Медико-акустическое исследование причин нежелания применять трансформаторы Оскара Хейла при конструировании АС
Занимаясь многолетними изысканиями в области точной бытовой акустики и дозвуковой аудиопатологии, пришел к слабоутешительному выводу, что «окадемики»-самоучки практически не знакомы с научными трудами слабовидящего физика-оптика Оскара Хейла (и по совместительству младшего брата того самого Оскара, который лихо раздавал премии всем желающим заокеанским киноделам).
Важное замечание: термин «окадемик» придумал не я, а другой уважаемый мною человек – синьор Алессандро Бокарини, когда дал добрую оценку трудов одного акустика (и талантливого самоучки): “Хвала Небесам, появился новый Окадемик!...” Следует уточнить, что «Академик» может жить где угодно, а «Окадемик» – только на реке Ока, откуда и черпает добрую энергию знаний этой красивой реки.
Вернемся к нашим (и Вашим) Оскарам с Хейлами: тот Оскар был малоизвестным физиком-двоечником, пока не изобрел так называемый акустический трансформатор, которому потом незаконно присвоил свое имя (или фамилию). Хейл родился и жил в Америке, но вел разгульно-акустический образ жизни и часто бывал в Европе, где тусил на научных сборищах себе подобных ученых. Особенно часто Хейл бывал в Париже, где впервые услышал как играет французский трехрядный аккордеон. Звучание мехового инструмента заворожило Хейла, но он так и не смог понять причину появления звуков. После очередного ресторанного симпозиума (скорее винпозиума) Оскара озарило: звук излучается вибрирующими складками мехов инструмента, которые сжимаясь или растягиваясь, выталкивают или втягивают воздух! Частота сжатий-растяжений определяет высоту тона, а амплитуда – громкость звучания инструмента. Чувствуя, что стоит на пороге великого открытия, Хейл, ни слова не говоря, полетел обратно в свою лабораторию в Америке, чтобы провести необходимые опыты.
Так как работать руками Хейл не любил, то для привода мехов решил привлечь электромагнитные силы, изобретенные Ампером совместно с братом Андрэ и сестрой Мари. Хейл сложил гармошкой лист плотной бумаги формата А3, а на складки скотчем присобачил медную изолированную проволоку на основе ориентированного проката. Всю эту конструкцию ученый поместил в поле большого постоянного магнита из кобальта, так как неодим в Китае еще не успели открыть. Этот неодим валялся там на каждом углу в виде камней и никому был на хрен не нужен …
Хейл догадался пропустить через проволоку постоянный ток – гармошка сжалась, Хейл изменил направление тока – гармошка растянулась. Мир стоял на пороге большого электро-акустического открытия! Тогда Оскар пропустил через катушку ток дозвуковой частоты и … ничего не услышал. Понимая, что дал Маху (изобретателю аэродинамического числа Маха) повод усомниться в своей учености, Хейл увеличил частоту тока до звуковых значений и … бумажная гармошка заиграла, как гусли-самогуды! Так родился новый преобразователь переменной силы Ампера в в знакопеременное звуковое давление.
Забегая вперед, скажу, что трансформаторы Хейла (далее по тексту ТХ) бывают трех типов: дозвуковые (скорость вылета рабочего тела из складок меньше местной скорости звука, то есть число Маха меньше мнимой акустической единицы), звуковые (скорость вылета равна местной скорости звука – число М равно единице) и сверхзвуковые (скорость вылета воздуха превышает местную скорость звука в вакууме, то есть M больше и даже толще единицы). Потом Хейл с трудом выяснил, что его трансформаторы не компрессируют тыловой (замембранный) объем излучателя, так как половина складок сжимается, а другая половина растягивается – то есть общий объем всегда остается величиной постоянной. Именно поэтому первая резонансная частота этих излучателей лежит в области отрицательных частот (при этом действительная часть Re комплексной частоты равна абсолютному нулю, а мнимая Im может принимать любые отрицательные значения вплоть до постоянной Планка. Но здесь мы вторгаемся в особый и малоизученный раздел физики – квантовую акустику, по которой у меня была твёрдая двойка с минусом, то есть «банан»).
Краткосрочные выводы:
ТХ (не все, а только сверхзвуковые) обладают отрицательной резонансной частотой.
ТХ поляризуют звуковые волны в зависимости от ориентации складок гармошки.
Легкие складки гармошки имеют малую инерцию, что позволяет получить прекрасные импульсно-переходные характеристики.
ТХ с четным числом складок подавляют четные гармоники динамика, а ТХ с нечетным числом складок – нечетные. Соответственно, для ТХ с четным числом складок рекомендуется применять ФВЧ четных порядков, а для «нечетноскладочных» – ФВЧ нечетных порядков (кроме нулевого и первого).
ТХ свободны от эффекта присоединённой массы (в отличие от купольных ВЧ динамиков) из-за того, что складки гармошки сжимаясь-расжимаясь, просто «выплёвывают» из себя воздух, не давая ему присоединиться к гармошке. А к тяжелой мембране купольного динамика воздух присоединяется с двух сторон, ещё более утяжеляя купольную мембрану. Замечу, что присоединённая масса имеет свой грубый «аналог» в аэродинамике: это слой заторможенного обшивкой ЛА воздуха (пограничный слой), который больше мешает, чем помогает, о чём тот самый Мах и предупреждал. В своё время было выдано авторское свидетельство на изобретение для купольного динамика, у которого отсутствует присоединённая масса воздуха. Формула изобретения такова: динамик помещают в герметичный акустически прозрачный бокс, из которого выкачивают воздух. Одна фирма из Оклахомы даже выпустила крупную серию АС с такими ВЧ динамиками...
Пункт отсутствует
Переход на закритические (сверхзвуковые) режимы работы гармошки вызывает кавитационные явления, приводящие к резкому росту КНИ. Но мы и не на ревущем концерте, которые любят посещать оглохщие поклонники музыки, а дома, где уровни звуковых давлений на перепонки много меньше. Тем, кто не любит излучатели Хейла, можно посоветовать пристроить к ним знаменитую трубу (рупор) физика Роберта Вуда (собутыльника большого друга Хейла) для повышения громкости.
Уже этих выводов должно хватить, чтобы преодолеть нейронную инерцию слабоакустического мышления профессиональных акустиков-самоучек, затуманенного вдобавок традиционной выпукло-вогнутой формой купольного ВЧ динамика с акустически непристойной массой мембраны. Вполне понятно, что сжимать-расжимать складки гармошки энергетически выгоднее, чем толкать вперед-назад относительно тяжелый да ещё и выпуклый купол традиционного ВЧ-динамика. Повторюсь, что именно акустическая инерция подсознания не позволяет раз и навсегда отказаться от привычно-ущербных форм акустической лени при разработке АС.
Применение ТХ накладывает некоторые ограничения и на детали ФВЧ, а именно на конденсаторы, работа которых основана на протекании через обкладки тока смещения. Применение электролитических неполярных конденсаторов категорически недопустимо из-за наличия большой доли ионного тока проводимости. Ток проводимости вызван наличием электролита с его тяжелыми ионами (масса иона на порядки больше массы даже самого маленького электрона, а ведь вибрация электронов с частотой поля и несет нам тот самый благостный звук!) Самый плохой вариант получается при долгом применении электролитов, так как тяжелые ионы, мигрируя со временем, оседают на складках мембраны ТЧ, увеличивая её массу!
Следует сказать, что тяжелые ионы электролита просто не поспевают за изменениями электрического поля и именно поэтому вносят паразитный фазовый сдвиг относительно фазы тока, протекающего через такой конденсатор. Помимо этого медлительные ионы приводят к мутному и вялому звучанию на СЧ и ВЧ, а оно вам надо? Поэтому применяйте в фИльтрах (а не в фильтрАх) конденсаторы только с проверенными диэлектриками: воздух, стекло, слюда, фторопласт, лавсан, ориентированный полиэтилен или пропитанный фторопластовым маслом папирус (можно бамбук, тростник) и т. п. Маленькое замечание: ток смещения получил своё название из-за того факта, что разноименно заряженные обкладки конденсатора испытывают механическую силу притяжения, которая стремится сблизить (то есть сместить) обкладки. Первые изобретатели почувствовали это на своих руках, прижатых заряженными до больших киловольт обкладками конденсатора: был сильный механический удар по рукам и хороший разряд тока по нервам «окадемиков»-первооткрывателей лейденской банки! Известное выражение «сплясать танец Ампера» означает не что иное, как попасть под действие электрического тока.
Призываю всех аудиостроителей не попадать под действие тока (чтобы не плясать танец Ампера) и активнее применять в своих конструкциях так называемые излучатели Оскара Хейла, которые без его согласия в достаточных количествах выпускает китайский аудиопром. Есть ещё спорное мнение ввести акустический мораторий на применение купольных и конусных ВЧ динамиков лет на пять, чтобы дать зелёный свет другим формам акустической жизни в области высоких звуковых частот.
Кроме того, хочу выразить уверенность в том, что данная заметка зародила зерно (не)здорового сомнения в правильности изложенного материала и через это поможет трезвомыслящим радиолюбителям избавиться от депрессивно-акустического психоза при конструировании своих АС на базе ТХ, а главное – не позволит бездумно применять в ВЧ фИльтрах полярно-биполярные электролиты, которые вовсю ставятся в фильтрА лицами без электроакустического образования. Уверен, что данная заметка поможет (пусть и на короткое время) отвлечься от темных мыслей ненастоящего времени.
