Решения Platinum – в жизнь, статья. Журнал "WHAT HI-FI?"

В январе на выставке CES в Лас-Вегасе английская компания Monitor Audio представила широкой публике обновленную старшую серию АС Platinum II. А месяцем раньше команда Monitor Audio пригласила нас посетить штаб-квартиру компании, взглянуть на новинку и познакомиться с тем, как устроен процесс создания АС.

Штаб-квартира компании Monitor Audio расположена на юге графства Эссекс в городе Рейли и занимает целиком одно крупное здание, а также арендует часть соседнего. Здесь расположены отделы дизайна и разработки, исследований, отделы продаж и логистики, а еще большой склад, где хранится часть готовой продукции, предназначенная для реализации в Англии и соседних странах. Основная фабрика находится в Китае и, хотя не принадлежит компании Monitor Audio, выполняет только её заказы в течение вот уже 11 лет. Применение современных средств автоматизированного проектирования и производства, использование системы управления качеством и непрерывное сотрудничество инженерного и производственного отделов обеспечивает высокое качество выпускаемой продукции. В частности, китайская фабрика располагает точно такой же безэховой камерой и измерительным оборудованием, в том числе системой лазерной интерферометрии Klippel, что и главный офис Monitor Audio. Некоторые детали АС изготавливаются европейскими субподрядчиками, располагающими соответствующей технологической базой – например, композитные диффузоры динамиков для обновленной серии АС Platinum II производятся в Германии.

От гайки до колонки

Проектирование новой АС в Monitor Audio начинается не с расчетов инженера-акустика, а с вдохновения дизайнера. Он выполняет первые скетчи – эскизы, далее создают модели из «голубого пенопласта», а затем более подробные компьютерные 3D-модели. Эти модели показывают сотрудникам разных отделов, в том числе маркетинга, собирают отзывы и, если необходимо, вносят коррективы. Только теперь к работе подключается инженерный отдел: его сотрудники анализируют и корректируют предложенное, создают подробные 3D-модели АС и всех составляющих деталей, проводят математическое моделирование всех процессов, протекающих в виртуальной АС, ее динамиках и фильтрах, оптимизируют конструкцию всех элементов; и после этого выполняют подробные чертежи и отправляют их на завод. Для ЗD-проектирования, электронного макетирования, визуализации и создания цифровых прототипов используется комплекс программ Autodesk Product Design Suite, включающий Autodesk Inventor. При помощи этого ПО создаются точные цифровые модели всех деталей АС, которые затем материализуются из металла, дерева и пластика на станках с ЧПУ. Даже такие мелкие детали, как крепежные винты, проектируются и производятся в расчете на конкретную модель АС, поскольку использование стандартного крепежа может повлечь неоптимальное изменение конструкции АС.

«Раньше мы делали полноразмерные прототипы АС в нашей мастерской, – рассказывает Дин Хартли, технический директор Monitor Audio, – но сейчас в этом нет необходимости, т. к. современные программы 3D-моделирования и визуализации позволяют создавать фотореалистичные модели и оценивать их без физического воплощения. Иногда мы используем 3D-печать при моделировании небольших деталей сложной формы, вроде настенного кронштейна для АС, чтобы «повертеть» модель в руках и убедиться, что все сделано правильно. Мы не «печатаем» прототипы крупных деталей и, тем более, АС целиком, так как для этих задач нужны большие 3D-принтеры, а они все еще очень дорого стоят. К тому же настоящие станки на массовом производстве не могут эффективно воспроизводить любые прототипы, созданные 3D-принтером. Поэтому 3D-модели и чертежи всех деталей АС еще на этапе проектирования отправляются в виде файлов на фабрику, где их оценивают на соответствие возможностям производственных линий и, если необходимо, корректируют».

Инженеры компании самостоятельно осуществляют схемотехническое проектирование и разрабатывают ПО электронных модулей, встраиваемых в активные АС, например DSP кроссоверов сабвуферов или их интерфейсов для подключения к единой системе управления «умного дома». Помимо разъема RS232 сабвуферы серии Platinum II оснащены интерфейсом USB, который может использоваться для расширенной настройки параметров работы посредством специального ПО, устанавливаемого на персональный компьютер. В ближайших планах инженеров стоит разработка беспроводного модуля управления для сабвуфера и сопутствующего ПО для смартфонов и планшетов. Также ведется разработка активных АС среднего ценового диапазона.

Свой динамик ближе к делу

Все динамики, используемые в АС серии Platinum II, разработаны и произведены компанией Monitor Audio. При разработке динамиков активно используется ПО COMSOL Multiphysics. Этот программный пакет позволяет проводить одновременное моделирование всех процессов (акустических, электрических, тепловых и механических), протекающих в головках громкоговорителей, их узлах и АС целиком. Такое моделирование весьма достоверно описывает работу реальных динамиков, и его точность определяется в основном точностью входных данных, описывающих физические свойства используемых в конструкции материалов. Команда разработчиков Monitor Audio располагает обширной базой данных свойств различных материалов. В базу сведены данные о свойствах всех материалов, использованных во всех проектах компании за последние 5 лет. В процессе работы над новыми моделями АС эти данные непрерывно корректируются, и этим достигается высокая точность соответствия произведенных динамиков и АС их цифровым прототипам. Все это снижает издержки и немного сокращает сроки разработки новых продуктов.

«Если раньше серийному образцу предшествовало 5-6 опытных образцов (физических прототипов), – вспоминает Дин Хартли, – то сейчас один или два». Например, на этапе предварительного проектирования АС серии Platinum II разработчиками было принято решение использовать в качестве ВЧ-динамика излучатель Хейла. Инженеры Monitor Audio изучили все варианты таких излучателей, производимые другими компаниями, и обнаружили, что эти разные динамики роднит не только конструкция и известные достоинства, но и общие недостатки: неравномерная АЧХ с несколькими узкими провалами и значительным подъемом в области выше 20 кГц. Естественным было предположить, что общие свойства динамиков проистекают из их общей конструкции. И для тогочтобы ответить на вопрос, как можно устранить эти недостатки конструкции, не растеряв ее достоинств, инженеры с помощью COMSOL создали подробную модель излучателя Хейла, производимого компанией Adam Audio. Цифровой прототип динамика Adam продемонстрировал сходные с реальным динамиком характеристики. Анализ и последующие эксперименты по модификации конструкции цифрового прототипа позволили найти решение этой задачи. В итоге было существенно увеличено количество складок диафрагмы излучателя и уменьшена их высота. Таким образом был создан уникальный ВЧ-динамик, линейная область АЧХ которого простирается почти до 50 КГц, и обладающий высокой чувствительностью, около 94 дБ/Вт. Новый динамик получил название MPD (Micro Pleated Diaphragm).

Принудительное охлаждение

При разработке Platinum II был изобретен новый элемент конструкции динамиков, получивший название Dynamic Coupling Filter (DCF). Этот небольшой кольцеобразный элемент из специального полимера соединяет звуковую катушку и диффузор, выполняя функцию механического фильтра низких частот: на определенных частотах жесткость этого элемента снижается и колебания катушки громкоговорителя не передаются диффузору. Этим обеспечивается естественный плавный спад АЧХ на верней границе частотного диапазона СЧ/НЧ-динамиков и снижение искажений в области раздела частотных полос. Применение элемента DCF улучшает демпфирование собственных колебаний диффузора и охлаждение звуковой катушки громкоговорителя. Компания Monitor Audio получила патент на DCF и планирует использовать его в динамиках АС будущих серий.

Использование пакета COMSOL также позволило усовершенствовать характеристики СЧ- и НЧ-динамиков. Диффузоры НЧ- и СЧ-динамиков RDT II представляют собой «сэндвичи», где между двумя тонкими листами находится объемная сотовая структура из материала Nomex. Ранее эти листы изготавливались из фирменного композитного материала C-CAM, в новой версии, RDT II, он используется только на лицевой стороне мембраны, а ее тыльная поверхность покрыта слоем плетеного углеволокна. Применение углеволокна позволило улучшить демпфирование диффузора и снизить амплитуду изгибных колебаний диффузора, что привело к снижению искажений на 8 дБ на частотах выше 350 Гц. Была оптимизирована форма подвеса диафрагм СЧ-НЧ-динамиков.

Это, а также использование новой технологии склеивания подвесов и диафрагм, позволило снизить на 6 дБ искажения в области 1–4 кГц. Катушки динамиков намотаны на каркасах увеличенного диаметра плоским проводом «на-ребро» с целью обеспечить наиболее плотное заполнение витками катушки магнитного зазора в той области, где магнитное поле наиболее линейно. Снижение нелинейных искажений достигнуто и за счет увеличения размеров магнитной системы, в частности высота магнитного зазора существенно превышает высоту катушки. Магнитные полюса всех динамиков оснащены медными кольцами для снижения вихревых токов и вызванных ими искажений.Конструкция всех динамиков была оптимизирована с целью повысить эффективность (повысить скорость) отвода тепла от звуковых катушек и магнитной системы. В конструкцию СЧ- и НЧ-динамиков был добавлен специальный кронштейн-хвостовик, внешне напоминающий соковыжималку для цитрусовых. Он улучшает охлаждение звуковой катушки (с этой же целью все детали драйверов окрашены специальной краской черного цвета) и снижает избыточное давление воздуха позади диффузора, что также уменьшает искажения.

Пройдет немного времени и многие решения, впервые опробованные в АС серии Platinum достанутся их младшим сестрам: колонкам «золотых», «серебряных» и «бронзовых» серий, а инженеры Monitor Audio возобновят поиск более совершенных технологий для флагманских АС. После посещения центра исследований и разработок в г. Рейли не остается сомнений, что им будет сопутствовать удача, ведь совершенство, как известно, недостижимо…

Подготовлено по материалам журнала "WHAT HI-FI?", март 2016 г. www.whathifi.ru