ТЕХНОЛОГИИ BOWERS & WILKINS

Английский бренд Bowers & Wilkins открывает занавесу своих технологических решений.

​

ТЕХНОЛОГИИ BOWERS & WILKINS

Алюминиевые твитеры: Расширяют звук за пределы человеческого слуха.

Принято считать, что наилучшими материалами для диффузоров, будь это конус или купол, являются те, что обладают высокой жесткостью. Дело в том, что диффузор в таком случае движется как идеальный поршень и не порождает проблем с размыванием сигнала по времени, характерных для деформирующейся мембраны. Как и многое в этой жизни, подобный подход содержит изрядную долю правды, однако не является панацеей.

​Ни один материал в природе не обладает бесконечной жесткостью и рано или поздно на какой-то частоте он перестает вести себя как идеальный поршень. Т.к. очень жесткие материалы имеют малое внутреннее демпфирование, то резонанс, когда он наступит, может оказаться очень резким. Он характеризуется высоким показателем Q (добротностью). Параметр Q в акустике имеет два толкования. Им можно охарактеризовать направленность излучения колонки – чем выше Q, тем уже зона распространения звука – часто эта величина указывается в спецификациях на акустику для озвучивания общественных помещений. В нашем случае, однако, Q характеризует остроту резонанса – чем добротность выше, тем уже и сильнее пик на частотной характеристике.

Как и в случае с колокольчиком, при высоком Q диффузор будет еще долго звенеть после того, как входной сигнал уже исчезнет. Это плохо, и конструктор должен быть уверен, что отклик динамика в области резонанса хорошо задавлен с помощью кроссовера. На практике это означает, что номинальная частота среза кроссовера должна быть выбрана по крайней мере на 1,5 и желательно на 2 октавы ниже частоты самого нижнего резонанса. Другой недостаток жесткого диффузора связан с направленностью – насколько излучение вне оси отличается от того, что выдается по оси динамика. Ширина диаграммы направленности зависит от отношения длины волны звука к диаметру диффузора. Чем выше частота, тем короче длина волны, и тем уже становится «пучок» звука. Слишком большие вариации в характере распространения в зависимости от частоты приводят к тому, что слушателям, сидящим далеко от зоны оптимального прослушивания (’hot spot’) достается иной звуковой баланс, а музыкальные инструменты звучат по-другому. Это также способно подпортить звуковой образ. В самых тяжелых случаях может показаться, что музыкальные инструменты перемещаются по сцене в зависимости от частоты. Как же инженерам удается справиться с этими проблемами? Если сделать диффузор меньше, то мы повысим частоту первого резонанса и расширим диаграмму направленности. К сожалению, меньший по размерам диффузор должен иметь большую амплитуду колебаний, чтобы сохранить требуемый уровень звукового давления, и поэтому он порождает более высокий уровень гармонических и интермодуляционных искажений. Решением может быть использование нескольких динамиков, так чтобы каждый из них покрывал лишь узкую полосу частот, при этом громкость останется высокой, дисперсия равномерной, а искажения — низкими. Сколько же нужно динамиков? Для того, чтобы сделать эту работу на должном уровне во всем слышимом диапазоне частот, требуется как минимум четыре, поэтому не случайно, что наши колонки NautilusTM, где все диффузоры алюминиевые, являются 4-полосными.

​Для остальных колонок в нашей линейке использование алюминия ограничено твитерами и басовыми драйверами. Высокая жесткость важна для тех, кто хочет, чтобы твитер работал и далеко в ультразвуковой области. Для баса, жесткий материал лучше с точки зрения противостояния деформациям, вызванным высоким давлением внутри корпуса и импульсным силам от звуковой катушки, и он обеспечивает наилучший динамический отклик. На средних частотах, когда динамик должен покрыть широкий диапазон частот, требуется более эластичный материал со специально подобранным резонансным поведением, такой, как кевлар (Kevlar®), который остается наилучшим вариантом. Для НЧ/СЧ-динамиков, предпочтение следует отдать требованиям среднечастотного диапазона, где наше ухо наиболее чувствительно.

Нежный «мазок кистью» оркестранта по поверхности музыкальной тарелки может быть воспроизведен только истинно линейным твитером. А это означает твитер, имеющий купол, который во всем рабочем диапазоне характеризуется жесткостью и поршневым движением.. Большинство колонок B & W имеют твитеры с куполом, сделанным из сплавов. Наши новейшие твитеры (как, например, в серии 800) имеют «венчающую» диффузор звуковую катушку и посеребренный полюсный наконечник. Эти узлы расширяют полосу пропускания на добрую октаву за пределы слышимости ухом, делая ненужным отдельный «супертвитер».

FST™: Максимизирует эффект Kevlar®, улучшая время отклика диффузора и цельность передачи звука

Среднечастотный динамик B & W с технологией FST™ максимизирует эффект от применения кевлара за счет улучшения времени реакции диффузора и соблюдения целостности в передаче звука. Обычно подвес удерживает его и помогает гасить изгибные колебания. Так как перемещение диффузора на средних частотах невелико, B & W усовершенствовала стык его внешнего края с помощью так называемого «фиксированного» подвеса. Для этого кольцо из вспененного материала, чьи механические свойства точно согласованы со свойствами плетеного кевлара, устанавливается на границе диффузора и корзины. Стоячие волны, распространяющиеся от центра к краям, почти полностью абсорбируются пенополимерным кольцом, которое обладает достаточной эластичностью, чтобы обеспечить отклонения диффузора на средних частотах.

Все наши кропотливые улучшения характеристик кевларового диффузора не стоили бы ничего, если бы мы не сделали все возможное для устранения других источников искажений. Например, для свободного движения воздуха с его тыльной стороны. Корзина (шасси) FST™ динамика спроектирована так, чтобы минимизировать сопротивление движению воздуха. Для того, чтобы снизить уровень искажений, мы решили также использовать неодимовые магниты, которые обеспечивают такое же магнитное поле при меньших размерах.»

Динамики FST – это дальнейший шаг в использовании диффузоров из кевлара (Kevlar®), поэтому вам стоит прочитать раздел, посвященный кевларовым диффузорам, прежде чем двигаться дальше. Лазерная интерферометрия дает нам детальное представление о том, как функционируют различные мембраны, и более четкое понимание методов их совершенствования. В случае с коническими мембранами, основной источник проблем может представлять собой внешняя подвеска. Ее основная задача — создавать воздухонепроницаемое уплотнение и помогать удерживать звуковую катушку параллельно зазору в магнитной головке, в то время как конус совершает возвратно-поступательное движение. Она должна быть достаточно гибкой, чтобы поддерживать максимальную требуемую амплитуду движения конуса. Однако именно эта гибкость может послужить причиной того, что подвеска не всегда должным образом следует движениям конуса.

​Проблемы начинают возникать на так называемой частоте погружения подвески, там, где она начинает двигаться в направлении, противоположном конусу, и частично препятствует движению последнего. Различные дизайнерские уловки помогают сгладить этот эффект, но хотелось бы избежать его полностью. В прошлом предлагались варианты дизайна диффузора, полностью исключавшие подвеску – они пользовались определенной популярностью в 1950-х и 1960-х гг. Однако у этого подхода имеется ряд недостатков. Прежде всего, отсутствует воздухонепроницаемое уплотнение внутри корпуса и при плохо сконструированном порте звук фактически отражается внутрь диффузора. Во-вторых, незакрытое окончание конуса допускает более серьезное искажение. Поэтому инженеры B & W рассмотрели вопрос со всех сторон, приняв во внимание, что ограничение возможностей прослушивания средних частот, при которых необходимое движение конуса не так велико, позволило бы разработать иной тип амортизации. Вместо обычной кольцевой подвески, Фиксированный преобразователь амортизации (Fixed Suspension Transducer — FST) для поддержки внешнего края конуса использует узкое кольцо из пенообразного полимера. Небольшие движения конуса слегка сжимают и растягивают кольцо. Поскольку поверхность кольца невелика, оно издает сравнительно мало звуков, а небольшие перемещения, которые оно совершает, всегда соответствуют движению края конуса, к которому оно прочно прикреплено. Однако можно сделать еще шаг вперед.

Если механические характеристики кольца будут соответствовать характеристикам края диффузора, большая часть энергии изгибной волны, перемещающейся по диффузору (смотри раздел о диффузорах из кевлара (Kevlar®)) уйдет в подвеску. И если в число этих характеристик входит резистивность или способность рассеивать энергию, она безвредно преобразуется в тепло. В результате значительно меньше энергии отражается обратно в конус, чем это происходит с обычным подвесом. Можно выделить две особенности подвески FST в сравнении с обычным диффузором их кевлара (Kevlar®). Во-первых, весь конус начинает реагировать значительно быстрее. С точки зрения времени, это означает более быстрый ответ. С точки зрения частоты, это указывает на расширенный высокочастотный отклик, а значит, на более спокойную реакцию этого диффузора на высокие частоты и допускает использование кроссовера, лучше интегрированного с твитером. Во-вторых, окончательный путь перемещения диффузора даже более непредсказуем, чем при обычной головке, что делает звук чище. Дополнительные характеристики этого диффузора, не связанные с кевларом (Kevlar®) включают медную оболочку над центральным полюсом магнита, устройство для уменьшения гармонических искажений и скелетный дизайн корзины, что снижает отражение звука внутрь корзины и оптимизирует соединения диффузора с корпусом.

Конические трубки Nautilus™: Не все звуки, порождаемые приводами динамика, попадают в помещение.

«Не все звуки, издаваемые динамиками в колонках, являются желательными. К примеру, те звуковые колебания, которые порождает тыльная сторона диффузора, в обычном прямоугольном корпусе могут многократно переотражаться от стенок и смешиваться с полезным излучением, выходящим наружу спереди. Но сегодня в эти ящики проложил путь уникальный динамик B & W Nautilus™. Сужающиеся трубы (по существу это – обратный рупор), заполненные абсорбирующим материалом, «впитывают» звуковую энергию и снижают уровень резонансов до несущественного минимума.Нагрузочные трубы Nautilus™ сегодня сопровождают почти все динамики B & W, даже если иногда они не видны невооруженным глазом. Звук сзади направляется в туннель внутри полюса магнита, отводится от диффузора и рассеивается в сужающемся «хвостике». Теперь все, что вы слышите – это только «правильные» звуки.»

Когда динамик снабжен нагрузочной трубой, равной по диаметру мембране, звук распространяется вниз по трубе в виде простых плоских волн. Достигнув противоположного конца трубы, звук отражается по ней обратно к динамику. Если он достигает динамика, этим вызывается отложенное излучение, которое нарушает исходный сигнал и размывает чистоту звука. Однако, если наполнить трубу абсорбирующим материалом, при условии, что она будет достаточно длинной, энергия рассеется прежде, чем достигнет конца трубы. Звук динамика, таким образом, останется чистым, и будет соответствовать исходному сигналу.

Придание трубе конусообразной формы, позволит сделать ее короче при том же уровне абсорбции. Она будет действовать как горн наоборот – уменьшая силу звука вместо того, чтобы ее увеличивать. Такая нагрузка эффективна до тех пор, пока длина волны не станет достаточно малой в сравнении с диаметром трубы. При превышении определенной частоты звук перестает распространяться прямыми плоскими волнами, и возникают поперечные колебания, которые могут просочиться обратно сквозь мембрану динамика. Чтобы сохранить эффективность нагрузочной трубы, необходимо ограничить диапазон частот для каждого динамика. Это одна из причин того, почему акустическая система Nautilus является 4-канальной. Более сложный тип нагрузки требуется, чтобы покрыть более широкий диапазон частот, поэтому для Nautilus™ Серии 800 была разработана сферическая/трубная оболочка.

Кроссовер:

ТЕХНОЛОГИИ BOWERS & WILKINS Чем лучше механическая конструкция, тем проще может быть электроника.

Часть колонки, выполняющая наиболее тяжелую механическую работу – ее динамики – действует на основе сигналов, подаваемых электронным преобразующим устройством: кроссовером, основной характеристикой которого является его простота. Некоторые колонки требуют сложных кроссоверов, чтобы компенсировать недостатки динамиков. Чем лучше механический дизайн устройства, тем проще может быть его электронный дизайн.

Мы продолжаем исследования, чтобы понять лучшим образом, какое воздействие и почему отдельные компоненты оказывают на звучание колонки. Версии одного и того же компонента от разных производителей существенно изменяют характер звука единственное, что можно посоветовать – это положиться на ваши уши и выбрать то, что звучит лучше. Мы проводим бесконечные аудио-тесты, жестко оценивая звучание каждого компонента, прежде чем найдем тот, который оптимально подходит для определенного места в цепи. Точная настройка на слух возможна только в том случае, если кроссовер достаточно прост; больше всего от нашей политики «слушай и учись» выигрывает его секция, передающая сигнал твитеру. В большинстве колонок B & W это уникальный выбранный на слух компонент, сохраняющий все нюансы звучания.

Flowport™: Минимизирует турбулентность таким же образом, как и мяч для гольфа.

Конструкторы автомобилей затрачивают огромные усилия на то, чтобы их модели максимально легко и плавно рассекали воздух. Если им это не удается, то турбулентность не только ухудшает обтекаемость, но и приводит к возрастанию шума. То же самое происходит и внутри порта фазоинвертора. Турбулентность возникает при движении воздуха внутрь и наружу из порта, при этом повышение громкости усиливает шум, а бас теряет собранность и временную точность.

В то же время фирменный порт фазоинвертора B & W Flowport™ минимизирует турбулентный эффект точно также, как это делает мячик для гольфа. Ямочки на его поверхности закручивают воздух в микровихри, над которыми воздух движется ламинарно (плавно) и бесшумно. Это идеальное отверстие в колонке. Но не пытайтесь затолкнуть туда мячик для гольфа. Если бы на мячах для гольфа не было ямочек, даже Тайгер Вудс вряд ли смог бы достичь 200 метров, как бы великолепно ни бил. Ямочки улучшают поток воздуха, встречаемый поверхностью любого предмета. В случае отражающих портов, это дает существенное преимущество по сравнению с простым расширением конца порта, уменьшая турбулентность потока воздуха на каждом окончании порта, что в результате дает меньше шипения и меньше сжатия при большой громкости.

Kevlar®: Материал, используемый B & W для диффузоров, начиная с 1974, и тому есть причины.

Средние частоты — это та область, где неизменно протекает реальная музыкальная жизнь, и поэтому гладкая «середина» всегда считалась неоценимым достоинством акустики. Возьмем, к примеру, Kevlar®. Компания B & W использует его в диффузорах, начиная еще с 1974 года, и для этого есть веские причины. Тканая основа из арамидных волокон для начала пропитывается полимером, придающим ей жесткость, и он застывает при формовке диффузоров. Затем конус покрывается еще одним полимером, который обволакивает волокна и повышает демпфирование. В результате мы получаем полу-упругий диффузор, обладающий необычным резонансным поведением, которое невозможно найти у обычных материалов. Он сохраняет более стабильную картину дисперсии на всех частотах своего рабочего диапазона и излучает гораздо меньше задержанных, размывающих временные соотношения колебаний в направлении слушателей. Он не только выдает более чистое звучание, но и делает это для более широкого круга слушателей.

Наш директор в области исследований, Др. Питер Фрайер, долгое время был первопроходцем в области лазерной интерферометрии в применении к колонкам. С помощью этой техники мы можем узнать, как двигается диафрагма динамика в ответ на разные сигналы. Два самых полезных сигнала – синусоидальная волна: это чистый тон на одной частоте и импульс: звук наподобие щелчка, содержащий сразу все частоты. Если рассмотреть процессы, происходящие при синусоидальном сигнале на одной частоте, отчетливо видно стоячие волны, или резонансные волны, в диафрагме на этой частоте. Это также дает представление о том, как распространяется звук, покидая диффузор. Например, на более высоких частотах, полужесткая диафрагма будет двигаться так, что большая часть волнового излучения будет исходить из центральной области, а с краев – существенно меньше. Такое уменьшение излучающей зоны имеет преимущество увеличения рассеивания динамика по сравнению со строго поршневым движением. Именно это и происходит с диффузором из Kevlar ®. Эффективная зона излучения такого диффузора постепенно уменьшается по мере увеличения частоты, и вследствие этого его рассеяние существенно ровнее по всему диапазону частот, нежели у диффузора из очень твердого материала. Импульсный отклик динамика показывает, насколько он согласованно действует во времени. Продолжение вибрации диафрагмы после прекращения входящего сигнала часто может вести к размазыванию во времени – это один из механизмов окраски звука – и к нарушению четкости передачи сигнала. Однако, не всякое запаздывающее движение диафрагмы обязательно будет иметь следствием передачу запоздавшего звука слушателю.Kevlar® – это синтетическое волокно из арамида, производимое фирмой DuPont, известное, пожалуй, больше всего потому, что используется в бронежилетах. Те же самые механические свойства прочности и способности рассеивать энергию пули имеют применение и для диффузоров динамиков. B & W впервые использовала Kevlar® как материал для диффузоров в 1976 году, выведя на рынок колонки DM6. В то время, наука о динамиках была разработана гораздо слабее, чем сейчас, и по сути это были пробы многообещающих материалов, измерения ответа динамика и прослушивание результата. И хотя мы знали в то время, что Kevlar® может дать лучшие результаты, чем другие материалы, особенно в критичном среднем диапазоне, мы не знали ровным счетом ничего о том, как на самом деле ведут себя диффузоры, то есть почему они звучат лучше.

Сравним импульсные отклики двух динамиков. Пусть они абсолютно идентичны во всем, кроме материала диффузора, который у одного из них пластиковый. Пластик гомогенен, другими словами, его механические свойства одинаковы во всех направлениях. Второй динамик оборудован диффузором из тканого Kevlar®, обработанного смолой для регуляции жесткости и ПВА для придания поглощающих свойств и для скрепления материала. Механические свойства диффузора из тканого Kevlar® меняются в зависимости от угла по отношению к волокнам. Оба диффузора оканчиваются снаружи обычной резиновой полукруглой подвеской. Если мы посмотрим на диаграммы лазерного сканирования двух этих диффузоров в разные моменты времени после приложения импульса, мы заметим, что коническая форма диафрагм в процессе изменилась.

В том месте, где подвеска соединена с корпусом или барабаном динамика, происходит дополнительное отражение. Когда эти отраженные волны достигают центра диффузора, они снова отражаются обратно и так далее, до тех пор, пока материал постепенно не поглотит энергию. Так как волновой фронт в пластиковом диффузоре имеет форму окружности, эти последовательно отражаемые волны складываются в набор концентрических колец, которые передают уху слушателя запаздывающий звук, окрашивающий исходный звук. Хотя отражения происходят и в материале Kevlar®, они происходят в разное время по периметру края, и поэтому структура движений диффузора более хаотичная. Общая площадь диффузора, двигающаяся вперед в любой момент времени частично сбалансирована общей площадью частей, двигающихся назад, и, таким образом, слушателю передается гораздо меньше запаздывающей энергии; воздух просто перемешивается вблизи поверхности диффузора.Сразу после подачи сигнала, в обоих случаях начинает двигаться только центр диффузора. В случае пластикового диффузора, из его центра затем начинает распространяться волна по окружности. Напротив, в случае диффузора из Kevlar®, волна начинает принимать квадратную форму, обусловленную тканью. Когда эти волны достигаю соединения между диффузором и внешней частью, часть энергии отражается обратно в диффузор, а часть переходит в подвеску. Это связано с тем, что два эти материала имеют разные механические свойства. То же самое происходит, когда вы смотрите из окна. Вы можете увидеть, кроме вида снаружи, еще и отражение комнаты. Причина этого кроется в различных оптических свойствах стекла и воздуха.

Все эти технологии находят применения во всех моделях акустических систем от английского производителя. Bowers & Wilkins в нашем Bowers & Wilkins

Материал взят с официального русскоязычного сайта www.bowers-wilkins.ru