs för högfrekvent återgivning;
- små talspolar (3/4 tum är typiskt) och lätt (tunn) tråd, vilket också hjälper diskantkonen att röra sig snabbt.
Cone diskanthögtalare var populära i äldre stereohifihögtalare som designades och tillverkades på 1960- och 1970-talen som ett alternativ till dome-diskanten (som utvecklades i slutet av 1950-talet). Kondiskanter idag är ofta relativt billiga, men många av de som förr var av hög kvalitet, som de som tillverkats av Audax/Polydax, Bozak, CTS, JBL, Tonegen och SEAS. Dessa vintage kondiskanter uppvisade mycket platt frekvensrespons, låg distorsion, snabb transientrespons, låg resonansfrekvens och en skonsam low-end roll-off, förenklad crossover-design.
Typiskt för 1960- och 1970-talets era var CTS "phenolic ring"-kondiskanter, som uppvisade platt respons från 2 000 till 15 000 Hz, låg distorsion och snabb transientrespons. CTS "phenolic ring"-diskanten har fått sitt namn från den orangefärgade kantupphängningsringen som den har som är gjord av fenol. Den användes i många märken och modeller av välrenommerade vintagehögtalare och var en mellanprisenhet.
Kondiskanter har en smalare spridningsegenskaper som är samma som en konbashögtalare. Många designers trodde därför att detta gjorde dem till en bra matchning med kon-mellanregister och bashögtalare, vilket möjliggör enastående stereobilder. Den "sweet spot" som skapas av den smala spridningen av kondiskanter är dock liten. Högtalare med kondiskanter erbjöd den bästa stereobilden när de placerades i rummets hörn, en vanlig praxis på 1950-, 1960- och 1970-talen.
Under 1970- och 1980-talen fick den utbredda introduktionen av audiofilskivor av högre kvalitet och tillkomsten av CD:n kondiskanten att falla ur popularitet eftersom kondiskanter sällan sträcker sig över 15 kHz. Audiofiler ansåg att kondiskanter saknade "luftigheten" hos kupoldiskanter eller andra typer. Ändå fanns många avancerade kondiskanter i begränsad produktion av Audax, JBL och SEAS fram till mitten av 1980-talet.
Cone diskanthögtalare används nu sällan i modern hi-fi-användning och ses rutinmässigt i lågkostnadsapplikationer som fabrikshögtalare, kompakta stereosystem och bomboxar. Vissa boutiquehögtalartillverkare har nyligen återvänt till high-end kondiskanter, särskilt återskapningar av CTS fenolringmodeller, för att skapa en produkt som låter vintage.
Dome tweeter
En dome-diskant konstrueras genom att man fäster en talspole på en dome (gjord av vävt tyg, tunn metall eller annat lämpligt material), som fästs på magneten eller toppplattan via en upphängning med låg efterlevnad. Dessa diskanthögtalare har vanligtvis ingen ram eller korg, utan en enkel frontplatta fäst på magnetenheten. Dome diskanthögtalare kategoriseras efter sin talspolediameter och sträcker sig från 19 mm (0,75 tum) till 38 mm (1,5 tum). Den överväldigande majoriteten av dome-diskanter som för närvarande används i hi-fi-högtalare är 25 mm (1 tum) i diameter.
En variant är ringradiatorn där "upphängningen" av konen eller kupolen blir det huvudsakliga strålningselementet. Dessa diskanthögtalare har olika riktningsegenskaper jämfört med vanliga dome-diskanter.
Piezo-diskant
En piezo- (eller piezoelektrisk) diskanthögtalare innehåller en piezoelektrisk kristall kopplad till ett mekaniskt membran. En ljudsignal appliceras på kristallen, som svarar genom att böjas i proportion till spänningen som appliceras över kristallens ytor, och på så sätt omvandlar elektrisk energi till mekanisk.
Omvandlingen av elektriska pulser till mekaniska vibrationer och omvandlingen av returnerade mekaniska vibrationer tillbaka till elektrisk energi är grunden för ultraljudstestning. Det aktiva elementet är givarens hjärta eftersom det omvandlar den elektriska energin till akustisk energi och vice versa. Det aktiva elementet är i grunden ett stycke polariserat material (dvs vissa delar av molekylen är positivt laddade, medan andra delar av molekylen är negativt laddade) med elektroder fästa på två av dess motsatta ytor. När ett elektriskt fält appliceras över materialet kommer de polariserade molekylerna att anpassa sig till det elektriska fältet, vilket resulterar i inducerade dipoler inom materialets molekylära eller kristallstruktur. Denna inriktning av molekyler kommer att få materialet att ändra dimensioner. Detta fenomen är känt som elektrostriktion . Dessutom kommer ett permanent polariserat material som kvarts (SiO 2 ) eller bariumtitanat (BaTiO 3 ) att producera ett elektriskt fält när materialet ändrar dimensioner som ett resultat av en pålagd mekanisk kraft. Detta fenomen är känt som den piezoelektriska effekten .
Piezo-diskanter används sällan i high-end ljud på grund av deras låga kvalitet, även om de fanns med i vissa avancerade designs från slutet av 70-talet, som Celef PE1 där de användes som en superdiskant i kombination med en konventionell dome-diskant. De används ofta i leksaker, summer, larm, basgitarrhögtalare, billiga dator- eller stereohögtalare och PA-horn. [ citat behövs ]
Ribbon diskanthögtalare
En banddiskant använder ett mycket tunt membran (ofta av aluminium, eller kanske metalliserad plastfilm) som stöder en plan spole som ofta görs genom avsättning av aluminiumånga, upphängd i ett kraftfullt magnetfält (vanligtvis tillhandahållet av neodymmagneter) för att återge höga frekvenser . Utvecklingen av banddiskanter har mer eller mindre följt utvecklingen av bandmikrofoner . Bandet är av mycket lätt material och kan därför mycket hög acceleration och utökad högfrekvensrespons. Band har traditionellt sett varit oförmögna till hög effekt (stora magnetgap som leder till dålig magnetisk koppling är huvudorsaken). Men versioner med högre effekt av banddiskanter blir vanliga i storskaliga ljudförstärkande line array-system, som kan betjäna tusentals publik. De är attraktiva i dessa applikationer eftersom nästan alla banddiskanter i sig uppvisar användbara riktningsegenskaper, med mycket bred horisontell spridning (täckning) och mycket snäv vertikal spridning. Dessa drivrutiner kan enkelt staplas vertikalt, vilket skapar en högfrekvent linjeuppsättning som producerar höga ljudtrycksnivåer mycket längre bort från högtalarplatserna än vad vanliga diskanthögtalare gör.
Planmagnetisk diskanthögtalare
Vissa högtalardesigners använder en planmagnetisk diskanthögtalare, ibland kallad ett kvasiband. Plana magnetiska diskanthögtalare är i allmänhet billigare än äkta banddiskanter, men är inte exakt likvärdiga eftersom ett metallfolieband är lättare än membranet i en plan magnetisk diskanthögtalare och de magnetiska strukturerna är annorlunda. Vanligtvis används en tunn bit PET-film eller plast med en talspole som löper flera gånger vertikalt på materialet. Magnetstrukturen är billigare än för banddiskanter.
Elektrostatisk diskanthögtalare
En elektrostatisk diskanthögtalare fungerar enligt samma principer som en elektrostatisk högtalare med full frekvens eller ett par elektrostatiska hörlurar. Denna typ av högtalare använder ett tunt membran (vanligen plast och vanligtvis PET- film), med en tunn ledande beläggning, upphängd mellan två skärmar eller perforerade metallplåtar, kallade statorer.
Utsignalen från den drivande förstärkaren läggs på primärdelen av en uppstegstransformator med en mittuttagbar sekundär, och en mycket hög spänning – flera hundra till flera tusen volt – appliceras mellan transformatorns mittuttag och membranet. Elektrostatik av denna typ inkluderar med nödvändighet en högspänningskälla för att tillhandahålla den använda höga spänningen. Statorerna är anslutna till transformatorns återstående terminaler. När en ljudsignal appliceras på transformatorns primära del, drivs statorerna elektriskt 180 grader ur fas, vilket växelvis attraherar och stöter bort membranet.
Ett ovanligt sätt att driva en elektrostatisk högtalare utan transformator är att ansluta plattorna på en push-pull vakuumrörsförstärkare direkt till statorerna, och högspänningsförsörjningen mellan membranet och jord.
Elektrostatik har minskat jämn ordnings harmonisk distorsion på grund av deras push-pull-design. De har också minimal fasförvrängning. Designen är ganska gammal (de ursprungliga patenten dateras till 1930-talet), men upptar ett mycket litet segment av marknaden på grund av höga kostnader, låg effektivitet, stor storlek för fullsortimentsdesigner och bräcklighet.
AMT tweeter
Air Motion Transformer- diskanten fungerar genom att trycka ut luft vinkelrätt från det veckade membranet. Dess membran är de vikta filmvecken (typiskt PET-film) runt aluminiumstag som hålls i ett starkt magnetfält. Under de senaste decennierna har ESS i Kalifornien producerat en serie hybridhögtalare med sådana diskanthögtalare, tillsammans med konventionella bashögtalare, och hänvisar till dem som Heil-transduktorer efter deras uppfinnare, Oskar Heil . De klarar avsevärda effektnivåer och är ganska robusta än elektrostatik eller band, men har liknande rörliga element med låg massa.
De flesta av de nuvarande AMT-drivrutinerna som används idag liknar i effektivitet och frekvenssvar de ursprungliga Oskar Heil-designerna på 1970-talet.
Horndiskant
En horndiskant är någon av ovanstående diskanthögtalare kopplad till en utsvängd eller hornstruktur . Horn används för två syften - för att kontrollera spridningen och för att koppla diskantmembranet till luften för högre effektivitet. Diskanthögtalaren brukar i båda fallen kallas en komprimeringsdrivrutin och skiljer sig ganska mycket från vanligare typer av diskanthögtalare (se ovan). Rätt använt förbättrar ett horn diskanthögtalarens respons utanför axeln genom att kontrollera (dvs. minska) diskanthögtalarens riktning. Det kan också förbättra diskanthögtalarens effektivitet genom att koppla drivenhetens relativt höga akustiska impedans till luftens lägre impedans. Ju större horn, desto lägre frekvenser som det kan arbeta med, eftersom stora horn ger koppling till luften vid lägre frekvenser. Det finns olika typer av horn, inklusive radiell och konstant riktning (CD). Horndiskanter kan ha en något "annorlunda" ljudsignatur än enkla dome-diskanter. Dåligt utformade horn, eller felaktigt korsade horn, har förutsägbara problem med noggrannheten i deras utsignal och belastningen som de ger förstärkaren. Kanske bekymrad över bilden av dåligt designade horn, vissa tillverkare använder hornladdade diskanthögtalare, men undviker att använda termen. Deras eufemism inkluderar "elliptisk bländare", "Semi-horn" och "Directivity controlled". Dessa är inte desto mindre en form av hornladdning.
Plasma- eller jondiskant
Eftersom joniserad gas är elektriskt laddad och därför kan manipuleras av ett variabelt elektriskt fält, är det möjligt att använda en liten sfär av plasma som diskanthögtalare. Sådana diskanthögtalare kallas plasmadiskanter eller jondiskanter. De kan vara mer komplexa än andra diskanthögtalare (plasmagenerering krävs inte i andra typer), men erbjuder fördelen att den rörliga massan är optimalt låg - om inte relativt masslös och så mycket lyhörd för signalingången. De tidiga modellerna av dessa diskanthögtalare var inte kapabla till hög uteffekt, inte heller till annat än mycket högfrekvent återgivning, och används därför vanligtvis i halsen av en hornstruktur för att hantera användbara uteffektnivåer. En nackdel är att plasmabågen kan producera ozon och NOx , giftiga gaser, i små mängder som biprodukt. På grund av detta förbjöds tysktillverkade Magnat "magnasphere"-högtalare att importera till USA på 1980-talet. Varje modern design använder katalysatorer för att minska gasuttaget till försumbara mängder.
Tidigare var den dominerande tillverkaren i USA DuKane nära St Louis, som tillverkade Ionovac; säljs även i en brittisk variant som jonofon. Electro-Voice gjorde en modell under en kort tid på licens tillsammans med DuKane från uppfinnaren Siegfried Klein. Dessa tidiga modeller var petiga och krävde regelbundet utbyte av cellen där plasman genererades (DuKane-enheten använde en precisionsbearbetad kvartscell). Som ett resultat var de dyra enheter i jämförelse med andra konstruktioner. De som har hört Ionovacs rapporterar att i ett förnuftigt designat högtalarsystem var topparna "luftiga" och mycket detaljerade, även om hög effekt inte var möjlig.
På 1980-talet använde Plasmatronics -högtalaren också en plasmadiskant, även om tillverkaren inte höll på särskilt länge och väldigt få av dessa komplexa enheter såldes.
Se även
- Högtalarhölje
- Audio crossover
- Full-range högtalare
- Super tweeter
- Mellanregisterhögtalare
- Bashögtalare
- Subwoofer
- Plasma högtalare