Причины выхода из строя динамиков. Опыт инженера Чернов Аудио

Давайте рассмотрим основные причины повреждения динамиков, используя знания школьного курса физики и ошибки при эксплуатации. Поскольку все эти устройства можно разделить на две группы (с малой амплитудой колебаний – твитера, и с большой амплитудой – широкополосные, мидбасы, сабвуферы), начнем анализ с первой группы, тем более что здесь есть нюансы, о которых знаю не многие…

Мастер подбора акустики

Итак, твитера, высокочастотные динамики, пищалки – все эти понятия относятся к этому типу звукоизлучателей. Конструктивно, такие динамики имеют малые габариты (всего несколько сантиметров в диаметре), намотаны тонким проводом, подвижная система (диффузор) имеет малую амплитуду хода, но, тем не менее, имеют очень высокую чувствительность по звуковому давлению 93-95dB.

ТвитерыИменно давление, а не мощность, ведь мы слышим не Ватты, а децибелы. Почему? Да потому, что звук возникает через колебание подвижной системы, что вызывает давление на окружающий воздух. Вот он и передает к нам эти колебания. И чем дальше мы от источника, тем тише звук. О запаздывании я не упоминаю, так как этот пункт физических характеристик звуковых волн не имеет прямого влияния в условиях прослушивания музыки в салоне авто либо в комнате, где находится слушатель, когда расстояние между акустикой и слушателем мало.

ДинамикиТвитер, для правильной и долговечной работы, должен быть подключен к усилителю исключительно через кроссовер, либо срез частот должен быть произведен на входе усилителя. Для чего это нужно? Ведь на таких динамиках написано номинальная мощность 25-100 W. Однако, на мидбасовых динамиках написано так же… Буквально, это нужно понимать так: динамик может работать в составе многополосной системы с подводимой мощностью 80-120 W, при условии подключения через кроссовер с частотой среза не ниже, рекомендованной производителем. Из формулы мощности мы помним, что это произведение тока и напряжения.

КроссоверыА диаметр провода звуковой катушки составляет в среднем 0,1 мм, что не позволит выдержать даже 10 W в полном диапазоне частот (20 Гц-20 кГц). А для чего же тогда нужен кроссовер? Оказывается, он ограничивает полосу воспроизведения там, где «лишние» частоты не смогут быть воспроизведены данным типом динамиков. Конкретнее, для твитеров необходимо ограничение частоты в нижнем регистре. Т.е. все частоты ниже 2,5-3,5 кГц должны быть исключены. Для чего? Ответ прост – чем ниже частота звучания, тем выше амплитуда колебания подвижной системы. Но почему это имеет значение? А вот здесь уже начинаются сложные физические процессы:

Пункт 1

Воздушный зазор магнита имеет максимальную индукцию по периметру этого зазора и плавно уменьшаемое по линии перпендикуляра (вдоль оси движения диффузора и самой катушки). Соответственно, чем дальше звуковая катушка удаляется от зазора, тем ниже её индуктивность. Ну и что? А то, что привычное сопротивление динамика в 4 Ома, это условный показатель и измеряется Омметром на постоянном токе, и что самое интересное, на неподвижном диффузоре. Стоит в процессе измерения слегка нажать пальцем на купол, мгновенно показания измерения изменятся. Почему? Да потому, что любой динамик – это электродинамическое устройство, которое имеет свойство обратимости преобразования переменного тока. Как звукоизлучатель он работает, когда к клеммам подключен усилитель, но стоит этот динамик переключить на сигнальный вход аппаратуры и крикнуть в него, получится эффект микрофона, и на выходе усилителя будет слышен наш голос. Иными словами, сопротивление динамика в процессе работы – это чрезвычайно сложный показатель, и зависит он от частоты и амплитуды подводимого сигнала, а так же от жесткости подвеса диффузора. Именно это определяет так называемую резонансную частоту динамика, что важно для правильной настройки полосы воспроизведения. И когда звуковая катушка сильно удаляется от центра магнита, сопротивление резко снижается и начинается перегрев провода. В конечном итоге, обмотка нагреется настолько, что лак обуглится и произойдет КЗ. Всё, динамик сгорел…:(

Пункт 2

Для экономии на динамиках, многие используют двух полосную схему – один мидбас и один твитер. Для согласования их частотных диапазонов применяется кроссовер, каждому динамику свой. И зачастую, частота раздела очень низка. Для твитеров это опасно. Почему? А вот почему: крошечный купол твитера вынужден работать в широком диапазоне частот. И если для самых высоких частот амплитуда колебания составляет десятые доли миллиметра, то на средних частотах это уже может составлять до 1-1,5 мм (при этом обмотка имеет всего 2-3 мм по высоте). Теперь вспомним, что профессиональные твитера сделаны из так называемого титанового сплава, либо из иного материала повышенной жесткости. Он легкий, прочный, имеет высокий модуль упругости и износостойкости. Но это, как раз, и есть вторая причина выхода из строя динамиков. Ток через динамик зависит от упругости купола. Чем это меньше, тем ниже ток. А если диффузор очень жесток, падает КПД излучения. На пальцах, это выглядит примерно так: пока усилитель «двигает» диффузор в одну сторону, звуковая катушка оказывает минимальную реакцию обратно в усилитель. Повышение напряжения выхода усилителя вызывает синхронное повышение напряжения собственной ЭДС внутри динамика. Но вот купол остановился (растяжение закончилось) и начал перемещение в обратную сторону. Это вызвало ЭДС с противоположным знаком, что в сумме с ЭДС усилителя, согласно закону Ома, суммируется, а значит и повышает ток через динамик. Он работает в противофазе с источником и поэтому его КПД теряется. Чтобы выровнять частотный баланс мы «накручиваем верха», не стремясь ограничить средние частоты, тем самым перегружая твитер. В итоге, тонкий провод обмотки перегревается и происходит КЗ. Динамик снова сгорел…

Подведя итог анализа двух первых пунктов, можно с уверенностью сказать: и превышение амплитуды хода катушки внутри магнита, и блокирование хода жесткостью подвеса в одинаковой степени вредоносны для работы твитеров. То же касается и сабвуферных динамиков, которые считаются длинно ходовыми излучателями (амплитуда колебания диффузора вверх и вниз составляет до нескольких десятков миллиметров), но для них вышеописанные ситуации также губительны!

Главное оружие в данном случае – ограничение частотного диапазона снизу. Т.е. если нижняя, заявленная производителем, частота воспроизведения динамика, например, составляет 28 Гц, то это означает, что все частоты ниже — мы не услышим, как бы грамотно не был просчитан корпус. Однако сам динамик будет совершать перемещение диффузора и на частоте даже 5-7 Гц, но это будет лишь воздушная компрессия, а не звук. И тот факт, что на этикетке написано 350 W, лишь означает допустимую мощность от усилителя, но на какой частоте – не указано! И вот главный секрет таких динамиков: на инфра-низких частотах допустимое отклонение катушки из магнитного поля (обозначается как X-max) произойдет при уровне напряжения в несколько раз меньше, чем на частоте 1 кГц. А именно на ней и производится измерение, а в последующем и заявленная мощность динамика. Превышать эту величину категорически не допускается. Тот, кто этого не знает, спалит даже самый мощный девайс усилителем, у которого отсутствует сабсоник фильтр – фильтр среза инфра низких частот. Опытные инсталляторы рекомендуют ограничить нижнюю частоту среза фильтра на уровне 5-7 Гц выше от указанной производителем нижней граничной частоты (в нашем примере это 33-35 Гц), так как не всегда она может быть измерена точно, могут быть разбросы в конкретном экземпляре динамика, не каждый пользователь сможет различить и услышать такие частоты, а излишне перегружать динамик – лишь сокращать его жизнь! И если продавец в магазине или на рынке на ваш вопрос о допустимой мощности ответит – цифра на этикетке, такая же и мощность, значит, его задача «напарить» вам товар и заработать деньги. А что будет дальше – его не волнует. Тем более что в случае поломки, покупателя отправляют напрямую в сервис, и пусть они выдумывают, что вам ответить по данной ситуации. А люди там не всегда компетентны, зачастую вас обязательно сочтут виноватым в неправильной эксплуатации либо заверят вас, что это вина производителя… Моя же задача найти причину того, почему это произошло и как избежать повторения ситуации в дальнейшем! А теперь снова вернемся к твитерам.

Пункт 3

Бывает и огреха производителя (попросту брак). Это когда конструктив динамика имеет такое расположение диффузора и звуковой катушки, что она уже частично находится вне магнитного поля (должна быть ровно в центре) либо при сборке допустили перекос, а значит в этом месте сопротивление и КПД ниже нормы, часть катушки находится под постоянным перегревом и со временем верхняя часть катушки обугливается раньше нижней. Снова перегрев и КЗ.

Бракованный динамикК моему сожалению, любой производитель и его представительство в продаваемом регионе очень неохотно признают это как брак. Их можно понять – любое «ФЕ» в адрес продукта портит имидж, сам динамик перед установкой проверяли и он работал, значит, причина в не квалифицированной установке, либо пользователь от себя перекрутил уровни. Но вскрытие сгоревших таких динамиков подтверждает истину – не поверишь, пока не проверишь!

Пункт 4

Четвертым пунктом можно назвать нечто среднее между первым и вторым. Это банальная перегрузка по уровню подводимого сигнала. Частота среза настроена точно, да и амплитуда почти не зашкаливает. Но избыток входной мощности, всё же, вызывает незначительный перегрев, который со временем и убивает твитер. Это наименее встречаемое явление, так бы сказать – старение динамика. Но так тоже бывает, и это так же можно считать причиной неисправности.

Пункт 5

И пятым пунктом я бы назвал не качественные усилители мощности. Если брать сектор автомобильной аудио техники, то рынок перенасыщен дешевой аппаратурой. Для многих пользователей это есть решающим выбором при покупке, так как финансы поют…

Сгоревший усилительЧто же не так с теми усилителями? Да всё: схема, компоненты, источник питания, правильность технического решения аппарата в целом. Главная причина проблемы – клиппирование усилителя. Через низкое качество источника питания и заниженную мощность, происходит просадка уровня питающих напряжений схемы усилителя настолько, что на его выходе возникают пилообразные изломы синусоиды (а ведь звук это исключительно гармонические синусоидальные сигналы), что вызывает большое количество гармоник (каждая последующая удваивается по частоте, но во столько же раз снижается по амплитуде). Система защиты в таких аппаратах не совершенна и пропускает к динамику этот шквал высокочастотной энергии, которая, увы, пропускается пассивным кроссовером и попросту «выжигает» звуковую катушку динамика, а иногда и собственную плату.

Вот такие нюансы с твитерами. В целом, практически всё перечисленное можно отнести к остальным динамикам. Но для тех, кто понял выше написанное, надеюсь, это поможет распознать ошибки установок и эксплуатации, и поможет избежать не нужных поломок столь дорогостоящих аудио компонентов!

Автор: Эдуард Марилов, сервис инженер компании Чернов Аудио UA.

Материалы по теме:

Как выбрать сабвуфер и усилитель? Советы инженера Чернов Аудио

Выбор аудиокомпонентов. Советы инженера Чернов Аудио

Выбрать акустику

Мастера подбора

Мастера подбора

Мастер подбора радар-детекторов Мастер подбора автосигнализаций Мастер подбора автотентов Мастер подбора детских автокресел Мастер подбора видеорегистраторов Мастер подбора компрессоров Мастер подбора автопылесосов Мастер подбора механических блокираторов Мастер подбора магнитол Мастер подбора зарядных устройств Мастер подбора ксенона Мастер подбора акустики Мастер подбора автохолодильников Мастер подбора шумо-виброизоляции Мастера подбора

Понравилось? Поделись с друзьями!