Основи Hi-Fi: що таке твітер?

Чому твітери важливі

Найперші електромеханічні гучномовці, розроблені після того, як запис і відтворення звуку відійшли від коливань у канавці платівки, підсилених через величезний рупор, використовували один динамік, керований підсилювачем. Ці повнодіапазонні гучномовці працювали досить добре, проте невдовзі стало зрозуміло, що вимоги до точності відтворення звуку потребують різних динаміків, кожен з яких оптимізований для певної частини частотного діапазону: великі динаміки для відтворення довгих хвиль басу шляхом переміщення більшого об’єму повітря та менші динаміки для тонких деталей високих частот, що потребують дуже малих і надзвичайно швидких рухів.

Насправді, хоча перший електромагнітний гучномовець був розроблений Честером В. Райсом і Едвардом В. Келлоггом з General Electric у 1921 році, вже через десять років команда Bell Telephone Laboratories створила так званий гучномовець із «розділеним діапазоном» — з окремими динаміками для високих і низьких частот та кросовером, який розділяв між ними музичний сигнал.

Майже 100 років більшість Hi-Fi гучномовців використовують твітер для відтворення найвищих частот і середньо/низькочастотний динамік для решти діапазону. Але особливість цих невеликих спеціалізованих високочастотних динаміків полягає в тому, як вони спроєктовані та яку роль відіграють у тому, як ми сприймаємо улюблену музику. 

Основи роботи твітерів

За визначенням, для відтворення високих частот динамік має рухатися значно швидше, ніж для середніх або низьких частот. Працюючи в типовому діапазоні від 2 кГц до 20 кГц або навіть вище, твітер повинен здійснювати щонайменше 2 000 рухів за секунду — або значно більше для справді високих нот, — тоді як басовий динамік може рухатися лише 100 разів на секунду або ще рідше. На щастя, довжина хвилі цих високих нот значно менша, ніж у басових, тому потрібні невеликі й точні рухи. Басовим динамікам потрібні великі дифузори, щоб переміщувати повітря й створювати бас, який можна відчути, тоді як твітери можуть бути малими, легкими, точними й, передусім, здатними рухатися дуже швидко. 

Що робить твітер?

Навіть якщо ви піднесете вухо близько до гучномовця, то, ймовірно, не почуєте багато звуку від твітеру — його звучання не здаватиметься гучним. Проте роль твітеру надзвичайно важлива: він надає звуку природної свіжості, відчуття повітря та атмосфери. У стереосистемі він створює таке важливе відчуття тривимірності й звукової сцени.

Що вища частота, то чутливіші наші вуха до її спрямованості — можливо, це пов’язано з тим, що нашим давнім предкам потрібно було чути тріск гілки, коли до них хтось підкрадався! Так само, як басовий динамік може наповнювати кімнату низькими частотами без усвідомлення того, звідки саме походить цей елемент звуку, найтонші високі частоти, аж до верхньої межі нашого слуху, дають нам просторові підказки, допомагаючи розміщувати виконавців у стереофонічній «картині».

Як працює твітер?

Конструкція твітеру має відповідати двом основним вимогам: швидкості й точності відтворюваного звуку та контролю дисперсії цього звуку. Зрештою, з огляду на спрямованість високих частот, важливо, щоб вони передавалися сфокусовано, але водночас характер звуку не повинен суттєво змінюватися, коли ви відхиляєтеся від ідеальної осі прослуховування динаміка — ані в горизонтальній, ані у вертикальній площині.

Через природу високочастотних звукових хвиль без суворого контролю вони мають тенденцію до «променевого» поширення: тобто звук буде виразно чутним безпосередньо перед динаміком, але значно слабшатиме під час прослуховування поза віссю. Це одна з причин, чому в найпопулярніших конструкціях твітерів використовують купольні мембрани з їхніми широкими характеристиками дисперсії. Але це не єдина причина, адже куполи також мають значні переваги щодо балансу між легкістю та жорсткістю — обидві властивості критично важливі для точного відтворення високих частот.

Купол може поширювати звук по широкій дузі, тому дисперсію потрібно контролювати: як ми побачимо, різні конструкції гучномовців використовують різні стратегії для досягнення сфокусованих високих частот і стабільного звучання в широкій зоні прослуховування. Це допомагає створити стійкий стереообраз і дає кільком слухачам змогу насолоджуватися незмінним тональним балансом. 

Розміщення твітеру в конструкції гучномовця

Слід також приділити увагу розташуванню твітеру на передній панелі, де встановлені динаміки, на фронтальній частині корпусу гучномовця. Це забезпечує його інтеграцію з іншими динаміками та відповідність висоти твітеру положенню вух слухача. Саме тому твітер зазвичай встановлюють у верхній частині гучномовця, над динаміками, що відтворюють середні й низькі частоти.

Однак у деяких дуже великих гучномовцях твітер може встановлюватися по центру передньої панелі, а середньо/низькочастотні динаміки — над і під ним. Така конфігурація D’Appolito, названа на честь її винахідника, створена для забезпечення більш рівномірної дисперсії від усіх динаміків і наближення звукового ефекту до теоретичної ідеї «точкового джерела» звуку, за якої весь частотний діапазон наче випромінюється з одного місця.

Також важливо ізолювати делікатне звучання твітеру від потужніших вібрацій, які створюють середньо/низькочастотні динаміки. Для цього в багатьох гучномовцях високочастотний динамік розміщують на окремій передній панелі, ізольованій від основної конструкції гучномовця за допомогою пружного кріплення, або навіть у повністю окремій внутрішній камері. Це також запобігає «витоку» звуку, який випромінюється з тильного боку мембрани, адже він впливає на переднє випромінювання та розмиває образ високих частот. Деякі розробники гучномовців навіть розміщують твітер в окремому корпусі.

Дисперсію твітеру також можна контролювати, розмістивши динамік у заглибленому «рупорі» на передній панелі або встановивши перед мембраною так званий хвилевід, зазвичай у вигляді сітчастої решітки. Така решітка також певною мірою захищає надтонкий купол від цікавих маленьких пальців. У деяких старіших гучномовцях це рішення доведено до крайності: перед динаміком встановлюють конструкцію, схожу на жалюзі, але сьогодні це трапляється рідко, за винятком ретромоделей.

З чого складається твітер?

Ключові компоненти твітеру такі самі, як і в будь-якому динаміку: мембрана, яку приводить у рух «двигун», що складається зі звукової котушки в магнітному полі. Проте тут усе має бути мініатюрним, щоб відповідати вимогам до швидкості й чутливості. Це потребує надтонких обмоток у системі двигуна, які можуть злипатися через перегрів, якщо гучномовець перевантажується спотвореннями підсилювача. Важчі обмотки середньо/низькочастотних динаміків рідко зазнають такого впливу, але «згорілий» твітер є доволі надійною ознакою того, що гучномовець зазнав неналежної експлуатації.

Матеріал купола може варіюватися від традиційної тканини — раніше це був шовк, а тепер частіше використовують синтетичні матеріали, — яку просочують хімічними речовинами для покращення демпфування та жорсткості, до надтонкого алюмінію або ще екзотичніших матеріалів. Усе це заради максимальної жорсткості без зайвої ваги.

Деякі компанії надають перевагу сплавам, інші — рідкісним металам, таким як берилій. Також можна зустріти приклади з кераміки, вуглецю або, у виняткових випадках, навіть з алмазного пилу, нанесеного методом випаровування. Якщо науці відомий легкий матеріал, то, ймовірно, його вже випробовували для виготовлення мембран твітерів.

Чимало роботи спрямовано на те, щоб купол зберігав свою форму під час роботи. Так, сама форма від природи жорстка, але деякі конструкції також використовують «подвійний купол» — кільце з додаткового матеріалу навколо краю мембрани в місці її з’єднання з «двигуном», що додає жорсткості без істотного збільшення ваги. 

Альтернативні твітери

Хоча значні зусилля спрямовуються на вдосконалення матеріалів для купольних твітерів, у пошуках легкості зі збереженням продуктивності цих високочастотних динаміків також досліджувалися й інші конструкції.

У деяких гучномовцях використовується стрічковий твітер, що складається з надлегкої пласкої мембрани, зазвичай алюмінієвої, яку приводить у рух сусідня мембрана, з’єднана з двигуном. Перевагами цієї конструкції є рівномірний розподіл звуку й ефективніше охолодження, що іноді робить її найкращим вибором для потужних акустичних систем. Однак стрічкові твітери дорожчі у реалізації, ніж купольні конструкції, і можуть не забезпечувати настільки широкої дисперсії.

Варіацією цієї концепції є твітер Air Motion Transformer, у якому гофрована мембрана стрічкового типу працює подібно до міхів, стискаючи повітря та створюючи звук. Його перевагами є вища допустима потужність і продуктивність, а також розширений діапазон високих частот.

Ще однією технологією твітерів є планарний магнітостатичний динамік. Відомий своєю точністю, швидкістю та широкою дисперсією високочастотного звуку, цей тип перетворювача використовує тонку пласку мембрану з нанесеними провідними доріжками, зазвичай у вигляді смуг. Ця мембрана розташована в сильному магнітному полі, і коли аудіосигнал проходить крізь провідний матеріал, він взаємодіє з магнітним полем, створюючи звук завдяки вібрації мембрани. 

Гібридні твітери

Кілька виробників гучномовців застосували концепцію гібридного твітеру, що поєднує традиційний купольний твітер зі стрічковим/планарним твітером. Працюючи разом, твітери об’єднують найкращі властивості обох конструкцій, щоб відтворювати плавне, широке й збалансоване звучання. Більше про технологію гібридного твітеру читайте тут.

Екзотичні твітери

Історія конструювання гучномовців сповнена всіляких експериментів, спрямованих на покращення відтворення високих частот. Ще у XVII ст. було вперше помічено ефект «електричного вітру» від високовольтних розрядів, а у XIX ст. винахідник Нікола Тесла вивчав звук, створюваний електричною дугою. Також досліджували «музичні» властивості маленьких «співочих полум’їв» у налаштованих скляних трубках, що привело до появи незвичайного пірофона.

У 1950-х роках в одній праці з електроакустики зазначалося, що «електрична лампа розжарювання, що говорить, співаюча дуга та полум’я, що розмовляє, — це були відчайдушні заходи», тоді як Едвард Келлогг, згаданий раніше як піонер багатодинамічних систем, висловився ще пряміше: у 1925 році він уже дійшов висновку, що «я випробував дуги, що говорять, і термофони, а також пристрій коронного розряду — усі вони не мають механічних рухомих частин, — але жоден із них не видавався перспективним».

Не дивно, що купольні твітери перемогли завдяки своїй практичності, доповнені конструкціями стрічкового типу. 

Твітери в різних умовах

Досі ми розглядали використання твітерів у традиційних гучномовцях, призначених для Hi-Fi і домашнього кінотеатру, але в різних сферах вони можуть застосовуватися по-різному.

Сучасні автомобільні системи відійшли від ранніх однодинамічних гучномовців, іноді з пасивним «додатковим дифузором», встановленим перед середньо/низькочастотним динаміком у спробі відтворити високі частоти. Деякі гучномовці, призначені для встановлення у дверях автомобіля, мають коаксіальну конструкцію з твітером, розміщеним разом з основним динаміком. Однак у якісніших заводських і післяпродажних системах окремі твітери встановлюють вище — зазвичай у стійках лобового скла або на приладовій панелі, — щоб забезпечити точніші просторові орієнтири, залишаючи середньо/низькочастотні динаміки у дверях, де їхнє звучання важче локалізувати.

У саундбарах для телевізорів можна використовувати кілька твітерів, щоб створити ілюзію звуку, який оточує слухача з усіх боків: твітери, спрямовані вгору, можуть створювати ефект висоти, а динаміки, спрямовані вбік, використовують відбиття від стін для створення ефекту об’ємного звучання. Цю просторовість може посилити цифрова обробка сигналу, що змінює фазу, амплітуду та часову синхронізацію цих динаміків.

Чому твітери необхідні для чудового звучання

Підвищення чіткості й деталізації

Точне відтворення високих частот життєво важливе для реалістичного звучання голосів та інструментів: вони не лише мають гармоніки, що простягаються вище основного тону й формують характер звуку, але й над самою музикою існує відчуття простору та атмосфери запису. Коли це точно зафіксовано й відтворено, різниця між «пласким» звуком і звучанням, що справді оживає, може бути разючою. 

Реалістичне формування звукового образу та просторова точність

Спосіб налаштування ваших гучномовців істотно впливає на формування звукового образу та просторову точність системи. Зрештою, стерео — це ілюзія чітких тривимірних звукових образів: воно не просто означає два канали, а змушує гучномовці «зникнути», залишаючи перед вами реалістичну звукову картину.

Дотримуйтеся порад з інструкцій з налаштування, що постачаються з вашими гучномовцями, але не бійтеся експериментувати з розташуванням, щоб досягти найкращого звучання. У багатьох конструкціях гучномовців навіть незначний поворот у бік місця прослуховування — а це означає невелику зміну орієнтації твітерів — може все змінити. 

Вибір правильної конфігурації гучномовців

2-смугові чи 3-смугові гучномовці — що краще для вас?

У невеликих кімнатах і з компактними гучномовцями добре спроєктований двосмуговий гучномовець може цілком задовольнити ваші потреби. Проте трисмугові конструкції з окремим середньочастотним динаміком між твітером і вуфером(ами) можуть запропонувати більш відкрите й захопливе звучання, оскільки твітер і басовий динамік(и) виконують менше роботи в зоні «перекриття», де відтворюється значна частина характеру голосів та інструментів. Особливо для вокалу й класичної музики добре інтегрований середньочастотний динамік може бути корисним.

Слідкуйте за майбутньою статтею про багатосмугові конструкції гучномовців.

Послухайте перед купівлею — чому конструкція твітеру має значення

Не надто зосереджуйтеся на типі твітеру, який використовують ваші гучномовці: чи це тканинні твітери з м’яким куполом, металеві куполи або інший матеріал, найважливіше, щоб вам подобалося їхнє звучання. Як уже згадувалося в статті, ми чутливіші до якості високих частот у наших системах, навіть якщо твітер начебто виконує не так багато роботи. Тож обирайте гучномовці з високими частотами, які вам до вподоби в загальному тональному балансі, і, передусім, довіряйте своїм вухам… 

Ознайомтеся з гучномовцями DALI із твітерною конструкцією найвищого класу

Асортимент DALI включає визнані підлогові гучномовці, поличкові гучномовці, гучномовці для індивідуального встановлення та інші моделі. Кожен гучномовець DALI спроєктований із широкою дисперсією, поширюючи високі частоти на ширшу зону, ніж традиційні гучномовці, щоб зберігати збалансоване й чітке звучання, навіть коли ви перебуваєте не безпосередньо перед ними. Завдяки цьому розширюється оптимальна зона прослуховування, тож більше слухачів можуть насолоджуватися найкращою можливою якістю звуку. 

Звук із широкою дисперсією також допомагає інтегрувати гучномовці в кімнату. Він не лише дає вам більше свободи в розміщенні гучномовців у позиціях, які можуть здаватися неідеальними, а й може зменшити вплив відбиттів від стін, що здатні створювати небажані спотворення та забарвлення звуку.

Щоб ознайомитися з гучномовцями DALI, відвідайте dali-loudspeakers.com.