Теория:

Электродинамический громкоговоритель (динамик) — это устройство, преобразующее электрический сигнал в звуковой посредством движения катушки с током в магнитном поле постоянного магнита.
С этими устройствами мы сталкиваемся повседневно (рис. 1), даже если вы не большой поклонник музыки и не проводите в наушниках по полдня. Динамиками оснащаются телевизоры, радиоприемники в автомобилях и даже телефоны.
 
speakers-subwoofer-playing-music-animated-gif-image-1.gif
Рис. 1
 
Громкоговорители похожего типа использовались еще в конце \(20\)-х годов прошлого века.
Телефон Белла (рис. 2) работал по схожему принципу. В нем была задействована мембрана, которая перемещалась в магнитном поле постоянного магнита.
У этих динамиков было множество серьезных недостатков: частотные искажения, потери звука.
 
телефон.png
Рис. 2
 
Чтобы решить проблемы, связанные с классическими громкоговорителями, Оливер Лордж предложил использовать свои наработки. Его катушка двигалась поперек силовых линий.
Чуть позднее двое его коллег адаптировали технологию для потребительского рынка и запатентовали новую конструкцию электродинамиков, которая задействована и по сей день.
 
Динамик имеет довольно сложную конструкцию (рис. 3).
 
динамик.png
Рис. 3
 
Обрати внимание!
Ключевые детали, благодаря которым громкоговоритель функционирует правильно: подвес (или краевой гофр), диффузор (или мембрана), колпачок, звуковая катушка, керн, магнитная система, диффузородержатель, гибкие выводы.
Краевой гофр или «воротник» — это пластиковая или резиновая окантовка, описывающая электродинамический механизм по всей площади.
Гофры делятся по типу материала, из которого они изготовлены, и по форме. Иногда в качестве основного материала применяют натуральные ткани со специальным, ослабляющим колебания покрытием.  Самый популярный по форме подтип — полутороидальные профили.
Требования, предъявляемые к «воротнику»:
высокая гибкость — резонансная частота гофра должно быть низкой;
гофр должен быть хорошо закреплен и обеспечивать только один тип колебаний параллельный;
надежность — «воротник» должен адекватно реагировать на перепады температуры и «нормальный» износ, сохраняя свою форму длительное время.
Для достижения наилучшего баланса звучания в низкочастотных колонках используют резиновые гофры, а в высокочастотных — бумажные.
 
Диффузор динамика представляет собой некий поршень, который двигается по прямой вверх-вниз. Диффузор является основным излучающим объектом в электродинамике. При повышении частоты колебаний он начинает изгибаться.
Диффузоры могут быть жесткими. Они сделаны из керамики или алюминия. Такие изделия обеспечивают наименьший уровень искажения звука. Динамики с жесткими диффузорами стоят гораздо дороже аналогов.
Мягкие диффузоры делают из полипропилена. Такие образцы обеспечивают наиболее мягкое и теплое звучание за счет поглощения волн мягким материалом.
Полужесткие диффузоры представляют собой компромиссный вариант. Они делаются из кевлара или стеклоткани. Искажения, провоцируемые таким диффузором, выше, чем у жестких, но ниже, чем у мягких.
 
Колпачок представляет собой оболочку из синтетики или ткани, основная функция которой — защита динамиков от пыли. Помимо этого, колпачок играет немаловажную роль в формировании определенного звучания. В частности, при воспроизведении средних частот.
С целью наиболее жесткого закрепления колпачки делают округлой формы, придавая им небольшой изгиб.
Разнообразие материалов, из которых производят колпачки, связано с тем, чтобы достичь определенного звучания. В ход идет ткань с различным пропитками, пленки, композиции целлюлозы и даже металлические сетки. Последние, в свою очередь, выполняют еще и функцию радиатора. Алюминиевая или металлическая сетка отводит излишки тепла от катушки.
 
Шайба (иногда её также называют «пауком») — это увесистая деталь, расположенная между диффузором динамика и его корпусом.
В задачи шайбы входит поддержание стабильного резонанса для низкочастотных динамиков. Это особенно важно, если в помещении наблюдаются резкие перепады температуры. Шайба фиксирует положение катушки и всей подвижной системы, а также закрывает магнитный зазор, предотвращая попадание пыли в него.
Классические шайбы представляют собой круглый гофрированный диск. Некоторые производители намеренно меняют форму гофр так, что повысить линейность частот и стабилизировать форму шайбы. Такая конструкция сильно влияет на цену динамика.
Шайбы изготавливают из нейлона, бязи или меди. Последний вариант выполняет функцию мини-радиатора.
 
Звуковая катушка и магнитная система располагается в небольшом зазоре магнитной цепи и вместе с катушкой преобразует электрическую энергию.
Сама магнитная система — это система из магнита в виде кольца и керна. Между ними в момент воспроизведения звука перемещается звуковая катушка.
Важная задача конструкторов — создание равномерного магнитного поля в магнитной системе. Для этого производители динамиков досконально выверяют полюса и оснащают керн медным наконечником. Ток в звуковую катушку поступает через гибкие выводы динамика — обычную проволоку, намотанную поверх синтетической нитки.
 
Условное обозначение динамика на электрических схемах представлено на рисунке 4.
 
динамик_УО.png
Рис. 4
 
Обрати внимание!
Принцип работы динамика заключается в следующем: ток, идущий на катушку, заставляет ее совершать перпендикулярные колебания в пределах магнитного поля. Эта система увлекает за собой диффузор, заставляя его колебаться с частотой подаваемого тока, и создает разряженные волны. Диффузор начинает колебаться и создает звуковые волны, которые могут быть восприняты человеческим ухом. Они в виде электрического сигнала передаются в усилитель. Отсюда и появляется звук.
Диапазон воспроизводимых частот напрямую зависит от толщины магнитопроводов и размера динамика. При большей величине магнитопровода увеличивается зазор в магнитной системе, а вместе с ним увеличивается и эффективная часть катушки.
Именно поэтому компактные динамики не справляются с низкими частотами в пределах \(16-250\) герц. Их минимальный порог частотности начинается с \(300\) Герц и заканчивается на \(12000\) герц. Вот почему динамики хрипят, когда вы выкручиваете звук на максимум.
 
Большая часть электродинамикой воспроизводит лишь часть частот, которые может воспринимать человек.
Сделать универсальный динамик, способный воспроизводить весь диапазон от \(16\) до \(20000\) герц невозможно, поэтому частоты поделили на три группы: низкие, средние и высокие.
После этого конструкторы начали создавать динамики отдельно для каждой частоты. Это значит, что низкочастотные динамики лучше всего справляются с басами. Они работают на диапазоне \(25-5000\) герц.
Высокочастотные динамики созданы для работы с визжащими верхами (отсюда нарицательное имя – «пищалка»). Они работают в частотном диапазоне \(2000-20000\) герц.
Среднечастотные динамики работают в диапазоне \(200-7000\) герц.
 
Динамики для телефона отличаются от «взрослых» моделей конструктивно (рис. 5).
 
zamena-dinmika-smartfona-1.png
Рис. 5
 
Расположить такой сложный механизм в мобильном корпусе нереально, поэтому инженеры пошли на хитрость и заменили ряд элементов. Например, катушки стали неподвижными, а вместо диффузора используется мембрана.
Динамики для телефона сильно упрощены, посему ожидать от них высокого качества звучания не стоит. Диапазон частот, который способен охватить такой элемент, значительно сужен. По своему звучанию он ближе именно к высокочастотным устройствам, так как в корпусе телефона нет дополнительного пространства для установки толстых магнитопроводов.
Устройство динамика в мобильном телефоне отличается не только размерами, но и отсутствием независимости. Возможности устройства ограничиваются программным обеспечением. Это сделано для защиты конструкции динамиков. Многие снимают этот лимит вручную, а потом задаются вопросом: «Почему хрипят динамики?»
В среднестатистическом смартфоне устанавливают два таких элемента. Один разговорный, другой музыкальный. Иногда их объединяют для достижения эффекта стерео. Так или иначе, достичь глубины и насыщенности в звучании можно лишь с полноценной стереосистемой.