Diskant - Tweeter
En diskanthøyttaler eller diskanthøyttaler er en spesiell type høyttaler (vanligvis kuppel, invers kuppel eller hornetype) som er designet for å produsere høye lydfrekvenser, som vanligvis leverer høye frekvenser opptil 100 kHz. Navnet er avledet fra de høye lydene fra noen fugler (Tweets), spesielt i motsetning til de lave woofene som er laget av mange hunder , hvoretter lavfrekvente drivere er oppkalt ( woofers ).
Operasjon
Nesten alle diskanthøyttalere er elektrodynamiske drivere som bruker en talespole suspendert i et fast magnetfelt. Disse designene fungerer ved å påføre strøm fra utgangen fra en forsterkerkrets til en trådspole som kalles en talespole . Den svingspole frembringer en varierende magnetisk felt, som virker mot det faste magnetiske felt av en permanent magnet rundt hvilken den sylindriske talespolen er suspendert, tvinger talespolen og membranen er festet til den å bevege seg. Denne mekaniske bevegelsen ligner bølgeformen til det elektroniske signalet som sendes fra forsterkerens utgang til talespolen. Siden spolen er festet til en membran, overfører vibrasjonsbevegelsen til talespolen til membranen; membranen vibrerer igjen luften, og skaper dermed luftbevegelser eller lydbølger, som høres som høye lyder.
Moderne diskanthøyttalere er vanligvis forskjellige fra eldre diskanthøyttalere, som vanligvis var små versjoner av bashøyttalere . Etter hvert som tweeter -teknologien har avansert, har forskjellige designapplikasjoner blitt populære. Mange bløte diskanthøyttalermembraner er termoformet av polyesterfilm eller silke- eller polyesterstoff som er impregnert med en polymerharpiks. Harddiskhøyttalere er vanligvis laget av aluminium, aluminium-magnesiumlegeringer eller titan.
Diskanthøyttalere er ment å konvertere et elektrisk signal til mekanisk luftbevegelse uten at noe er lagt til eller trukket fra, men prosessen er ufullkommen, og virkelige diskanthøyttalere innebærer avveininger. Blant utfordringene i diskantdesign og produksjon er: å gi tilstrekkelig demping, for å stoppe kuppelens bevegelse raskt når signalet ender; å sikre suspensjonens linearitet, slik at høy utgang i den lave enden av frekvensområdet; sikre frihet fra kontakt med magnetenheten, holde kuppelen sentrert mens den beveger seg; og gir tilstrekkelig krafthåndtering uten å legge for mye masse.
Diskanthøyttalere kan også arbeide i samarbeid med bashøyttalerne som er ansvarlige for å generere de lave frekvensene eller bassen.
Noen diskanthøyttalere sitter utenfor hovedkapslingen i sin egen semi-uavhengige enhet. Eksempler inkluderer " super -diskanthøyttalere " og romanen "egg -diskant" av Ohm . Sistnevnte kobles til og svinges for å justere lydfeltet avhengig av lytterposisjon og brukerpreferanse. Separasjonen fra ledeplaten anses å være optimal under teorien om at den minste mulige ledeplaten er optimal for diskanthøyttalere.
Område
De fleste diskanthøyttalere er designet for å gjengi frekvenser opp til den formelt definerte øvre grensen for det menneskelige høreområdet (vanligvis oppført som 20 kHz); noen opererer med frekvenser opp til omtrent mellom 5 kHz til 20 kHz. Diskanthøyttalere med et større øvre område er designet for psykoakustisk testing, for digital digital audio som Super Audio CD beregnet for audiofiler , for biologer som forsker på dyrs respons på lyder og for omgivelseslydsystemer i dyreparker. Det er laget bånd -diskanthøyttalere som kan gjengi 80 kHz og til og med 100 kHz.
Kuppelmaterialer
Alle kuppelmaterialer har fordeler og ulemper. Tre egenskaper designere ser etter i kupler er lav masse, høy stivhet og god demping. Celestion var de første produsentene som produserte kuppel -diskanthøyttalere av metall, kobber . I dag brukes andre metaller som aluminium , titan , magnesium og beryllium , samt forskjellige legeringer derav, både lette og stive, men med lav demping; resonansmodusene forekommer over 20 kHz. Mer eksotiske materialer, for eksempel syntetisk diamant , brukes også for sin ekstreme stivhet. Polyetylentereftalatfilm og vevd silke lider mindre av ringing, men er ikke nær så stive, noe som kan begrense deres meget høye frekvens.
Generelt gir mindre dome -diskanthøyttalere bredere spredning av lyd ved de høyeste frekvensene. Imidlertid har mindre dome -diskanthøyttalere et mindre strålingsområde, noe som begrenser ytelsen i den nedre enden av området; og de har mindre talespoler, som begrenser deres totale effekt.
Ferrofluid
Ferrofluid er en suspensjon av svært små (typisk 10 nm) magnetiske jernoksidpartikler i en væske med svært lav flyktighet , vanligvis en syntetisk olje. Et bredt spekter av viskositets- og magnetiske tetthetsvarianter lar designere legge til demping, kjøling eller begge deler. Ferrofluid hjelper også til med å sentrere talespolen i det magnetiske gapet, og reduserer forvrengning. Væsken injiseres vanligvis i det magnetiske gapet og holdes på plass av det sterke magnetfeltet. Hvis en diskanthøyttaler har blitt utsatt for forhøyede effektnivåer, oppstår en viss fortykning av ferrofluiden, ettersom en del av bærervæsken fordamper. I ekstreme tilfeller kan dette forringe lydkvaliteten og utgangsnivået til en diskanthøyttaler, og væsken må fjernes og ny væske installeres.
Profesjonelle lydapplikasjoner
Diskanthøyttalere designet for lydforsterkning og applikasjoner for musikkinstrumenter ligner stort sett høyttaler -diskanthøyttalere, selv om de vanligvis ikke blir referert til som diskanthøyttalere, men som "høyfrekvente drivere". De viktigste kravene til designkrav er: fester bygget for gjentatt forsendelse og håndtering, drivere som ofte er montert på hornkonstruksjoner for å gi høyere lydnivåer og større kontroll over lydspredning, og mer robuste talespoler for å motstå de høyere effektnivåene som vanligvis oppstår. Høyfrekvente drivere i PA -horn blir ofte referert til som " kompresjonsdrivere " fra modusen for akustisk kobling mellom førermembranen og hornhalsen.
Ulike materialer brukes til konstruksjon av kompresjonsdrivermembraner, inkludert titan, aluminium, fenolimpregnert stoff, polyimid og PET -film , som hver har sine egne egenskaper. Membranen limes til en talespiralformer, vanligvis laget av et annet materiale enn kuppelen, siden den må takle varme uten å rive eller vesentlig dimensjonsendring. Polyimidfilm, Nomex og glassfiber er populære for denne applikasjonen. Suspensjonen kan være en fortsettelse av membranen og limes til en monteringsring, som kan passe inn i et spor, over lokaliseringsnålene, eller festes med maskinskruer. Membranen er generelt formet som en omvendt kuppel og lastes inn i en rekke koniske kanaler i en sentral struktur som kalles en faseplugg , som utligner banelengden mellom forskjellige områder av membranen og hornhalsen, og forhindrer akustiske kanselleringer mellom forskjellige punkter på membranoverflate. Fasepluggen går ut i et konisk rør, som danner starten på selve hornet. Denne langsomt ekspanderende halsen i føreren fortsetter i hornblusset. Hornet bluss styrer dekningsmønsteret, eller direktivitet, og som en akustisk transformator, gir gevinst. En profesjonell kombinasjon av horn og kompresjonsdriver har en utgangsfølsomhet på mellom 105 og 112 dB/watt/meter. Dette er vesentlig mer effektivt (og mindre termisk farlig for en liten talespole og tidligere) enn annen diskantkonstruksjon.
Typer diskanthøyttalere
Kjegle -diskant
Konisk diskanthøyttalere har samme grunnleggende design og form som en bashøyttaler med optimaliseringer for å operere ved høyere frekvenser. Optimaliseringene er vanligvis:
- en veldig liten og lett kjegle slik at den kan bevege seg raskt;
- kjeglematerialer valgt for stivhet (f.eks. keramiske kjegler i en produsents linje), eller gode dempingsegenskaper (f.eks. papir, silke eller belagt stoff) eller begge deler;
- en suspensjon (eller edderkopp) som er stivere enn for andre drivere - mindre fleksibilitet er nødvendig for høyfrekvent reproduksjon;
- små talespoler (3/4 tommer er typisk) og lett (tynn) ledning, som også hjelper diskanthøyttalerkegelen til å bevege seg raskt.
Kjegle-diskanthøyttalere var populære i eldre stereo hi-fi-høyttalere designet og produsert på 1960- og 1970-tallet som et alternativ til dome-diskanten (som ble utviklet på slutten av 1950-tallet). Kjegle -diskanthøyttalere i dag er ofte relativt billige, men mange av de tidligere var av høy kvalitet, for eksempel de som ble laget av Audax/Polydax, Bozak, CTS, JBL, Tonegen og SEAS. Disse vintage kjegle-diskanthøyttalerne viste veldig flat frekvensrespons, lav forvrengning, rask forbigående respons, lav resonansfrekvens og en skånsom avrulling, noe som letter crossover-design.
Typisk for 1960-/1970-årene var CTS "fenoliske ring" kjegle-diskanthøyttalere, som viste flat respons fra 2000 til 15.000 Hz, lav forvrengning og rask forbigående respons. CTS "fenoliske ring" diskant får navnet sitt fra den oransje fargede kantopphengsringen som den har, som er laget av fenol. Den ble brukt i mange merker og modeller av velrenommerte vintagehøyttalere, og var en mellompriset enhet.
Konisk diskanthøyttalere har en smalere spredningskarakteristikk som er den samme som en kjeglehøyttaler. Mange designere mente derfor at dette gjorde dem til en god match med kjegle mellomtone og bashøyttalere, noe som gir god stereoanlegg. Imidlertid er "sweet spot" skapt av den smale spredningen av kjegle -diskanthøyttalere liten. Høyttalere med kjegle -diskanthøyttalere tilbød den beste stereobildingen når de var plassert i rommets hjørner, en vanlig praksis på 1950-, 1960- og begynnelsen av 1970 -tallet.
I løpet av 1970- og 1980 -årene førte den utbredte introduksjonen av audiofile plater av høyere kvalitet og CDens inntreden til at konisk diskanthøyttaler falt ut av popularitet fordi kjegle -diskanthøyttalere sjelden strekker seg over 15 kHz. Audiofiler følte at kjegle -diskanthøyttalere manglet "luftigheten" av kuppel -diskanthøyttalere eller andre typer. Likevel forble mange high-end kjegle-diskanthøyttalere i begrenset produksjon av Audax, JBL og SEAS til midten av 1980-tallet.
Kjegle-diskanthøyttalere brukes nå sjelden i moderne hi-fi-bruk og er rutinemessig sett i rimelige applikasjoner som fabrikkhøyttalere, kompakte stereoanlegg og bombokser. Noen boutique-høyttalerprodusenter har nylig returnert til avanserte kjegle-diskanthøyttalere, spesielt rekreasjoner av CTS-fenoliske ringmodeller, for å lage et vintage-lydende produkt.
Dome diskant
En kuppel -diskant er konstruert ved å feste en talespole til en kuppel (laget av vevd stoff, tynt metall eller annet passende materiale), som er festet til magneten eller topplaten via en suspensjon med lav etterlevelse. Disse diskanthøyttalerne har vanligvis ikke en ramme eller kurv, men en enkel frontplate festet til magnetenheten. Dome -diskanthøyttalere er kategorisert etter stemmespolens diameter, og varierer fra 19 mm til 0,8 tommer. Det overveldende flertallet av dome-diskanthøyttalere som for tiden brukes i hi-fi-høyttalere er 25 mm (1 tommer) i diameter.
En variant er ringradiatoren der "fjæringen" av kjeglen eller kuppelen blir det viktigste utstrålende elementet. Disse diskanthøyttalerne har forskjellige retningskarakteristikker sammenlignet med standard dome -diskanthøyttalere.
Piezo diskant
En piezo (eller piezo-elektrisk) diskanthøyttaler inneholder en piezoelektrisk krystall koblet til en mekanisk membran. Et lydsignal sendes til krystallet, som reagerer ved å bøye proporsjonalt med spenningen påført over krystallets overflater, og dermed konvertere elektrisk energi til mekanisk.
Konvertering av elektriske pulser til mekaniske vibrasjoner og konvertering av mekaniske vibrasjoner tilbake til elektrisk energi er grunnlaget for ultralydtesting. Det aktive elementet er transduserens hjerte da det konverterer elektrisk energi til akustisk energi, og omvendt. Det aktive elementet er i utgangspunktet et stykke polarisert materiale (dvs. noen deler av molekylet er positivt ladet, mens andre deler av molekylet er negativt ladet) med elektroder festet til to av dets motsatte flater. Når et elektrisk felt påføres på tvers av materialet, vil de polariserte molekylene justere seg med det elektriske feltet, noe som resulterer i induserte dipoler i molekyl- eller krystallstrukturen til materialet. Denne justeringen av molekyler vil føre til at materialet endrer dimensjoner. Dette fenomenet er kjent som elektrostriksjon . I tillegg vil et permanent polarisert materiale som kvarts (SiO 2 ) eller bariumtitanat (BaTiO 3 ) produsere et elektrisk felt når materialet endrer dimensjoner som følge av påført mekanisk kraft. Dette fenomenet er kjent som den piezoelektriske effekten .
Piezo-diskanthøyttalere blir sjelden brukt i high-end lyd på grunn av deres lave troskap, selv om de har en del high-end design på slutten av 70-tallet, for eksempel Celef PE1 der de ble brukt som en super diskant i kombinasjon med en konvensjonell dome diskant. De brukes ofte i leker, summer, alarmer, basgitarhøyttalerskap, billige datamaskin- eller stereohøyttalere og PA -horn.
Ribbon diskant
En bånddiskant bruker en veldig tynn membran (ofte av aluminium, eller kanskje metallisert plastfilm) som støtter en plan spole som ofte fremstilles ved avsetning av aluminiumsdamp, suspendert i et kraftig magnetfelt (vanligvis levert av neodymmagneter ) for å reprodusere høye frekvenser. Utviklingen av bånd -diskanthøyttalere har mer eller mindre fulgt utviklingen av båndmikrofoner . Båndet er av veldig lett materiale og så i stand til veldig høy akselerasjon og utvidet høyfrekvent respons. Bånd har tradisjonelt vært ute av stand til høy effekt (store magnetgap som fører til dårlig magnetisk kobling er hovedårsaken). Men høyere effektversjoner av bånd-diskanthøyttalere blir vanlige i store lydforsterkningslinjesystemer som kan tjene tusenvis av publikum. De er attraktive i disse applikasjonene siden nesten alle bånddiskanthøyttalere iboende viser nyttige retningsegenskaper, med veldig bred horisontal spredning (dekning) og veldig tett vertikal spredning. Disse driverne kan enkelt stables vertikalt, og bygge et høyfrekvent linjearray som produserer høye lydtrykksnivåer langt lenger unna høyttalerstedene enn vanlige diskanthøyttalere.
Planmagnetisk diskant
Noen høyttalerdesignere bruker en planmagnetisk diskanthøyttaler, noen ganger kalt et kvasibånd. Plan magnetiske diskanthøyttalere er generelt billigere enn ekte bånd diskanthøyttalere, men er ikke nøyaktig likeverdige et metallfoliebånd er lettere enn membranen i en plan magnetisk diskanthøyttaler og de magnetiske strukturene er forskjellige. Vanligvis brukes et tynt stykke PET -film eller plast med en talespiraltråd som går flere ganger vertikalt på materialet. Magnetstrukturen er rimeligere enn for bånddiskanthøyttalere.
Elektrostatisk diskant
En elektrostatisk diskanthøyttaler opererer etter de samme prinsippene som en elektrostatisk høyttaler i full rekkevidde eller et par elektrostatiske hodetelefoner. Denne typen høyttalere bruker en tynn membran (vanligvis plast og vanligvis PET -film), med et tynt ledende belegg, suspendert mellom to skjermer eller perforerte metallplater, referert til som statorer.
Utgangen fra drivforsterkeren tilføres til primærsiden av en step-up transformator med et midtuttak sekundær, og en meget høy spennings flere hundre til flere tusen volt-tilføres mellom midtuttaket på transformatoren og membranen. Elektrostatikk av denne typen inkluderer nødvendigvis en høyspent strømforsyning for å gi høyspenningen som brukes. Statorene er koblet til de resterende terminalene på transformatoren. Når et lydsignal sendes til transformatorens primær, blir statorene elektrisk drevet 180 grader ut av fase, og vekselvis tiltrekker og frastøter membranen.
En uvanlig måte å drive en elektrostatisk høyttaler uten transformator på er å koble platene til en push-pull vakuumrørforsterker direkte til statorene og høyspentforsyningen mellom membranen og bakken.
Elektrostatikk har redusert harmonisk forvrengning i jevn rekkefølge på grunn av deres push-pull-design. De har også minimal faseforvrengning. Designet er ganske gammelt (de originale patentene dateres til 1930 -årene), men dekker et veldig lite segment av markedet på grunn av høye kostnader, lav effektivitet, stor størrelse for design i full rekkevidde og skjørhet.
AMT diskant
The Air Motion Transformer diskant fungerer ved å skyve luft ut vinkelrett fra det plisserte gulvet. Membranen er de brettede filmene (vanligvis PET -film) rundt aluminiumstiver som er holdt i et sterkt magnetfelt. I de siste tiårene har ESS i California produsert en serie hybridhøyttalere ved bruk av slike diskanthøyttalere, sammen med konvensjonelle bashøyttalere, og referert til dem som Heil -transdusere etter oppfinneren, Oskar Heil . De er i stand til betydelige utgangsnivåer og er heller mer robuste enn elektrostatikk eller bånd, men har lignende bevegelige elementer med lav masse.
De fleste av de nåværende AMT -driverne som er i bruk i dag er like i effektivitet og frekvensrespons til de originale Oskar Heil -designene på 1970 -tallet.
Horn -diskant
En horn -diskant er hvilken som helst av diskanthøyttalerne ovenfor koblet til en oppblåst eller hornstruktur . Horn brukes til to formål - for å kontrollere spredning, og for å koble diskanthøyttalermembranen til luften for høyere effektivitet. Diskanthøyttaleren kalles i begge tilfeller vanligvis en kompresjonsdriver og er ganske forskjellig fra mer vanlige typer diskanthøyttalere (se ovenfor). Korrekt brukt forbedrer et horn off-side-responsen til diskanthøyttaleren ved å kontrollere (dvs. redusere) diskrettheten til diskanthøyttaleren. Det kan også forbedre diskanthøyttalerens effektivitet ved å koble driverens relativt høye akustiske impedans til den nedre luftimpedansen. Jo større horn, desto lavere frekvenser kan det fungere ved, siden store horn gir kobling til luften ved lavere frekvenser. Det er forskjellige typer horn, inkludert radial og konstant direktivitet (CD). Horn -diskanthøyttalere kan ha en noe "annen" sonisk signatur enn enkle kuppel -diskanthøyttalere. Dårlig utformede horn, eller feil kryssede horn, har forutsigbare problemer med nøyaktigheten av utgangen og belastningen de presenterer for forsterkeren. Kanskje bekymret for bildet av dårlig utformede horn, bruker noen produsenter hornladede diskanthøyttalere, men unngår å bruke begrepet. Eufemismene deres inkluderer "elliptisk blender" "Semi-horn" og "Direktivitetskontrollert". Disse er ikke desto mindre en form for hornlasting.
Plasma eller ion diskant
Fordi ionisert gass er elektrisk ladet, og så kan manipuleres ved et variabelt elektrisk felt, er det mulig å bruke en liten kule av plasma som en diskanthøyttaler. Slike diskanthøyttalere kalles en "plasma" diskant eller "ion" diskant. De er mer komplekse enn andre diskanthøyttalere (plasmagenerering er ikke nødvendig i andre typer), men gir fordelen at den bevegelige massen er optimalt lav, og så veldig lydhør for signalinngangen. Disse typer diskanthøyttalere er ikke i stand til høy ytelse, og heller ikke annet enn meget høyfrekvent reproduksjon, og brukes derfor vanligvis ved halsen på en hornstruktur for å håndtere brukbare utgangsnivåer. En ulempe er at plasmabuen vanligvis produserer ozon , en giftig gass, i små mengder som et biprodukt. På grunn av dette ble tyskproduserte Magnat "magnasphere" -høyttalere utestengt fra import til USA på 1980-tallet.
Tidligere var den dominerende leverandøren DuKane nær St Louis i USA, som laget Ionovac; selges også i en britisk variant som Ionophane. Electro-Voice laget en modell på kort tid under lisens fra DuKane. Disse tidlige modellene var vanskelige og krevde regelmessig utskifting av cellen der plasmaet ble generert (DuKane -enheten brukte en presisjonsbearbetet kvartscelle). Som et resultat var de dyre enheter i forhold til andre design. De som har hørt Ionovacs rapporterer at høyden i et fornuftig designet høyttalersystem var 'luftig' og veldig detaljert, selv om høy ytelse ikke var mulig.
På 1980 -tallet brukte Plasmatronics -høyttaleren også en plasma -diskanthøyttaler, selv om produsenten ikke var i virksomhet veldig lenge, og svært få av disse komplekse enhetene ble solgt.
Se også
- Høyttalerskap
- Crossover for lyd
- Høyttaler i full rekkevidde
- Super diskant
- Mellomtoner høyttaler
- Høyttaler
- Subwoofer
- Plasmahøyttaler