Світ, у якому ми живемо, створений для звуку. Якщо ви не живете на вершині гори (вам пощастило), швидше за все, ви відчуваєте звук, що надходить з безлічі різних динаміків протягом дня.

Мобільні телефони. Телевізори. Ліфти. Блютуз-динамік у метро, що транслює лайно, яке ви не хочете чути.

І, мабуть, найголовніше для нас, музикантів, колонки дозволяють нам чути нашу роботу в найдрібніших деталях.

Але як саме працюють колонки? Навіть якщо вам не цікаво, як робиться звукова ковбаса, корисно мати базове уявлення про технологію динаміків, якщо ви плануєте провести все своє життя в студії.

Основи звуку

Перш ніж ми розглянемо колонки, давайте коротко нагадаємо, як працює сам звук.

Звук - це, по суті, механічна енергія у вигляді хвиль, які рухаються через середовище - повітря, рідину чи тверде тіло.

Цей рух викликає локальні зміни тиску відповідно до форми хвилі, подібно до брижів, що виникають, коли ви кидаєте камінчик (або телефон) у воду.

На зображенні нижче ви бачите синусоїду з частотою 1 кГц. Бачите, як рівень звукового тиску збільшується, а потім зменшується по відношенню до тиску навколишнього середовища? Це звук у русі.

Усередині наших вух тисячі крихітних волоскових клітин реагують на ці зміни тиску, перетворюючи їх на електричний сигнал, який наш мозок може інтерпретувати як Nickelback. Або щось інше.

Аналоговий аудіосигнал - це звук у вигляді електричної енергії, представлений у вигляді сигналу напруги. Ось та сама звукова хвиля, представлена у вигляді електричного сигналу:

Цифрове аудіо - це зображення збереженого аналогового сигналу в двійковому форматі.

Аудіосигнал, аналоговий чи цифровий, повинен бути перетворений назад у звукову хвилю (механічну енергію), щоб наші вуха могли його сприймати.

Увімкніть динамік.

Як працюють колонки: Основи

Перш ніж ми заглибимося в тонкощі компонентів колонок і їхнього функціонування, давайте зробимо короткий огляд того, що робить колонка для відтворення звуку.

Посилений аудіосигнал надсилається на металеву котушку з дроту. Ця котушка реагує на електричний струм, що протікає через неї, взаємодіє з магнітом всередині динаміка і змушує вібрувати діафрагму.

Діафрагма переміщує повітря, створюючи звукові хвилі, які є точною копією оригінального аудіосигналу. І вуаля! Ви можете почути, як ваша мама розмовляє з вами з іншого кінця країни.

Очевидно, що це дике спрощення. Але тепер, коли ми знаємо версію Cliffs Notes про те, як спікери роблять свій бізнес, давайте розберемося.

Що всередині динаміка?

Давайте подивимося на всі частини колонки, які створюють магію...

Драйвер динаміка

Динамік відповідає за перетворення електричного сигналу на звукові хвилі. Це двигун, який забезпечує відтворення звуку в колонці.

Зсередини назовні компоненти, з яких складається динамік:

• Полюс
• Задня панель
• Магніт
• Верхня пластина
• Звукова котушка
• Кошик
• Павук.
• Конус і оточення
• Пилозахисний ковпачок

Стовп, задня та верхня пластини

Стрижень у колонці - це як диригентська паличка, що синхронізує оркестр звуків, які протікають через колонку. Це центральна вісь, навколо якої базується вся магнітна система.

Задня пластина знаходиться позаду стовпа, і не дивно, що верхня пластина знаходиться зверху.

Магніт

Постійний магніт оточений полюсом і пластинами для фокусування його магнітного поля і прикріплений до корзини динаміка.

Його називають постійним магнітом, тому що він завжди залишається магнітом.

З іншого боку, звукова котушка стає магнітом (або, якщо бути точним, електромагнітом) тільки тоді, коли на неї подається електричний струм.

Звукова котушка

Звукова котушка - це дріт, щільно намотаний на крихітний циліндр, який іноді називають шпулею. Вона трохи схожа на йо-йо.

Коли електричний сигнал проходить через котушку, вона стає електромагнітом, взаємодіючи з постійним магнітом.

Якщо ви пам'ятаєте уроки природознавства, то знаєте, що однакові сили відштовхуються, а протилежні - притягуються. Ця взаємодія магнітних сил створює рух, який штовхає котушку і, зрештою, створює звукові хвилі.

Павук і оточення

Павук - це гофрований шматок матеріалу, який підтримує звукову котушку. Він утримує котушку на місці, дозволяючи їй вільно рухатися вперед і назад.

Хоча це звучить як протиріччя, це не так. Основна роль павука полягає в тому, що він дозволяє звуковій котушці рухатися лише в одному напрямку, а саме вгору і вниз. Без павука звукова котушка просто бовталася б у корпусі динаміка.

Обрамлення виконує подібну функцію до павука, за винятком того, що воно утримує конус на місці у верхній частині кошика.

Конус

Також відомий як діафрагма, дифузор динаміка - одна з небагатьох деталей, які ви можете побачити на колонці.

Конус рухається вперед і назад у відповідь на магнітні імпульси від звукової котушки. Рух конуса створює хвилі тиску в повітрі навколо нього, створюючи звуки, які ви чуєте.

Пилозахисний ковпачок

Цей маленький друг запобігає потраплянню пилу та бруду в динамік, щоб вони не зіпсували його роботу.

Кошик

Це просто вигадливий термін для позначення корпусу, який утримує всі частини колонки разом. Насправді він трохи схожий на кошик.

Отже, це все, що складає справжню колонку. Але в повсякденній мові, коли ми говоримо про колонки, ми маємо на увазі весь набір.

Що ще потрібно для того, щоб колонки працювали?

Електричні компоненти

Щоб змусити звукову котушку працювати з вашим джемом, вам потрібно послати їй електричний сигнал. Це робиться за допомогою клем динаміка і плетеного дроту.

Клеми - це металеві вкладки або з'єднувальні порти, які з'єднують аудіокабель з динаміком.

До цих клем під'єднаний плетений дріт, який кріпиться до звукової котушки, забезпечуючи її необхідним паливом.

Житло

Для правильної роботи колонки потрібен корпус, який часто називають корпусом, з кількох причин.

По-перше, він забезпечує герметичне середовище для захисту різних контейнерів, що входять до складу водія, від пилу, бруду та собачої шерсті.

По-друге, вона зменшує фазове усунення. Коли діафрагма динаміка рухається, вона створює звукові хвилі в обох напрямках. Без корпусу ці хвилі гасили б одна одну.

Нарешті, корпус впливає на те, як розподіляється звук. Звук можна спрямувати в певному напрямку, а низькі частоти можна налаштувати належним чином.

Корпус виготовляється з товстого матеріалу, який не дуже гнучкий. Зазвичай це дерево або МДФ середньої щільності, хоча також використовується пластик.

Посилення

Все це добре, але сам по собі динамік нічого корисного не виштовхне.

Хоча колонки бувають різних форм і розмірів, всі вони мають однакову вимогу: аудіосигнал має бути сильнішим, ніж сигнал лінійного рівня, що видається пристроями відтворення, наприклад, телевізором або аудіоінтерфейсом.

Підсилювач потужності використовується для підсилення сигналу з лінійного рівня до рівня динаміків. Залежно від ваших колонок, це може бути зовнішній блок або вбудований у корпус самої колонки.

Активні гучномовці

Активні колонки мають вбудований підсилювач Yamaha HS5 - популярні активні колонки для студійного моніторингу.

Пасивні гучномовці

Пасивні колонки потребують зовнішнього підсилювача потужності для генерації звукових хвиль з аудіосигналу.

JBL PRX412 є міцним прикладом пасивної колонки, яка потребує зовнішнього підсилювача потужності, щоб забезпечити достатню потужність звуку.

Як динаміки відтворюють різні частоти?

Досі ми розглядали, як динаміки перетворюють електричну енергію (сигнал) на хвилі тиску в повітрі, а отже, на звук.

Але не всі частоти створені рівними, і один спікер, який намагається охопити всі основи (вибачте за каламбур), буде дійсно поганим.

Ось чому на концертах ви побачите масивні штабелі гучномовців. Деякі з них відтворюють низькі частоти (сабвуфери і вуфери), деякі - середні, а маленькі твітери відповідають за всі високі частоти.

Усі ці колонки сконструйовані по-різному, щоб працювати з різними частотами, які вони відтворюють.

Але не всі хочуть мати у своїй студії (або вітальні) гігантську купу колонок, не кажучи вже про захаращеність підсилювачами і кросоверами.

Увімкніть багатосмугову колонку.

Динаміки з декількома драйверами

Багатодинамічні колонки використовують 2, 3 або навіть 4 динаміки різного розміру для відтворення різних частот. Найпоширеніша з них - двосмугова колонка, яку іноді називають 2-смуговою.

Усередині корпусу 2-смугової колонки знаходиться кросовер, який за допомогою фільтрів високих і низьких частот передає всі високі частоти на твітер, а середні і низькі частоти - на низькочастотний динамік.

Використання кросовера таким чином означає, що колонка відтворює повний діапазон частот, зберігаючи при цьому якість звуку, якої неможливо досягти за допомогою одного динаміка.

Якщо ви створюєте музику в домашній студії, швидше за все, ви будете використовувати для моніторингу 2-смугову колонку, наприклад, Yamaha HS5, згадану вище, або KRK Rokit 5 G4, зображену нижче.

Двосмугові колонки чудово підходять для запису та зведення у вашій власній студії. Але коли справа доходить до мастерингу (незалежно від того, чи використовуєте ви онлайн-сервіс, такий як eMastered, чи доручаєте його реальній людині), вам знадобиться трохи більше деталей, тому 3 або 4-х смугові колонки будуть служити вам краще.

Те ж саме стосується і комерційних студій звукозапису. Вони можуть використовувати пару потужних моніторних колонок для запису і моніторингу, але коли справа доходить до зведення, вони вмикають поганих хлопців.

Що таке імпеданс динаміка?

Імпеданс динаміка - це, по суті, спосіб вимірювання загального опору протіканню електричного струму в динаміку.

Вимірюваний в омах, імпеданс складається як з опору дроту звукової котушки, так і з індуктивності, спричиненої намотуванням цього дроту в котушку. Індуктивність відрізняється від опору тим, що вона змінюється з частотою - це називається індуктивним реактивним опором.

Через цю змінну імпеданс відрізняється від "звичайного" опору і розраховується за складною формулою, яку музиканти не повинні розуміти.

Натомість знайте, що дуже важливо узгодити імпеданс ваших колонок і підсилювача. Невідповідність імпедансу може призвести до зниження якості звуку, перегріву, а в крайньому випадку - до пошкодження обладнання.

Пам'ятайте, діти, завжди підключайте колонки до сумісних підсилювачів.

Потужність динаміка проти чутливості динаміка

Чим більше, тим краще, чи не так?

Не завжди. Більшість людей, порівнюючи колонки, пов'язують більшу потужність (у ватах) з більшою гучністю. Але чи зможете ви на практиці повністю використати цю потужність?

Кращий спосіб порівняти колонки - подивитися на їхню чутливість. Вона вимірюється в децибелах і показує, наскільки ефективно динамік перетворює електричну енергію в звук.

Вищий показник чутливості означає, що динамік може видавати більше звуку за певної потужності. Іншими словами, вона ефективніше перетворює електроенергію на звукові хвилі.

Вимірювання чутливості динаміка вирівнює ігрове поле, коли справа доходить до порівняння ефективності і потужності динаміків.

Однак, якщо ви використовуєте зовнішній підсилювач, важливо враховувати здатність колонки витримувати потужність. Вимірювання показує, яку електричну потужність динамік може витримати без пошкодження, тому важливо переконатися, що вихідна потужність підсилювача дорівнює потужності динаміка.

Вибір динаміків з високою або низькою чутливістю залежить від вимог вашої системи. Якщо важлива енергоефективність (наприклад, у портативних колонках або автомобільних стереосистемах), то найкраще підійде висока чутливість, тоді як для професійної аудіосистеми вам можуть знадобитися динаміки з більшою потужністю.

Частотна характеристика

Коли ми говоримо про частотну характеристику колонки, ми маємо на увазі її здатність відтворювати звук у широкому діапазоні частот.

Жодна колонка не є ідеальною, тому графік частотної характеристики допомагає нам побачити, де можуть бути піки або западини на частотах, де вона підкреслює або не дотягує.

Є кілька причин, чому частотна характеристика конкретної колонки або колонок важлива.

По-перше, це допомагає при проектуванні багатосмугової системи і визначенні місця розташування кросоверів.

По-друге, це допомагає при виборі найкращих колонок для конкретного аудіо завдання, яке ви маєте на увазі.

Хоча багато колонок споживчого класу мають невелику "посмішку" на частотній характеристиці, щоб пом'якшити звук, як музичний продюсер, ви хочете мати пару колонок з плоскою частотною характеристикою.

Таким чином, жоден інструмент або семпл не буде замаскований провалом частот і не звучатиме голосніше, ніж насправді, через пік на графіку.

По суті, пласка частотна характеристика колонок гарантує, що все, що ви чуєте, буде максимально наближеним до реального звучання.

А як щодо навушників?

Навушники використовують ту саму технологію динаміків, що й гучномовці. Фактично, це крихітні динаміки, які розташовуються над (або у) вашими вухами.

Як працюють стереодинаміки?

Один динамік (зазвичай) передає звук у монофонічному форматі. Щоб отримати стереофонічне звукове поле, вам знадобляться два монодинаміки, що живлять лівий і правий аудіосигнал відповідно, розміщені відповідним чином.

Але чи замислювалися ви коли-небудь, дивлячись на саундбар, про те, як створюється стереополе?

Одинарні колонки, призначені для відтворення стереозображення, мають кілька динаміків, розташованих по всьому пристрою.

Стереосигнал розділяється на лівий і правий канали і надсилається в різній кількості на кожен динамік для отримання повного стереозображення.

Такі колонки, як правило, мають додатковий динамік - сабвуфер - для відтворення низьких частот і голосу Бетмена.

Хто винайшов динамік?

Як і у випадку з багатьма винаходами на рубежі 20-го століття, важко точно визначити, хто винайшов гучномовець. Вона з'явилася з часом, коли вчені та винахідники почали розуміти більше про звукові хвилі та електричний струм.

Олександр Грем Белл (відомий як винахідник телефону) зробив значний внесок у розвиток технологій, пов'язаних зі звуком, зокрема розробив ранню версію гучномовця наприкінці 19-го століття.

Наприкінці того ж століття Олівер Лодж винайшов перший гучномовець з рухомою котушкою. Потім, у 1915 році, данські інженери Пітер Л. Дженсен і Едвард Прідхем отримали патент на винахід електродинамічної конструкції динаміка, що використовує котушку з дроту, прикріплену до діафрагми, розміщеної в магнітному полі.

На іншому березі ставка в 1925 році Едвард В. Келлогг і Честер В. Райс розробили динамічну колонку з дифузором, яка згодом була ліцензована компанією RCA. Ця конструкція включала в себе багато аспектів, які вважаються основою сучасної технології гучномовців.

Для цього потрібне ціле село і все таке. Досить сказати, що багато конусоподібних голів витратили незліченну кількість годин на те, щоб ви могли насолоджуватися концертами Nickelback у повній мірі сьогодні.

Майбутнє спікерів

Технології стають все меншими і дешевшими. Ми всі це знаємо. Але коли справа доходить до колонок, основи технології, що лежать в їх основі, майже не змінилися з моменту їх винайдення.

Насправді колонки - одна з найбільш неефективних технологій, які ми використовуємо сьогодні. Понад 99% енергії, яка потрапляє в колонку, генерує щось інше, ніж звук. Більша її частина перетворюється на тепло.

Дивно, що EPA не заборонило використання колонок через їхні низькі енергоефективні характеристики.

Але завдяки новому матеріалу, відкритому в 2004 році, динаміки майбутнього можуть бути іншими.

Графен - надзвичайно легкий матеріал, а це означає, що йому потрібно набагато менше енергії, щоб рухатися вперед і назад для створення хвилі тиску. Чудова новина, якщо ви твітер.

Якщо вчені зможуть з'ясувати, як успішно реалізувати широкомасштабне виробництво графену та інтегрувати його в комерційні програми, колонки майбутнього можуть бути легшими та набагато енергоефективнішими.

До цього дня ми застрягли на міні-обігрівачах, які створюють зміни тиску повітря за допомогою електричних сигналів, так званих динаміків.

А тепер ідіть і слухайте музику!