Hi-Fi БАЗАР

banner myhifi ads

Анкета
Кой е най-важният компонент в една система?
Кой е най-важният компонент в една система?
Трябва да изберете поне един отговор!

Какво е балансен драйвeр

Headphone101 BalancedArmature Photo Main 

"Балансен драйвер" или "балансен говорител" (на английски "balanced armature driver") звучи като доста екзотично понятие, но дали наистина балансните драйвери се срещат рядко?

Всъщност това са едни от най-разпространените видове говорители, които се използват в почти всички по-качествени тапи (слушалките, които се поставят в ушния канал).

Шансът вече да имате слушалки с балансен драйвер или в бъдеще да сдобиете такива, е огромен, за това е добре да знаете как работят. Тук ви представяме една статия на Tyll Herstens от www.innerfidelity.com, в която доста ясно е обяснен принципа на действие на това устройство.

 

Въведение


Технически коректният термин за този тип говорители е "balanced armature receiver" (буквално "ресийвър с балансирана арматура"). Но понеже е малко объркващо за ентусиастите, той е наречен балансен драйвер.

Бях изненадан да науча, че балансните драйвери се срещат още през 20-те години на ХХ век, главно в слушалки. Естествено, тези драйвери били много по-големи и фундаментално различни от днешните устройства. Диафрагмите на тогавашните устройства понякога били направени от слюда.

myhifi.org old balanced armature driver mica

 

Едно от големите предимства тогава (и сега) е, че балансните драйвери са много чувствителни, което им позволява да бъдат задвижвани от много слаби сигнали от радиа или телефони, захранвани от звуков сигнал. Причината балансните драйвери да са толкова чувствителни е, защото подвижната част от системата им е нестабилно балансирана между два магнита и може лесно да се задвижи и да се залепи за магнита. Тази нестабилност прави много бързо и лесно движението с електрически сигнал, правейки го много ефективно. За съжаление тя кара балансните драйвери да проявяват силни резонантни характеристики и трябва да се използват методи за демпфане, за да се отстранят резонантните пикове в честотната храктеристика.

Балансните драйвери в днешните слушалки са двърде различни, отколкото в слушалките от миналото. Концептуално най-голямата разлика е, че съвременните нямат “люлееща” се част като тази, показана в диаграмата горе. Днешните драйвери използват подвижна част, която механично действа като трамплин. Нека погледнем в един типичнен за днешните слушалки балансен драйвер:

1

Анимираната картинка в началото на тази страница ви дава добра представа за това как подвижната част се мърда и задвижва диафрагмата в горната част на драйвера, използвайки задвижващ щифт. Илюстрацията горе показва вътрешността на говорителя с повече детайли.

Идващият аудио сигнал преминава през намотка (1), направена върху подвижната част (2). Електрическият сигнал индуцира магнитен поток в подвижната част, който на свой ред кара краят й да бъде привлечен към един от полюсите на постоянните магнити. Когато електрическият сигнал се променя, подвижната част мърда (горният край на подвижната част с форма на буквата “U” е фиксиран и само долният край се движи нагоре-надолу – нещо като трамплин). Задвижващ щифт (3) в края на подвижната част отвежда движението към диафрагмата (4). Когато диафрагмата се движи нагоре и надолу, тя променя обема на въздуха, затворен над нея (5) и произвежда звук, който излиза през фронталната дюза (6).

 

Амплитудно-честотна характеристика на типичния балансен драйвер

myhifi.org BalancedArmature Graph TypicalBAResponse

Графиката отдясно показва типичната АЧХ на балансен драйвер, измерена на изхода на дюзата, директно свързан измервателната апаратура. Най-общо казано, първият пик, който се вижда, е резултат от комбинираните резонанси на подвижната част, демпферите на подвижната част и вътрешния обем. Вторият пик се дължи на комбинираните резонанси на диафрагмата и мембраната, дупките за настройка на мембраната, горният обем, филтърa на дюзата, тръбичката между дюзата и измервателния микрофон, и демпфащите филтри в тръбичката.

 

Разновидности на дизайна

Един поглед върху гамата продукти на Knowles и Sonion и ще разберете, че тези устройства идват в много форми, размери и вътрешни конфигурации. Ефективност, честотен обхват, тонален характер и здравина, всичко това се влияе от различни променливи в дизайна. Ето някои от важните променливи, използвани за контрол на звука при балансните драйвери

 

Вътрешен обем

myhifi.org balanced armature driver volumeРазмерът и вътрешният обем на балансния драйвер упражняват силен ефект върху максималните изходни нива. Колкото по-голям е ресийвъра с БА, колкото по-голяма е дифрагмата, толкова повече въздух може да мести, правейки го потенциално с по-силен звук от по-малките такива.

Освен това, колкото по-малък става вътрешният обем, толкова по-малка и трудно подвижна става диафрагмата, което води до намаляване отклонението й при задвижване. Някои балансни драйвери имат малки вентили в кутията под диафрагмата, за да увеличат вътрешния обем, което да доведе до възпроизвеждане на по-силен звук.

 

Вариации в подвижната част

Основно за представянето на един балансен драйвер е подвижната част, която до голяма степен определя масата и подвижността на цялата акустична система и резултиращите от това ефективност и резонансни характеристики на драйвера. Най-общо казано, за да оптимизирате ефективността на драйвера в ниските честоти, вие напасвате твърдостта на подвижната част към вътрешния обем и твърдостта на мембраната. За да се максимизира възпроизвеждането на ниски честоти увеличавате масата на подвижната част като така позволявате да се създава по-голям магнитен поток. А за да оптимизрате за възможно най-широк спектър честоти, намалявата масата и увеличавате твърдостта й.

myhifi.org balanced armature driver thickness

 

В илюстрацията отгоре тъмносинята линия е стандартен ресийвър Sonion 26A01C. Светлосинята линия използва „широколентовата” подвижна част на 2600, която е по-дебела, за да се увеличи твърдостта но също така е и по-тясна, за да се намали масата. Оранжевата линия показва увеличен бас, постигнат с висока маса на подвижната част, с цел увеличение на способността за създаване на по-голям магнитен поток (тази подвижна част не е показана).

 

Вариации на диафрагмата

Подобно на подвижната част диафрагмата също има твърдост и резонансни характеристики, които могат да бъдат напасвани. Диафрагмите на балансните драйвери обикновено са малки метални плочки или форми с конструкцията на трамплин. Тънка мембрана запълва пространството между диафрагмата и стените на кутията и изпълнява ролята на окачване и акустична преграда между горния и долния обем.

myhifi.org ba driver membrane

 

Най-общо, поставянето на диафрагмата възможно най-високо ще увеличи долния обем, позволявайки на драйвера да свири по-силно. По-голяма площ на диафрагмата дава по-високa производителност, но увеличената маса ще ограничи производителността във високите честоти. Резонантните пикове са неизбеждни с ресийвърите с БА, но твърдостта на мембраната и масата на диафрагмата могат да бъдат регулирани, за да се модифицира позицията, относителната амплитуда и Q на резонантните пикове.

 

Стабилизиране на подвижната част

Балансните драйвери могат да бъдат много чувствителни към механичен шок. Ако изпуснете слушалки с такива говорители върху твърда повърхност, ударът може да накара крехката подвижна част да се огъне повече отколкото трябва и да се деформира в една посока, което резултира в значително увеличение на изкривяванията и загуба на сила.

За да се предотврати това производителите често слагат малки амортисьорчета в постоянния магнит, които ограничават движението на подвижната част. За съжаление това съща ограничава изходните нива.

Скорошна разработка на Knowles използва ферофлуид между постоянните магнити и подвижната част с цел демпфане и ограничаване движението на арматурата. В илюстрацията долу можете да видите двете капки ферофлуид между подвижната част и магнита. Капките стоят на мястото си само благодарение на магнитното поле. Демпфането и удароустойчивостта могат да се модифицират чрез регулиране на количеството течност, което е вкарано.

myhifi.org ba driver ferrofuid

myhifi.org ba driver ferrofuid 1

 

Графиката горе показва промените в АЧХ с увеличаващи се количества ферофуид, вкаран между магнитите и подвижната част. Този метод също намалява резонантните пикове без да засяга чувствителността. Друго предимство на този метод е, че той предизвиква заглушаване на всички резонанси и на драйвера, и онези, появяващи се в тръбите след него. Проблемът със слагането на филтър в изхода на балансен драйвер е, че той може да сe запуши с ушна кал с течение на времето. Използването на ферофуид позволява конструкции без податливи на запушване вътрешни филтри.

 

Фина настройка на балансен драйвер

 

myhifi.rg balanced armature driver fine tunning

 

Точно преди един балансен драйвер да бъде напълно сглобен, има един последен шанс за фина настройка, за да се направят различни варианти на един единствен модел. Акустичният филтър може да бъде поставен в дюзата, което най-общо казано намалява амплитудата на първия пик. Могат да бъдат пробити много малки дупчици в мембранното окачване на диафрагмата (с лазер), което намялава втория пик и баса. А може да бъде направена и комбинация от двете.

 

 

Методи за външна настройка

Колкото сложен е този метод, още по-сложно става, когато се опитаме всъщност да използваме тези устройства в слушалки, които се поставят в ушния канал. Тръбите, които излизат от дюзата на ресийвъра до изходния порт към ухото имат ефект върху честотната харктеристика. Общата дължина и диаметърът на тръбата ще промени звуковия профил, както биха го направили и различни филтри за акустична настройка и техните позиции в тръбата.

Многобройни различни драйвери и кросоувъри могат да бъдат използвани, за да се извае амплитудно-честотната характеристика, каквато не може да се получи с един драйвер. Нека видим:

Дължина на тръбата

myhifi.org balanced armature driver tubing lenghtГрафиката отдясно показва честотната характеристика на балансен драйвер Sonion 26A005 с ралични дължини на тръбите.Имайки предвид, че първият пик са вътрешните резонанси, а вторият е резонансът на тръбата, можете да видите, че резонансът на тръбата отива към по-ниски честоти, когато тръбата се удължава. Най-общо, дизайнерите биха искали вторият пик да се разположи добре между основния резонанс на 2Khz и резонансите на ушния канал, които се появяват на 10kHz и нагоре (в зависимост от дълбочината на поставяне на слушалката). Най-често срещаната дължина на тръбите е 10мм.

 

 

 

 

 

Диаметър на тръбата


myhifi.org balanced armature driver tube diameterЗа разлика от удължаването на тръбата, което повдига резонантните пикове, диаметърът й с увеличаването си „изгърбва” повече кривата на ниските и средните високи.
На графиката отдясно можете да видите, че честотната характеристика в тази област става по-вълниста с увеличаване на диаметъра на тръбата от 1.35 до 1.91мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Демпфащи филтри в тръбата


Подобно на ефекта от намаляване на диаметъра на тръбата, демпфащите филтри ограничават въздушния поток в тръбите и намаляват нивото между 1kHz и 8kHz. В графиката долу можете да видите, че тези филтри поради това, че действат като съпротивителни елементи, се измерват в омове!

2

 

 

Филтрите в тръбите също имат различен ефект в зависимост от това в коя част на тръбата са поставени.

3

 

Когато са разположени близко до драйвера, малкото количество въздух в тръбата е относително плътно, позволявайки изхода на драйвера ефективно да избутва въздух през филтъра. Когато филтъра в по-далеч от драйвера, еластичността на въздуха прави по-трудно избутването на звука през филтъра, което резултира в по-тих звук.

 

Настройки на повече от един драйвер

Използването на много драйвери с кросоувъри позволява на дизайнерите на слушалки да създават сложни модификации на кривата на AЧХ, каквито не биха били възможни при един драйвер с методите, споменати по-нагоре. Може да бъдат сложени нискочестотни драйвери, които да повдигнат нивото на баса и да възпроизвеждат ниски тонове с по-малко изкривявания. Могат да бъдат поставени високочестотни такива, за да се изтегли още високочестотния обхват (широколентовите драйвери имат проблеми с обхвата над 10kHz)

myhifi.org balanced armature drivers sony xba

 

Горните графики показват опростена версия на това как Sony настройват тяхната XBA серия тапи чрез прибавяне на повече драйвери.

 

Обобщение

Балансните драйвери не са особено линейни устройства и страдат от значителни резонансни проблеми. Но понеже имат много малък размер и висока ефективност, те са атрактивни за слушалки, предназначени за ушния канал и за производителите на слухови апарати.

За щастие на разположение на производителите има много методи за акустично демпфане и контрол на честотната крива. В добавка, многобройни драйвъри с кросоувъри позволяват на производителите да настройват още по-добре звука на своите слушалки.

Моля, бъдете внимателни със своите слушалки с балансни говорители, изпускането им върху твърди повърхности може да развали звука им необратимо.

Искам да благодаря на Knowles и Sonion за направата на чудесните обяснения и технически бюлетини, на практика цялата информация в тази статия може да бъде намерена в по-задълбочен вид на техните уебсайтове. Наистина е удоволствие, когато производителите отделят време да обясняват ясно своите продукти.

 

Още по темата: тук можете да видите принципа на действие на най-разпространения тип динамични говорители.