Как сделать саб с пассивным излучателем самому. Азы акустики для чайников: типы акустического оформления колонок

Впервые пассивный излучатель был описан Гарри Олсоном (Harry Olson ) в патенте 1935 года «Громкоговоритель и способ передачи звука». На рынке домашней аудиоаппаратуры акустические системы с пассивным излучателем получили сравнительно умеренное распространение, а в автомобильном аудио не применялись вообще. Но недавно два известных производителя аудиооборудования для автомобильной промышленности Boston Acoustics и Eathquake начали применять пассивные излучатели, переняв опыт их использования из систем домашней аудиоаппаратуры.

Внешне пассивные радиаторы выглядят обманчиво, поскольку похожи и даже двигаются подобно обычному сабвуферу. Но это так кажется только с наружной стороны акустической системы. Как следует из названия, в этих излучателях отсутствует «привод». Другими словами, нет звуковой катушки, магнита, центрирующей и торцевой шайб, гибкого подвода и клемм подключения. Пассивные излучатели - по существу неподключенные головки динамиков, поэтому размещаются в паре с подключенным низкочастотником в одном корпусе. Системы с пассивными излучателями относится к разновидности корпусов с отверстием или портом, т.е. есть фазоинверторного типа. Математически они идентичны, только вместо порта используется диафрагма. Основным в пассивных излучателях следует отметить два параметра: вес и жесткость диафрагмы.

Вес является ключевым элементом при конструировании и должен точно рассчитываться для правильной работы фазоинвертора, поскольку может изменить резонансную частоту и, соответственно, настройку всего корпуса. Жесткость диафрагмы определяется сочетанием упругости материала подвеса и объемом воздуха внутри камеры корпуса.

Пассивные излучатели настраиваются для резонирования на частоте ниже диапазона линейной характеристики действующего низкочастотника. Рабочий диапазон пассивного излучателя лежит между величинами на 1/4 октавы выше и ниже значения резонанса. Это означает, что совместная работа низкочастотника и пассивного излучателя способны произвести расширение басового диапазона примерно на пол-октавы. Разумеется, данный принцип действует при наличии правильной настройки излучателя. Крутизна наклона АЧХ довольно крутая - 18 дБ/октава.

Оба диффузора: активный и пассивный могут перемещаться синфазно, со смещением относительного колебания, вплоть до противофазного. Сохранение синфазности колебаний обоих конусов было бы идеальным в порядке усиления выхода низкочастотного динамика, но по своей физике такой вид резонансной системы невозможен.

Преимущественно распространены системы с пассивным излучателем большего, чем активный динамик, диаметра. Это позволяет низкочастотнику сравнительно меньшего диаметра улучшить характеристику в диапазонах верхнего и среднего баса. В этом случае также расширяется нижний диапазон воспроизведения, но требуется другая конструкция корпуса.

Как и любое конструктивное решение, пассивный излучатель имеет некоторые недостатки. В вышесказанном отмечалось, что радиатор способен репродуцировать тона в противофазе, то есть со сдвигом 180° относительно акустических колебаний динамика. В зависимости от произведенной частоты, взаимного расположения пассивного излучателя и активного - в частотной характеристике могут наблюдаться несколько провалов. Чем длиннее диапазон, где полная АЧХ не включает каких-либо внезапных изменений или разрывов, человеческий слух этих провалов не обнаружит.

Другая внутренняя проблема заключается в большой крутизне наклона амплитудно-частотной характеристики. АЧХ ниже частоты настройки пассивного излучателя резко падает. Дополнительно, упругие свойства воздуха в корпусе спикеров уже не восстанавливают движения излучателя и особенно низкочастотника ниже резонанса пассивного излучателя. В подобном режиме не исключена даже возможность повреждения как активного низкочастотника, так и пассивного излучателя.

В настоящее время существуют перспективные разработки пассивных излучателей, в которых имеется регулируемый набор грузов для диффузора в целях более легкой настройки. Также немаловажен правильный выбор НЧ-динамика с невысокой полной добротностью (Q TS =0,2-0,4) и соответствующей конструкции корпуса.

История происхождения туннельного фазоинвертора берет свое начало в 1930 году от акустического лабиринта Стромберга-Карлсона (Stromberg-Carlson ). Этот лабиринт состоял из длинной трубы, на одном конце которой была вмонтирована головка динамика, а другой конец оставался открытым. Площадь поперечного сечения открытой части равнялась площади головки. Эксперименты 1960-х годов по изменению скорости звука в зависимости от внутреннего покрытия различными типами демпфирующих материалов и варьирование формой трубы определили современный стандарт конструкций корпуса этого типа.

Туннельный фазоинвертор представляет собой длинную камеру с обратной стороны громкоговорителя.

В противоположном конце туннеля имеется пропускной канал или отверстие (в основном, с размером диафрагмы головки динамика) выходящий в наружную сторону корпуса. Правильно спроектированный туннельный фазоинвертор устраняет фазовое взаимогашение звуковых волн динамика. Несмотря на это, данные устройства пока еще мало распространены в caraudio из-за их размера и сложности размещения. Конструкция состоит из вытянутого контура, изготовленного с целью устранения стоячих волн и резонансов, типичных для других корпусов АС. Подавление стоящих волн защищает головку динамика от вредного влияния отраженных волн, которые являются причиной искажений и разрушения диффузора.

Протяженность туннеля нарушает синхронизированное движение воздуха внутри камеры, которое ослабляет колебания фронтальной волны. Изменением длины туннеля и настраивается камера, аналогично настройке открытой с одного конца трубы соборного органа. Это основано на явлении фазового сдвига колебаний акустических волн. Фазовый сдвиг тыловой звуковой волны (низкочастотника) усиливает фронтальную волну на низких частотах, где последняя начинает ослабляться вследствие увеличения сопротивления воздуха в этом диапазоне.

Демпфирование туннельного фазоинвертора в отличие от воздушного сопротивления закрытого корпуса, не ограничивает движения диффузора. В результате он эффективнее и резонансного фазоинвертора. Точность воспроизведения и линейность амплитудно-частотной характеристики также имеют высокие показатели. Конструирование корпусов таких фазоинверторов требует соответствия расчетам и аккуратной настройки. Обычно применяемые головки динамиков имеют невысокие значения полной (Q ts =0,2-0,4) и электрической (Q es =0,3-0,4) добротности на низком значении частоты собственного резонанса. Длина хода тыловой акустической волны является индивидуальной для данного корпуса и определяется дробной частью длины волны на резонансной частоте низкочастотника. Например, если резонансная частота используемого динамика туннельного фазоинвертора равняется 40 Гц, длина волны составит примерно 8,61 м. Канал внутри туннеля должен составлять 1/4, 1/2 или 3/4 часть от этой величины и равняться 2,15, 4,31 или 6,46 м, соответственно. Вследствие таких значений, туннель часто сворачивают в лабиринт для большей компактности. Уменьшению фактической длины способствует правильное наполнение демпфирующим материалом, например шерстью.

В некотором смысле акустическое оформление четвертого порядка (фазоинвертор пассивного излучателя и туннельный фазоинвертор) не является достаточно удобным для компонентного применения в автомобильном аудио, но представляет альтернативу существующим корпусам сабвуферов.

Характерная особенность контрапертуры в том, что звук, приходящий к слушателю фактически со всех сторон, хотя и создает впечатляющий эффект присутствия, не может в полной мере передать информацию о звуковой сцене. Отсюда рассказы слушателей об ощущении летающего по комнате рояля и прочих чудесах виртуальных пространств.

Контрапертура

Плюсы: Широкая зона эффектного объемного восприятия, натуралистичность тембров благодаря нетривиальному использованию волновых акустических эффектов.

Минусы: Акустическое пространство заметно отличается от звуковой сцены, задуманной при записи фонограммы.

И другие...

Если вы думаете, что на этом список вариантов оформления колонок исчерпывается, значит вы сильно недооцениваете конструкторский энтузиазм электроакустиков. Я описал только наиболее ходовые решения, оставив за кадром близкую родственницу лабиринта - трансмиссионную линию, полосовой резонатор, корпус с панелью акустического сопротивления, нагрузочные трубы...

Nautilus от Bowers & Wilkins - одна из самых необычных, дорогих и авторитетных в плане звучания акустических систем. Тип оформления - нагрузочные трубы

Подобная экзотика встречается довольно редко, но иногда она материализуется в конструкции с действительно уникальным звучанием. А иногда и нет. Главное не забывать, что шедевры, как и посредственности, встречаются во всех оформлениях, что бы ни говорили идеологи того или иного бренда.

В этой статье мы посмотрим, как сделать сабвуфер своими руками, не вникая в недра электроакустики, не прибегая к сложным расчетам и тонким измерениям, хотя кое-какие проделать все равно придется. «Без особых сложностей» не значит «тяп-ляп на кирпич, гони, бабка, могарыч». В наши дни на домашнем компьютере можно моделировать очень сложные акустические системы (АС); ссылку на описание этого процесса см. в конце. Но работа с готовым устройством по наитию дает то, чего не получишь никаким прочтением и просмотром – интуитивное понимание сути процесса. В науке и технике открытия на кончике пера совершаются редко; чаще всего исследователь, набравшись опыта, «нутром» начинает понимать, что там к чему, и уж тогда ищет математику, подходящую для описания явления и вывода расчетных инженерных формул. Многие великие с юмором и удовольствием вспоминали свои первые неудачные опыты. Александр Белл, напр., катушки для своего первого телефона пытался поначалу мотать голым проводом: он, музыкант по образованию, просто не знал еще, что проволоку под током нужно изолировать. Но телефон Белл все-таки изобрел.

О компьютерных расчетах

Не думайте, что JBL SpeakerShop или др. программа расчета акустики выдаст вам единственно возможный самый-самый правильный вариант. Компьютерные программы пишутся по устоявшимся проверенным алгоритмам, но нетривиальные решения невозможны только в богословии. «Все знают, что так делать нельзя. Находится болван, который этого не знает. Он-то и делает изобретение» – Томас Альва Эдисон.

SpeakerShop появился не так давно, разработано это приложение весьма основательно и то, что пользуются им очень активно, безусловный плюс как разработчикам, так и любителям. Но чем-то теперешняя ситуация с ним похожа на историю с первыми фотошопами. Кто юзал еще винду 3.11, помните? – тогда по обработке картинок просто с ума сходили. А потом оказалось – чтобы сделать хороший снимок, нужно все-таки уметь фотографировать.

Что это и зачем?

Сабвуфер (попросту – саб) в дословном переводе звучит курьезно: подгавкиватель. Реально же это басовый (низкочастотный, НЧ) динамик, воспроизводящий частоты ниже прим. 150 Гц, в специальном акустическом оформлении, ящике (коробе) достаточно сложного устройства. Сабвуферы применяются и в быту, в напольных высококлассных АС и недорогих настольных, встроенные и в автомобилях, см. рис. Если получится сделать сабвуфер, верно воспроизводящий басы, можно смело браться за , т.к. воспроизведение НЧ, пожалуй, самый жирный из китов, на которых стоит вся электроакустика.

Компактное НЧ-звено АС сделать много труднее чем СЧ и ВЧ (средне- и высокочастотные) во-первых, из-за акустического короткого замыкания, когда звуковые волны от фронтальной и тыльной излучающих поверхностей динамика (головки громкоговорителя, ГГ) гасят друг друга: длины волн НЧ – метры, и без надлежащего акустического оформления ГГ ничто не мешает им тут же сойтись в противофазе. Во-вторых, спектр искажений звука на НЧ тянется далеко в лучше всего слышимую область СЧ. В сущности любая широкополосная АС есть НЧ-звено, в которое встроены СЧ и ВЧ излучатели. Но к сабу уже с точки зрения эргономики предъявляется дополнительное требование: сабвуфер для дома должен быть как можно компактнее.

Примечание: все виды акустического оформления НЧ ГГ можно разделить на 2 больших класса – одни гасят излучение с тыла динамика, вторые переворачивают его по фазе на 180 градусов (оборачивают фазу) и переизлучают с фронта. Сабвуфер, в зависимости от свойств ГГ (см. далее) и требуемого вида его амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) может быть построен по схеме того или иного класса.

Направление на звуки ниже 150 Гц человек различает очень плохо, поэтому в обычной жилой комнате саб можно поставить в общем где угодно. СЧ-ВЧ АС (сателлиты) акустики с сабвуфером получаются очень компактными; их расположение в комнате возможно подобрать оптимальным для данного помещения. Современное жилье избытком площади и хорошей собственной акустикой, мягко говоря, не отличается, и «приткнуть» в нем правильно хотя бы пару хороших широкополосных колонок возможно отнюдь не всегда. Поэтому изготовление сабвуфера самостоятельно позволяет не только сэкономить весьма солидную сумму денег, но и получить все-таки чистый, верный звук в этой вот хрущевке, брежневке или современном новострое. Особенно эффективен сабвуфер в системах полнообъемного звука, т.к. ставить 5-7 колонок на полную полосу каждая это уж чересчур и для самых «навороченных» пользователей.

Басы

Воспроизведение басов сложно не только технически. Узенький в общем-то НЧ участок всего спектра звуковых волн неоднороден по своему психофизиологическому воздействию и разделяется на 3 области. Чтобы правильно подобрать басовый динамик и сделать короб для сабвуфера своими руками, нужно знать их границы и значение:

Верхний бас (UpperBass) – 80-(150…200) Гц.
Средний бас или мидбас (MidBass) – 40-80 Гц.
Глубокий бас или подбас (SubBass) – ниже 40 Гц.

Верха

Середина

На мидбасах главная задача при создании сабвуфера – обеспечить в минимальном объеме ящика наивысшую отдачу ГГ, заданную форму АЧХ и ее максимальную равномерность (гладкость). АЧХ, в сторону низших частот близкая к прямоугольной, дает мощный, но жестковатый бас; АЧХ, равномерно падающая – чистый и прозрачный, но слабее. Выбор той или иной зависит от характера прослушиваемого: рокерам нужен звук «злее», а для классики нежнее. В том и другом случае большие провалы и всплески на АЧХ портят субъективное восприятие при формально одинаковых техпараметрах звука.

Глубина

Подбас определяющее влияние на тембр (окраску) звука музыкальных инструментов имеет только для духовых органов в специально для них построенных залах. Сильные подбасовые компоненты характерны для звуков природных и техногенных катаклизмов, сильных взрывов и голосов отдельных видов животных (львиный рык). Свыше 90% людей подбасы или вовсе не слышат, или слышат невнятно. Напр., если принципиально различные по своему характеру звуки тропического урагана и ядерного взрыва отфильтровать от всего, кроме подбасов, то по ним вряд ли кто разберет, что там на самом деле творится. Поэтому домашний сабвуфер почти всегда оптимизируют на мидбас, а остаток подбаса, какой получится, маскирует собственные шумы помещения. Для чего он, кстати, весьма пригоден и чем очень полезен.

Подбас в машине

Эффект маскировки шумов особенно необходим в тесном и зашумленной салоне автомобиля, поэтому автосабвуферы оптимизируются на подбас. Иногда ради этого любители Hi-Fi на скорости отдают сабу весь багажник, ставя туда 15”-18” динамики-монстры на 150-250 Вт пиковой мощности, см. рис. Однако вполне приличный сабвуфер в машину можно сделать и не жертвуя полезным объемом в кузове, см. далее.

Примечание: пиковую мощность динамика часто отождествляют с шумовой, что неверно. На пиковой мощности звук искажен, но еще внятен, т.е. различим по смыслу. Шумовая мощность определяется как такая, на которой динамик может работать определенное время (обычно 20 мин.), не перегорая и не повреждаясь механически. Звук при этом чаще всего бессвязный хрип, отчего такая мощность и названа шумовой. Но в некоторых видах акустического оформления шумовая мощность динамика может оказаться ниже пиковой, см. далее.

Какой нужен динамик?

Полный расчет акустического оформления производится по т. наз. параметрам Тиля-Смолла (ПТС). Поскольку мы решили потратить время и труд на настройку саба, нам из них понадобится только полная добротность головки на ее собственной резонансной частоте Qts, т.к. именно по ней выбирается оптимальный вариант акустического оформления. В зависимости от величины Qts динамики делятся на 4 группы:

Qts<0,5 – «безразличные» сверхнизкодобротные. Очень дорогие, очень низкая отдача, но способны воспроизводить подбасы вплоть до 20-15 Гц. Настройка сабвуфера с такими без звукомерной камеры и специальной измерительной техники невозможна, т.к. резонансный пик не выражен.
0,5
0,7
Qts>1 – высокодобротные. Высокая отдача, низкая цена, жесткий звук в неоптимальном оформлении. Трудно получить гладкую АЧХ. Компактны, выпускаются диаметром (в меньшую сторону) до 6” (155 мм). Оптимальны для сабвуфера настольного или к телевизору (не к домашнему кинотеатру!).

Измерения

В спецификациях производителя на динамики Qts может быть обозначена как Qп или просто Q, но присутствует там далеко не всегда, а в общедоступных базах данных вроде WinISD полно ошибок. Поэтому нам скорее всего придется определять значение Qts в домашних условиях.

Подготовка

Прежде всего выбираем и готовим для акустических измерений комнату. В ней должно быть как можно больше штор, гардин, ковров на полу и стенах, мягкой мебели. Жесткие горизонтальные поверхности (стол) нужно накрыть чем-то пушистым; не лишним будет и набросать везде побольше подушек. Особенно сильно искажают звуковое поле углы, в т.ч. жесткой мебели со стенами, их надо чем-то занавесить, напр., одеждой на плечиках. Далее подключаем к динамику длинные провода и подвешиваем в геометрическом центре потолка (под люстрой, если она есть) фронтальной стороной диффузора вниз на высоте от пола в 2/3 высоты потолка.

Теперь нужно собрать схему измерений, как показано вверху на рис. Нижняя схема нам еще понадобится для измерения импеданса (полного сопротивления) динамика Z. От обычно используемой любителями измерительной схемы без трансформатора данная отличается вполне профессиональной точностью: в расхожих схемах на диодах моста теряется ок. 1,5 В даже при входном сопротивлении тестера 10 МОм. Действие данной схемы основано на том, что импеданс трансформатора и R2, с одной стороны, много больше импеданса ГГ; с другой – много меньше выходного сопротивления усилителя мощности звуковой частоты, и на том, что самый паршивый цифровой мультитестер на пределе 200 мВ имеет входное сопротивление более 1 МОм. Однако, если измерительный сигнал подается от генератора звуковой частоты (ГЗЧ) со стандартным 600-омным выходом, данная схема для измерения Z непригодна.

Процедура

От компьютера с программой эмуляции ГЗЧ измерительный сигнал подается с выхода звуковой карты. «Гонять» его нужно в пределах 20-100 Гц вначале с дискретом (шагом) 10 Гц. Если резонанса ГГ не видно, она для сабвуфера непригодна. Или продавец вас бессовестно обманул, продав за 100 руб. безразличную ГГ ценой от $200.

Когда границы резонансного пика определены, «проходим» его уже с дискретом 1 Гц и строим АЧХ. Если ГГ высоко- или среднедобротная ближе к верхней границе Qts, получится график вроде того, что на поз. I рис. В таком случае:

По ф-ле (1) на поз. II находим U(F1,F2);
По графику находим F1 и F2;
По ф-ле (2) проверяем, совпадает ли вычисленная частота собственного резонанса в свободном пространстве F’s с измеренной Fs. Если расхождение более чем на 2-3 Гц, см. ниже;
По ф-ле (3) находим механическую добротность Qms, затем по ф-ле (4) электрическую Qes и, наконец, по ф-ле (5) искомую полную добротность Qts.

Если же добротность ГГ ближе к низкой или таковая, что вообще-то хорошо, резонансная кривая будет заметно несимметричной, а ее пик плоским, размытым, поз. III, или же проверка по ф-ле (2) не сойдется и при повторных измерениях. В таком случае по графику определяем точки наибольшего наклона касательных к вогнутым «крыльям» пика А1 и А2; математически в них вторая производная от описывающей резонансную кривую функции достигает максимума. За Umax тогда берем, как и прежде, его значение на вершине пика, а за Umin – вычисленное по ф-ле на поз. III новое значение U(F1,F2).

Структура системы

Померяли? Динамик подходит? Не торопитесь выбирать оформление. Сперва нужно выбрать структурную схему всей системы озвучивания, т.к. на ее электронную часть может пасть доля затрат не меньшая, чем на хороший басовый динамик. Система озвучивания с сабвуфером может быть построена по одной из след. схем, см. рис.

Примечание: эквалайзер и фильтр инфранизких частот ФИНЧ (рокот-фильтр) во всех схемах включаются до входов стереоканалов.

Поз. 1 – система с пассивной расфильтровкой по мощности. Плюс – не нужен отдельный басовый усилитель, подключается к любому УМЗЧ. Огромные минусы, первое, взаимное электрическое просачивание каналов в сабвуфере по СЧ: для LC-фильтров, сводящих его к приемлемой величине, понадобится приличный кейс, который для покупки их компонент придется прежде где-то на треть наполнить деньгами (в 100 рублевых купюрах). Второе – выходные сопротивления фильтров низких частот ФНЧ совместно с входным ГГ динамика образуют тройник, и каждый канал УМЗЧ теоретически четверть мощности будет тратить на то, чтобы греть соседа с его ФНЧ. Реально – больше, т.к. на мощности и потери в фильтрах существенны. Тем не менее, система с расфильтровкой по мощности применима в сабвуферах небольшой мощности с независимыми излучателями звука, см. далее.

Поз. 2 – пассивная расфильтровка на отдельный басовый УМЗЧ. Потерь мощности нет, взаимовлияние каналов слабее, т.к. характеристические сопротивления фильтров – килоомы и десятки килоом. В настоящее время практически не применяется, т.к. собрать активный фильтр на микросхемах оказывается много проще и дешевле, чем мотать катушки пассивных.

Поз. 3 – активная аналоговая расфильтровка. Сигналы каналов складываются простым резисторным сумматором, поступают на аналоговый активный ФНЧ, а с него на басовый УМЗЧ. Взаимовлияние каналов ничтожно и в обычных условиях прослушивания незаметно, расходы на компоненты невелики. Оптимальная схема для самодельного сабвуфера начинающего любителя.

Поз. 4 – полная цифровая расфильтровка. Канальные сигналы подаются на разветвитель Р, разделяющий каждый из них как минимум на 2 равнозначных исходному. По одному сигналу из пары подается на СЧ-ВЧ УМЗЧ (возможно, непосредственно, без ФВЧ), а остальные объединяются в сумматоре С. Дело в том, что при резисторном сложении на нижних частотах мидбаса и в подбасе возможно электрическое взаимодействие сигналов в ФНЧ, несколько искажающее суммарный басовый. В сумматоре сигналы складываются цифровым или аналоговым способом, исключающим их взаимовлияние.

С сумматора общий сигнал подается на цифровой ФНЧ с встроенными аналого-цифровым (АЦП) и цифро-аналоговым (ЦАП) преобразователями, а с него – на басовый УМЗЧ. Качество звука и развязка каналов – максимально возможные на сегодняшний день. Затраты на микросхемы для всего этого хозяйства оказываются посильными, но работа с ИМС требует уже некоторого радиолюбительского опыта, и еще большего – если покупается не готовый набор (что существенно дороже), а компоненты системы подбираются самостоятельно.

Оформление

На рис. даны наиболее употребительные схемы акустического оформления домашних сабвуферов. Лабиринты, рупоры и пр. не удовлетворяют требованиям компактности. Зеленым выделены схемы, предпочтительные для начинающих, желтым – выполнимые ими, а красным – непригодные. Кто поопытнее, может удивиться: 6-й бандпасс – для чайников? Ничего страшного, эту отличную басовую акустику на трубах можно настроить за выходные. Если знать, как.

Щит

Оформление сабвуфера в виде акустического экрана (щита, поз. 1) в домашних условиях выполнимо, если ГГ встроены в обшивку стен, т.к. их размеры соизмеримы с длинами подбасовых волн. Отсюда достоинство – с подбасом никаких проблем, лишь бы динамики его тянули. Другое – предельная компактность, саб полезной площади вообще не занимает. Но есть и серьезные минусы. Первый – большой объем строительных работ. Второй – акустический экран никак не влияет на АЧХ ГГ. «Горбатая» – так и петь будет, поэтому ставить на щит можно только дорогие низкодобротные и безразличные динамики. Подминус, так сказать – их отдача мала и щит ее увеличить никак не способен.

Закрытый ящик

Большущий плюс закрытого ящика (поз. 2) – глубокое демпфирование ГГ; для недорогих с высокой отдачей высокодобротных динамиков это единственно приемлемый тип акустического оформления. Но этот плюс влечет за собой и минус: с глубоким демпфированием шумовая мощность ГГ часто оказывается ниже пиковой, особенно у дорогих мощных головок. Катушка уже дымится, но хрипов все еще не слышно. Нужен индикатор перегрузки, но простейшие без отдельного электропитания искажают сигнал.

Не менее жирный плюс – предельно гладкая плавно падающая АЧХ и как следствие – наиболее чистый и живой звук. По этой причине выпускаются высококлассные мощные ГГ высокой добротности специально для установки в закрытые ящики или бандпассы 4-го порядка (см. далее).

Минус – из всех АС равного объема у закрытого ящика самая высокая низшая воспроизводимая частота, т.к. он повышает резонансную частоту динамика и не способен повысить его отдачу на частотах ниже нее. Т.е. по компактности сабвуфер в закрытом ящике проходит с большой натяжкой. До некоторой степени уменьшить этот недостаток можно, наполнив ящик синтепоном: он отлично поглощает энергию звуковых волн. Термодинамический процесс в ящике тогда из адиабатического переходит в изотермический, что равнозначно увеличению его объема в 1,4 раза.

Еще существенный минус – в закрытом ящике можно делать только пассивный сабвуфер, т.к. электроника в нем сильно греется даже помещенная в отгороженный отсек. Если вам попадутся старые АС 10МАС-1М, погоняйте их на половинной мощности с полчаса и потрогайте рукой корпус – теплый будет.

ФИ

Примечание: во всем равнозначен ФИ пассивный излучаетель (ПИ) – вместо трубы с портом ставят басовый динамик без магнитной системы и с грузиком вместо катушки. «Безнастроечных» методик расчета ПИ нет, потому и в промышленном производстве ПИ редкое исключение. Если у вас завалялся сгоревший басовый динамик, можете поэкспериментировать – настройка осуществляется изменением веса груза. Но учтите – активным ПИ лучше не делать по той же причине, что и закрытый ящик.

О глубоких щелях

Акустику с глубокими щелями (поз. 4, 6, 8-10) отождествляют то с ФИ, то с лабиринтом, но на самом деле это самостоятельный тип акустического оформления. Преимуществ у глубокой щели масса:

Недостаток у глубокой щели всего один, и то для начинающих: ненастраиваема после сборки. Как сделано, так и петь будет.

Об антиакустике

Бандпассы

BandPass в переводе проход полосы, так называют АС без прямого излучения звука в пространство. Это значит, что АС типа бандпасс не излучают СЧ вследствие внутренней акустической его отфильтровки: динамик ставят в перегородку между резонирующими полостями, сообщающимися с атмосферой портами труб или глубоких щелей. Бандпасс – специфическое для сабвуферов акустическое оформление и для полностью раздельных АС не применяется.

Бандпассы разделяют по величине порядка, а порядок бандпасса равен числу его собственных резонансных частот. Высокодобротные ГГ ставят в бандпассы 4-го порядка, где просто организовать акустическое демпфирование (поз. 5); низко- и среднедобротные – в бандпассы 6-го порядка. Ощутимой разницы в качестве звука между теми и теми, вопреки распространенному убеждению, нет: уже на 4-м порядке достигается сглаживание АЧХ на НЧ до 2 дБ и менее. Разница между ними для любителя в основном в сложности настройки: чтобы точно настроить 4-й бандпасс (см. далее) придется двигать перегородку. Что касается бандпассов 8-го порядка, то еще 2 резонансные частоты у них получаются вследствие акустического взаимодействия тех же 2-х резонаторов. Поэтому 8-е бандпассы иногда называют бандпассами 6-го порядка класса В.

Примечание: идеализированные АЧХ на НЧ для некоторых типов акустического оформления показаны на рис. красным. Зеленым пунктиром – идеальная АЧХ с точки зрения психофизиологии слуха. Откуда видно, что работы в электроакустике еще хватает и хватает.

Амплитудно-частотные характеристики одной и той же головки громкоговорителя в различном акустическом оформлении

Автосабвуферы

Автомобильные сабвуферы ставят обычно или в грузовой отсек, или под сиденье водителя, или за спинку заднего сиденья, поз. 1-3 на рис. В первом случае короб отнимает полезный объем, во втором саб работает в тяжелых условиях и может быть поврежден ногами, в третьем – не всякий пассажир сможет вытерпеть мощный бас прямо возле ушей.

В последнее время автомобильный сабвуфер все чаще делают типа стелс (stealth), встроенным в нишу заднего крыла, поз. 4 и 5. Подбаса достаточной мощности добиваются, применяя специальные автодинамики диаметром 12” с жестким диффузором, мало подверженным мембранному эффекту, поз. 5. Как сделать сабвуфер для автомобиля путем отформовки крыльевой ниши, см. след. видео.

Видео: автомобильный савбуфер “стелс” своими руками

Проще просто не бывает

Очень простой сабвуфер, не требующий отдельного басового усилителя, можно сделать по схеме с независимыми излучателями звука (ИЗ), см. рис. Фактически это две канальных НЧ ГГ, помещенные в общий длинный корпус, устанавливаемый горизонтально. Если длина короба сопоставима с расстоянием между сателлитами или шириной экрана телевизора, «расплывание» стерео мало заметно. Если же прослушивание сопровождается просмотром, то и вовсе незаметно благодаря непроизвольной зрительной коррекции локализации источников звука.

По схеме с независимыми ИЗ можно сделать отличный сабвуфер для компьютера: ящик с динамиками помещают в дальнем верхнем углу под столешницей. Полость под ней – резонатор, настроенный на очень низкую частоту, и от небольшой коробочки прорезается неожиданно хороший подбас.

ФИ для сабвуфера с независимыми ИЗ можно рассчитать в спикершопе. При этом эквивалентный объем Vts берут вдвое больше против измеренного, резонансную частоту Fs в 1,4 раза ниже, а полную добротность Qts в 1,4 раза больше. Материал короба, как и везде далее – МДФ от 18 мм; на мощность сабвуфера от 50 Вт – от 24 мм. Но лучше поместить динамики в закрытый ящик, его в данном случае можно сделать без расчета: длину по внутри берут по месту установки в пределах от 0,5 м (для компьютера) до 1,5 м (для большого телевизора). Поперечное сечение короба по внутри определяется исходя из диаметра диффузора динамиков:

6” (155 мм) – 200х200 мм.
8” (205 мм) – 250х250 мм.
10” (255 мм) – 300х300 мм.
12” (305 мм) – 350х350 мм.

В самом худшем случае (подстольный компьютерный саб на 6” динамиках) объем короба будет 20 л, а эквивалентный с заполнением – 33-34 л. При мощности УМЗЧ до 25-30 Вт на канал этого хватит, чтобы получить приличный мидбас.

Фильтры

LC-фильтры в данном случае лучше использовать типа K. Для них нужно больше катушек, но в любительских условиях это несущественно. У K-фильтров малое затухание в полосе непропускания, 6 дБ/окт на звено или 3 дБ/окт на полузвено, зато абсолютно линейная ФЧХ. Кроме того, при работе от источника напряжения (каковым с большой точностью является УМЗЧ), K-фильтр мало чувствителен к изменениям импеданса нагрузки.

На поз. 1 рис. даны схемы звеньев K-фильтров и расчетные формулы для них. R для НЧ ГГ берется равным ее импедансу Z на частоте среза ФНЧ 150 Гц, а для ФВЧ равным импедансу сателлита z на частоте среза ФВЧ 185 Гц (формула на поз. 6). Определяются Z и z по схеме и формуле на рис. выше (со схемами измерений). Рабочие схемы фильтров даны на поз. 2. Если вам больше по душе докупить конденсаторов, а не мотать катушки, точно такие же по параметрам можно составить из П-звеньев и полузвеньев.

Данные и схемы для изготовления фильтров простого сабвуфера с независимыми излучателями

Затухание ФНЧ в полосе непропускания 18 дБ/окт, а ФВЧ 24 дБ/окт. Такое откровенно нетривиальное соотношение оправдано тем, что сателлиты разгружаются от НЧ и дают звук чище, а отраженный от ФВЧ остаток НЧ отправляется на НЧ динамики и делает басы глубже.

Данные к расчету катушек фильтров даны на поз. 3. Располагать их нужно взаимно перпендикулярно потому, что K-фильтры работают без магнитной связи между катушками. При расчете задаются размерами катушки и по найденной в порядке расчета фильтра индуктивности определяют количество витков. Затем с помощью коэффициента укладки находят диаметр провода в изоляции, он должен получиться не менее 0,7 мм. Выходит меньше – увеличиваем размеры катушки и пересчитываем.

Настройка

Настройка данного сабвуфера сводится к выравниванию громкостей басовиков и сателлитов на соотв. частотах среза. Для этого сначала готовят комнату к акустическим измерениям, как описано выше, и тестер с мостом и трансформатором. Далее понадобится конденсаторный микрофон. Для компьютерного придется сделать какой-нибудь микрофонный усилитель (МУС) с подачей смещения на капсюль, т.к. обычная звуковая карта не может одновременно принимать сигнал и эмулировать ГЗЧ, поз. 4. Если найдется конденсаторный микрофон со встроенным МУС, хотя бы старенький МКЭ-101, отлично, его выход подключают прямо к первичной (меньшей) обмотке трансформатора. Процедура измерений несложна:

Микрофон закрепляют напротив геометрического центра сателлитов на расстоянии по горизонтали 1-1,5 м.
Отключают от УМЗЧ сабвуфер и подают сигнал 185 Гц.
Записывают показания вольтметра.
Ничего не меняя в комнате, отключают сателлиты, подключают саб.
Подают на УМЗЧ сигнал 150 Гц, записывают показания тестера.

Теперь нужно рассчитать выравнивающие резисторы. Выравнивают громкости, приглушая более громкие звенья по последовательно-параллельной схеме (поз. 5), т.к. необходимо сохранить неизменными по модулю найденные ранее значения Z и z. Расчетные формулы для резисторов даны на поз. 6. Мощность Rг – не менее 0,03 от мощности УМЗЧ; Rд – любая от 0,5 Вт.

Тоже просто

Еще вариант простого, но уже настоящего сабвуфера – со спаренной НЧ ГГ. Спаривание НЧ динамиков – очень эффективный способ повысить класс их звучания. Конструкция сабвуфера на спарке старых 10ГД-30 дана на рис. ниже.

Оформление – весьма совершенное, бандпасс 6-го порядка. Басовый усилитель – на TDA1562. Можно использовать и другие высокодобротные ГГ с относительно небольшим ходом диффузора, тогда, возможно, придется делать настройку подбором длины труб. Производится она по контрольным частотам 63 и 100 Гц след. образом (контрольные частоты не являются резонансными акустической системы!):

Готовят комнату, микрофон и приборы, как описано выше.
Подают на УМЗЧ попеременно 63 и 100 Гц.
Изменяют длины труб, добиваясь разницы показаний вольтметра не более 3 дБ (в 1,4 раза). Для гурманов – не более 2 дБ (в 1,26 раза).

Настройка резонаторов взаимозависима, поэтому трубы нужно двигать согласно: выдвинул короткую, на столько же, пропорционально ее исходной длине, задвинул длинную. Иначе можно вовсе расстроить систему: пик оптимума настройки у 6-го бандпасса очень острый.

Провал между 63 и 100 Гц – перегородку нужно сдвинуть в сторону большего резонатора.
Провалы по обе стороны 100 Гц – перегородку сдвигают в сторону меньшего резонатора.
Всплеск ближе к 63 Гц – нужно увеличить диаметр длинной трубы на 5-10%
Всплеск ближе к 100 Гц – то же, но для короткой трубы.

После любой из подгоночных процедур делается перенастройка сабвуфера. Для ее удобства полную сборку на клею вначале не делают: перегородку плотно примазывают пластилином, а одну из боковых стенок ставят на двухсторонний скотч. Следите, чтобы не было щелей!

Трубы для резонаторов

Готовые коленчатые трубы для акустики продаются в музыкальных и радиомагазинах. Телескопическую акустическую трубу можно сделать своими руками из обрезков пластиковых или картонных труб. В том и другом случае поперек внутреннего устья нужно прочно приклеить 2 отрезка лески: один внатяг, другой выступающей наружу петлей, см. рис. справа. Если трубу нужно раздвинуть, на тугую леску давят карандашом и т.п. Если укоротить – тянут за петлю. Настройка резонатора с трубой таким образом ускоряется во многие разы.

Мощный 6-й порядок

Чертежи бандпасса 6-го порядка под 12” ГГ даны на рис. Это уже солидная напольная конструкция на мощность до 100 Вт. Настраивается, как и предыдущая.

Чертежи сабвуфера бандпасс 6-го порядка под 12″ динамик

4-й порядок

Вдруг в вашем распоряжении окажется 12” высокодобротная ГГ, на ней можно будет сделать бандпасс 4-го порядка того же качества, но более компактный, см. рис; размеры в см. Однако настроить его будет намного сложнее, т.к. вместо манипуляций с трубой большего резонатора придется сразу же двигать перегородку.

Сабвуфер бандпасс 6-го порядка под 12″ динамик

Электроника

К басовому УМЗЧ для сабвуфера предъявляется то же, что и к фильтрам, требование полной линейности ФЧХ. Удовлетворяют ему УМЗЧ, выполненные по мостовой схеме, она же на порядок снижает нелинейные искажения интегральных УМЗЧ с не комплементарным выходом. УМЗЧ для сабвуфера мощностью до 30 Вт можно собрать по схеме на поз. 1 рис; 60-ваттный по схеме на поз. 2. Активный сабвуфер удобно делать на одной микросхеме 4-канального УМЗЧ TDA7385: пару каналов пускают на сателлиты, а другие два включают по мостовой схеме на саб, или же, если он с независимыми ИЗ, пускают на басовики. TDA7385 удобна и тем, что для всех 4-х каналов у нее общие входы функций St-By и Mute.

По схеме на поз. 3 получается хороший активный фильтр для сабвуфера. Усиление его нормирующего усилителя регулируется переменным резистором на 100 кОм в широких пределах, поэтому в большинстве случаев отпадает довольно-таки муторная процедура выравнивания громкостей саба и сателлитов. Сателлиты в таком варианте включаются без ФВЧ, а в усилители СЧ-ВЧ встраивают потенциометры предустановки громкости со шлицами под отвертку.

Возможно, вам захочется рассчитать щелевой саб с нуля, а не возиться с перенастройкой сабвуферов-прототипов под свой динамик. В таком случае пройдите по ссылке: //cxem.net/sound/dinamics/dinamic98.php . Автор, надо отдать ему должное, сумел на уровне «для чайников люминевых» объяснить, как с помощью современных софтов рассчитать и сделать высококлассный сабвуфер. Однако в большом деле не без промашки, поэтому, изучая источник, имейте в виду:

И все-таки…

Самому сделать саб дело увлекательное, полезное для развития ума и мастерства, к тому же хороший басовый динамик стоит раза в полтора дешевле пары классом ниже. Однако на контрольных прослушиваниях и матерые эксперты, и случайные слушатели «с улицы» при прочих равных условиях однозначно отдают предпочтение системам озвучивания с полным разделением каналов. Так что прикиньте сначала: а не придется ли вам все-таки по рукам и кошельку пара раздельных колонок?

16/09/2013 , Posted in

Существует целый ряд принципов, по которым можно классифицировать все сабвуферы для , или комнаты прослушивания. Далее мы перечислим основные из них, в каждом случае указывая преимущества и недостатки каждого вида.

Наличие встроенного усилителя

В зависимости от наличия или отсутствия встроенного усилителя различают Активные и Пассивные сабвуферы.

Активные сабвуферы в настоящее время наиболее распространены и, по большому счету, являются оптимальным выбором для использования в или . Активные сабвуферы, попросту говоря, наиболее гибки и удобны в плане инсталляции. Однако они совершенно не обязательно звучат наилучшим образом. Самый простой активный сабвуфер несет на борту усилитель, регулятор частоты раздела кроссовера (LPF или ФВЧ – Low Pass Filter или Фильтр Высоких Частот), переключатель фазы и два типа входных соединений. Наличие встроенного усилителя обуславливает необходимость отдельного шнура питания от розетки 220В до сабвуфера. Регулятор частоты раздела кроссовера позволяет вам ограничить сверху диапазон, который будет воспроизводить сабвуфер. Регулятор (чаще переключатель) фазы позволит вам лучше интегрировать сабвуфер с остальными колонками вашей системы. Он предназначен для инвертирования или плавного изменения фазы аудио сигнала, поступающего на вход сабвуфера. Для его правильной установки вам, скорее всего, придется послушать, как играет система в обоих режимах (0 и 180), и выбрать вариант с наиболее приятным и глубоким басом. Ну, и, конечно же, активному сабвуферу нужно подать сигнал с соответствующего линейного выхода вашего AV ресивера или процессора.

Активные сабвуферы LJAudio и SVSound

Преимущества активных сабвуферов:

Очень удобны в использовании (как и AV ресиверы по сравнению с набором отдельных компонентов);
Легче в установке и настройке за счет того, что в них уже встроено все необходимое;
Как правило, являются менее дорогими (как и AV ресиверы по сравнению с набором AV процессор + многоканальный усилитель).

Недостатки активных сабвуферов:

Встроенные усилители на большинстве, хотя и не на всех, сабвуферов являются относительно менее качественными;
Менее удобны в плане установки, т.к. всегда требуется тянуть 2 кабеля (питание и сигнал);
Если что-то нехорошее случается с усилителем, ему не так просто найти замену или отремонтировать;
Производители далеко не всегда продают запасные части к старым моделям;
Некоторые активные сабвуферы не включаются автоматически, если на них подается низкий по уровню аудио сигнал (плохо работает система автоотключения\включения).

Пассивные сабвуферы изначально созданы для использования в паре с внешним усилителем. Усилитель может использоваться как выделенный (наилучший вариант), так и интегрированный (к примеру, можно задействовать свободные каналы AV ресивера). Важный момент состоит в том, что, поскольку сабвуфер изначально требует больше мощности для воспроизведения НЧ-звуков, усилитель должен быть достаточно мощным. В дополнение к этому, если сабвуфер не имеет встроенного фильтра высоких частот (а, как правило, пассивный сабвуфер его не имеет), сигнал должен быть отфильтрован на стороне AV ресивера прежде, чем он попадет на сабвуфер.

Пассивные сабвуферы PRO, RBH и JBL

Преимущества пассивных сабвуферов:

Внешние усилители обычно более добротны, у них правильные массивные блоки питания, качественная разводка сигнальных цепей;
Способны переварить большую мощность и выдать большее количество дБ;
Многоканальный усилитель может заставить играть несколько пассивных сабвуферов в вашем ;
Пассивные сабвуферы более просты и дешевы в производстве;
Внутренний полезный объем корпуса получается больше при тех же размерах, что позволяет более гибко подходить к размещению динамика и портов фазоинвертора;
Если усилитель начинает барахлить, его легко можно заменить на любой другой;
Менее пожароопасен (электрика и деревянный корпус разнесены в пространстве);
Один из главных плюсов – большая гибкость при установке. Вы можете установить усилитель в стойке вместе с остальным оборудованием вашего ДК, а к сабвуферу протянуть лишь один обычный акустический провод. Питание к ним тянуть не нужно!
Длинные акустические (колоночные) провода, как правило, дешевле специальных сабвуферных кабелей аналогичной длины;
Акустические провода (могут быть исполнены совершенно плоскими) гораздо легче спрятать, нежели сабвуферные кабели.

Внешний сабвуферный усилитель

Недостатки пассивных сабвуферов:

Значительно сложнее в организации и установке;
Внешние усилители могут быть дороже, чем встроенные.

Направленность излучателя

В зависимости от того, в какую сторону смотрит динамик, сабвуферы можно разделить на:

Излучающие вниз (Down Firing). Этот тип сабвуферов имеет динамик, установленный в нижнюю стенку корпуса и направленный в пол. Сабвуферы данного типа выглядят больше похожими на некую мебель, нежели на акустическую систему. Им не нужен защитный гриль. Играть они могут даже более эффективно, чем их сородичи, потому следует избегать их установки в углах комнат и в непосредственной близости к стенам (касается варианта с одним сабвуфером в системе). Иначе звук может быть слишком гулким.

Down Firing cабвуферы Yamaha и Atlantic Tech

Излучающие вперед (Front Firing). Динамик у этого типа сабвуферов установлен на одной из фронтальных стенок корпуса и направлен параллельно плоскости пола. Сабвуферы данного типа нуждаются в защитном гриле, оберегающем от повреждений динамик, и больше похожи на обычную акустическую систему.

Front Firing cабвуферы Earthquake и Rhythmic Audio

Тип акустического оформления

Данная классификация является наиболее обширной и уходит глубоко корнями в раздел Акустика науки Физика. В качестве минимального ликбеза немного расскажем о предназначении и функции какого бы то ни было акустического оформления динамика. Динамик излучает звук не только вперед, но и назад. Фронтальная и тыловая звуковые волны при этом противоположны по фазе. В связи с этим, существует термин “акустическое замыкание” при котором волны с обеих сторон диффузора динамика складываются и (если они целиком противоположны по фазе) гасят друг друга. В теории вы вообще не должны слышать звук от голого динамика, на практике же звук будет, но сильно далеким от оригинала. Корпус (ящик) акустической системы, в который устанавливается динамик, позволяет это замыкание ликвидировать и придать звуковым волнам требуемые параметры по динамике и частотной характеристике.

Мы опустим дальнейшую теорию и постараемся кратко рассмотреть наиболее часто встречающиеся типы акустического оформления, не забыв рассказать о достоинствах и недостатках каждого из них.

Закрытый ящик (ЗЯ, Закрытый корпус, Enclosure) . Динамик установлен в закрытый воздухонепроницаемый корпус. Такое решение полностью изолирует тыловую звуковую волну динамика от фронтальной.

Достоинства:

Легкость конструирования и производства (нужно учесть всего два параметра: объем ящика и добротность динамика);
Относительно небольшой объем корпуса;
Превосходные импульсные характеристики (отклик на кратковременный сигнал, способность компонента точно воспроизводить кратковременные музыкальные события);
Нет нужды в применении сабсоник фильтра (ФНЧ), т.к. присутствует естественная склонность ЗЯ к подавлению частот, ниже резонансной частоты динамика;
Быстрый, натуральный, гладкий, упругий, четкий, контролируемый и теплый – вот ряд субъективных характеристик, очень часто используемых при описании баса, воспроизводимого хорошим сабвуфером данного типа.

Недостатки:

Относительно высокая нижняя частотная граница, редко находящаяся ниже 30 Гц (по уровню -3 дБ);
Самый низкий КПД в сравнении с другими типами акустического оформления.

Фазоинвертор (ФИ , Ported, Vented, Bass-Reflex) . Динамик установлен в корпус, который имеет тоннель, продолжающийся внутрь в виде трубы, короба или щели на определенную длину. Этот тоннель называется портом фазоинвертора. За счет него внутренний объем ящика сообщается с окружающим пространством. Длина и площадь сечения тоннеля являются критически важными параметрами для корректной работы этого типа акустического оформления. И динамик и порт фазоинвертора работают в тандеме, образую вторую колебательную систему, излучающую (уже в фазе с диффузором динамика) дополнительную звуковую энергию тыловой волны. Динамик, как правило, устанавливается во фронтальную стенку корпуса. Порт фазоинвертора чаще всего располагается на той же стенке, реже на перпендикулярной (в случае вниз смотрящего динамика) стенке корпуса и настраивает аппарат на максимальную отдачу в определенном (редко шире 1-2 октав) диапазоне частот. В этом диапазоне динамик работает с минимальной нагрузкой, колебаниями и искажениями (большую часть звука излучает порт), позволяя сабвуферу переваривать большую максимальную мощность. Выше частоты настройки тоннель становится все менее «прозрачным» для звуковых колебаний, и динамик работает, будто в закрытом ящике. Ниже частоты настройки происходит обратное: инерция порта постепенно сходит на нет, и на самых низких частотах динамик работает практически без нагрузки, как если бы его вынули из корпуса. Амплитуда колебаний быстро возрастает, а вместе с ней и риск выплевывания диффузора динамика или повреждения звуковой катушки от удара о магнит. Это особенность обуславливает необходимость применения в сабвуферах фазоинверторного типа фильтров инфранизких частот (сабсоников).

Достоинства:

Более низкая граница АЧХ, спокойно располагающаяся в районе или даже ниже 20 Гц (по уровню -3 дБ);
Позволяет подводить большую мощность за счет меньшей амплитуды колебаний диффузора динамика, особенно в районе и выше частоты настройки;
Более производительны, превосходя в среднем на 3дБ по уровню звукового давления своих собратьев в закрытом ящике;
Глубокий, мощный, полный, громкий, вдохновляющий, потрясающий и сотрясающий землю – такие эпитеты часто сопровождают описание НЧ эффектов, воспроизводимых сабвуферами данного типа.

Недостатки:

Требует большего размера корпуса;
Сложнее получить желаемый результат при конструировании и производстве;
Требуют наличия дополнительного фильтра инфранизких частот (сабсоника) или ограничения громкости, т.к. велика вероятность повреждения динамика на частотах ниже частоты настройки;
Импульсные характеристики хуже ЗЯ, что сказывается на субъективном восприятии басовых нот, особенно в музыке;
Диаметр порта должен быть относительно большим, чтобы избежать нежелательных призвуков проходящего через него воздуха. Это тянет за собой необходимость увеличения длины тоннеля, что, в свою очередь, влечет необходимость увеличивать сам корпус. В итоге может получиться ящик совершенно непотребных размеров;
Гулкий, спертый, вялый, однонотный, медленный и неточный – часто встречающиеся субъективные эпитеты относительно баса от неудавшихся сабвуферов данного типа.

Большинство представленных на рынке потребительской электроники сабвуферов являются фазоинверторными. Аппараты данного типа позволяют получить самый глубокий и самый громкий бас, пускай местами и за счет качества воспроизведения особо тонких и требовательных к точности музыкальных деталей.

Полосовой громкоговоритель 4-го порядка (Bandpass Vented\ Sealed, Бэндпасс, БП) . Бэндпасс 4 порядка характеризуется динамиком, фронтальная и тыловая части которого установлены в двух отдельных камерах единого корпуса. Причем тыловая часть динамика находится в закрытом ящике, а фронтальная в ящике с портом (туннелем) либо наоборот. Корпус такого сабвуфера создается, как закрытый ящик, но с добавлением акустического фильтра (порта). Данный фильтр, работая в тандеме с фронтальной звуковой волной динамика, ограничивает полосу пропускания аппарата, попутно поднимая уровень звукового давления в этом частотном диапазоне.

Достоинства:

Достижима довольно низкая граница АЧХ (по уровню -3 дБ), но лишь за счет меньшей отдачи и большего уровня искажений;
Достижимы экстремально высокие уровни звукового давления, ценой которым будет более высокая частота настройки и узкая полоса пропускания;
Требуется меньший совокупный ход динамика, меньше вероятность его повредить;

Недостатки:

Трудно сконструировать все правильно. Результат сильно зависит от точности полученных объемов обеих камер, а также от частоты настройки;
Склонен к однонотному басу, особенно если сконструирован недостаточно корректно;
Для достижения широкой полосы пропускания придется смириться с невысокой чувствительностью и наличием искажений в некотором диапазоне;
Слабые импульсные характеристики;
Ширина полосы пропускания и чувствительность связаны обратно пропорционально.

Bandpass сабвуферы Lanzar и Sonance

Наиболее часто сабвуферы подобного типа встречаются в автомобильных инсталляциях, нацеленных на участие в соревнованиях по автозвуку в категории максимального звукового давления (SPL).

Полосовой громкоговоритель 6-го порядка (Bandpass Vented) . Бэндпасс 6 порядка характеризуется динамиком, фронтальная и тыловая части которого установлены в двух отдельных камерах единого корпуса. Причем и тыловая и фронтальная часть динамика находятся в ящике с портом (туннелем). Каждая камера настраивается на свою расчетную частоту. Результирующая АЧХ по идее должна быть лучше, чем у всех описанных ранее вариантов оформления. Правами на данный тип акустического оформления и секретами принципов расчета корпуса владеет компания Bose. Они объясняют теорию таким образом: «НЧ динамики располагаются между двумя отдельными акустически упругими объемами внутри запатентованного Bose модуля «Acoustimass». Когда диффузор динамика двигается, он возбуждает воздух в камерах. Находящийся в камере воздух, играя роль акустической пружины, взаимодействует с воздухом, находящимся в туннеле, и выдает больше НЧ звука при меньшей мощности усиления. Система более чувствительна и требует меньшей амплитуды колебаний диффузора динамика, что, в свою очередь, рождает меньшее количество искажений. Даже если каким-то образом искажение было создано, благодаря запатентованной технологии оно останется в плену акустических объемов корпуса и никогда не достигнет ваших ушей».

Достоинства:

Большая чувствительность;
Меньше колебания диффузора – минимальный уровень слышимых искажений.

Недостатки:

Общий объем двух камер выливается в довольно громоздкий ящик;
Трудно сконструировать. Результат сильно зависит от точности реализации расчетных параметров;
Нет четких формул расчета объемов и размеров портов из-за патента, принадлежащего компании Bose;
Динамик довольно легко может выйти из строя в результате постоянного высокого давления, влекущего за собой перегрев его частей;
Слабые импульсные характеристики.

EBS (Extended Bass Shelf, Расширенная Басовая Полка) . EBS – это разновидность фазоинверторного оформления корпуса динамика. Различие в том, что рабочий объем корпуса нарочно выбирается больше на 25-75% от оптимального расчетного, а порт настраивается на частоту, близкую к резонансной частоте динамика. Как результат мы получаем приличную прибавку в нижней граничной частоте сабвуфера. Если измерить АЧХ такого аппарата, становится видна та самая «Полка», находящаяся сразу выше частоты настройки.

Достоинства:

Низкая граница АЧХ (по уровню -3 дБ), легко достигающая значений далеко вниз за 20 Гц;
Инфранизкий, содрогающий землю бас;
Увеличенная отдача на частотах ниже 25 Гц за счет уменьшенной отдачи выше 30 Гц (частоты зависят от параметров внутреннего объема и частоты настройки порта).

Недостатки:

Гигантский размер корпуса;
Динамик способен выдержать на 25-50% меньшую максимальную мощность прежде, чем начнет разрушаться;
Нехватка эффекта присутствия, недостаток атаки – такие эпитеты встречаются при описании EBS;
Общий эффект от баса значительно смягчен. Сигналы на частотах от 40 до 60 Гц крайне низки по уровню;
Сложнее «продать», т.к. большинство людей слабовосприимчивы к звукам на таких низких частотах;
Нужно в 8 раз больше мощности (впрочем, как и объема передвинутого воздуха), чтобы сделать звук на 20 Гц таким же громким, как на 40 Гц.

Бесконечный экран (Infinite baffle, IB). IB – это разновидность открытого оформления динамика, в котором экран, разделяющий фронтальную и тыловую звуковые волны представляется в виде бесконечной плоскости. Данная конструкция подразумевает монтаж НЧ-динамиков в очень большой изолированный рабочий объем, размеры которого позволяют пренебречь силой сопротивления, создаваемой при сжатии воздуха в других типах оформления. Такой тип оформления не влияет на изменения резонансной частоты динамика, что неминуемо происходит в остальных случаях. Зачастую в качестве «изолированного» объема используют соседнее с комнатой домашнего кинотеатра помещение (подвал, чердак, погреб, кладовку, гараж и т.д.). В отличие от своих фазоинверторных и закрытых собратьев, IB-сабвуферы отличает отсутствие посторонних призвуков, так часто создаваемых портами фазоинверторов и стенками корпуса ЗЯ. Как говорят сторонники IB: «Слушайте бас, а не корпус (Hear The Bass, Not The Box)».

Достоинства:

Максимально низкая граница АЧХ (по уровню -3 дБ), достигающая значения в 5 Гц;
Экстремально инфранизкий, содрогающий землю и перехватывающий дыхание бас;
Отсутствие посторонних призвуков и окраса звучания;
Экономия внутреннего пространства – нет нужды устанавливать большие ящики в помещении ;
Скрытность установки – находка для дизайнера интерьера.

Недостатки:

Всегда сложный кастомный инсталляционный проект. IB не бывают промышленного исполнения;
Наличие соответствующего смежного помещения для установки динамиков;
В смежном помещении баса будет столько же, сколько и в вашем кинотеатре (встает вопрос дополнительной звукоизоляции);
Требуется большее количество динамиков, т.к. их максимальная мощность уменьшается на 50% (нет акустического сопротивления воздуха, легче повредить динамик);
Сложность расчета и настройки, требующая профессионального калибровочного оборудования и эквалайзеров.

Варианты организации IB сабвуферов

Такие сабвуферы вы встретите лишь дома у продвинутых энтузиастов домашнего кинотеатра, которых по праву называют «Bass Head» (Басовая голова). Эти ребята не знают компромиссов и строят сабвуферы, выделяя для них целую смежную комнату, монтируют несколько пар 15-18” динамиков, подводят 3-4 кВт усилительной мощности – все ради достижения того самого эффекта присутствия. И, видимо, не зря, ведь LFE канал саундтрека целого ряда фильмов содержит НЧ-эффекты, опускающиеся вплоть до 5 Гц!

Реальный пример АЧХ IB сабвуфера (красный график)

Пассивный излучатель (ПИ, Passive Radiator, PR). Пассивный излучатель используется всегда в сочетании с активным и служит в качестве замены туннелю фазоинвертора. АС с пассивным излучателем больше всего похожа на АС с фазоинвертором в плане своих акустических характеристик, однако, с возросшей чувствительностью. Пассивные излучатели часто исполняются в виде обычного динамика, у которого отсутствует магнит и катушка, или просто в виде плоской диафрагмы на подвесе. Излучатель должен быть больше или как минимум таких же размеров, как и активный динамик.

Достоинства:

Отсутствие призвуков и окраса звучания, создаваемых портом фазоинвертора;
Простота настройки. Простым добавлением или отыманием небольших значений массы ПИ настроечная частота корпуса может быть изменена на значение от 0,1 до 15 Гц. Легкодостижима точная настройка;
Возможность настройки небольших корпусов на более низкую частоту – нет ограничений по длине туннеля;
Меньше угроза выхода динамика из строя на инфранизких частотах, нет нужды в применении сабсоника.

Сабвуферы с пассивным излучателем Paradigm, Definitive Tech и Mirage

Недостатки:

Возможны искажения в связи с эффектом «пинг-понга» (если кратко, колебания ПИ могут повлечь колебания основного динамика);
Немногим более высокая нижняя граница АЧХ сабвуфера по сравнению с ФИ;
Самый крутой спад (36 дБ/октава) ниже частоты настройки;
Более дорогие в производстве (ПИ стоит дороже пластмассовой трубы ФИ).

Трансмиссионная линия (ТЛ, Лабиринт, Transmission Line, TL). Динамик устанавливается в корпус, внутри которого организован акустический лабиринт или длинная труба, которую и называют трансмиссионной линией. Длина такого лабиринта зависит от резонансной частоты динамика и материала, из которого изготовлен демпфирующий состав, покрывающий стенки всего лабиринта. ТЛ может сужаться и расширяться или по всей своей длине оставаться с неизменной площадью поперечного сечения, а также иметь целый ряд изгибов и поворотов для уменьшения итоговых размеров корпуса АС. Длина трансмиссионной линии соответствует 1/4 длины волны резонансной частоты динамика. Лабиринт обычно наполнен демпфирующим материалом различного типа, что помогает абсорбировать большую часть энергии обратной звуковой волны и позволяет использовать более короткую ТЛ при сохранении целевой частоты настройки АС.

Достоинства:

Отличные импульсные характеристики, равные (а зачастую и превосходящие) закрытые конструкции (ЗЯ) и значительно превосходящие фазоинверторные исполнения (ФИ);
Априори более жесткая конструкция корпуса избавляет от вносимых его стенками искажений;
Низкая крутизна спада АЧХ (в районе 10 дБ/октава и менее), влекущая увеличение отдачи в зоне глубокого баса;
Меньше окрас верхних басовых нот в связи с уменьшенными пиками импенданса;
Более живой, чистый и глубокий бас.

Transmission Line сабвуферы PMC и Earthquake

Недостатки:

Сложность проектирования и постройки;
Далеко не все динамики проявят себя хорошо в лабиринте, а конкретных рекомендаций по их выбору не существует;
Отсутствуют четкие методики проектирования и расчетные формулы для создания ТЛ, по большому счету это всегда метод проб и ошибок;
Размер корпуса может оказаться внушительным.

В домашних кинотеатрах встречается редко. В большинстве своем АС на основе лабиринта – удел энтузиастов Hi-Fi и Hi-End.

Изобарик (Compound, Isobaric) с двумя динамиками. Два динамика устанавливаются вместе в корпус, имеющий замкнутое пространство определенного объема между ними. Динамики должны работать друг с другом в фазе. Объем замкнутого между динамиками пространства должен быть минимальным, насколько это возможно для беспрепятственного хода диффузоров. В процессе моделирования корпуса данного типа берут вдвое меньший внутренний объем ЗЯ, что позволяет исполнить любой сабвуфер вдвое более компактном виде по сравнению с любым другим типом акустического оформления.

Достоинства:

Вдвое меньшие размеры корпуса для любого динамика относительно ЗЯ – основной плюс;
Улучшенная отдача на самых низких частотах;
Более плотный, быстрый, четкий и натуральный – эпитеты, встречающиеся при описании баса, воспроизводимого изобариком.

Недостатки:

Для работы внутреннего динамика требуется дополнительная аналогичная по величине мощность усиления, расходуемая «зря»;
Чувствительность системы ниже на 3 дБ по сравнению с ЗЯ за счет увеличенной вдвое массы диффузоров и уменьшенного вдвое внутреннего объема;
Чувствительность системы ниже на 6 дБ по сравнению с двумя ЗЯ аналогичного объема и с аналогичными динамиками.

В настоящее время сабвуферы такого типа встречаются крайне редко и лишь там, где есть большие проблемы с пространством для их установки, а бас требуется скорее четкий, нежели громкий.

Тяни/Толкай (Push/ Pull) с двумя динамиками. В закрытый корпус с единым внутренним объемом устанавливаются два динамика особым способом. Оптимальным считается вариант, когда динамики устанавливаются в одной плоскости корпуса, причем один направлен наружу, а второй направлен внутрь. Подключение к усилителю осуществляется в противофазе, когда в реальности работа диффузоров динамиков получается синфазной. Нечетные гармоники, согласно теории Венса Дикесона (Vance Dickason) самоустраняются. А если верить фирме, M&K, специализирующейся на производстве Push/Pull сабвуферов, такой подход позволяет избавиться даже и от четных гармоник. Так или иначе, гармонические искажения рожденные аномалиями динамика и его составных частей, сокращаются за счет аналогичных инвертированных аномалий второго динамика. Звук, как говорят сторонники данного вида оформления, получается настолько натуральным и естественным, насколько это возможно за счет коррекций, вносимых динамиками друг в отношении друга. Часто встречается вариант Push/Pull дизайна, когда оба динамика смотрят наружу, что выглядит более эстетично и привычно. Хотя в этом случае эффект сокращения искажений выражен слабо, все остальные плюсы подхода сохраняются. Размер корпуса должен быть вдвое большим, нежели чем при его расчете для одного динамика. Система получается более чувствительной (на 3 дБ) по сравнению с ЗЯ половинного объема и одним динамиком на борту при полностью аналогичной кривой АЧХ. Сабвуфер становится способен выдержать вдвое большую мощность.

Достоинства:

Лучшая чувствительность;
Возросшая вдвое максимальная мощность;
Отсутствие гармонических искажений;
Соответствующие способности к созданию высоких уровней звукового давления (SPL).

Недостатки:

Единый большой корпус сабвуфера, который может быть как с виду уродлив, так и сложен в конструировании и дальнейшем перемещении.
АЧХ, по большому счету, соответствует двум отдельным сабвуферам в корпусах вдвое меньших габаритов, однако, здесь вы не имеете возможности разнести их по разным частям комнаты при настройке, что зачастую крайне необходимо.

Push/Pull сабвуферы от Blue Sky, MK Sound, а также 3D DIY модель

Компании, достигшие совершенства в производстве сабвуферов по технологии Push/Pull, такие как MK Sound и Ken Kreisel (основатель MK), сегодня предлагают превосходно выглядящие сабвуферы и АС, обладающие непревзойденными характеристиками и звучанием. Это подтверждается использованием их продукции в ведущих киностудиях Голливуда и звукозаписывающих студиях Лондона. Добавим лишь то, что Кен Крейсел является изобретателем сабвуферов как таковых и систем типа «сателлит-сабвуфер».

Размер громкоговорителя (динамика)

Очень часто сабвуферы делят на классы согласно размеру (чаще диаметру) рабочей поверхности диффузора установленного динамика. Применяемые в строительстве сабвуферов динамики (вуферы) имеют, как правило, наибольшие размеры, т.к. они должны двигать большое количество воздуха для создания низкочастотных звуковых волн. Для получения того же уровня громкости на частоте на одну октаву ниже (например на 30 Гц вместо 60 Гц) вам потребуется в четыре раза больше мощности. Чем ниже резонансная частота динамика, тем меньшей частоты звуки способен воспроизвести громкоговоритель с заданным уровнем искажений. Резонансная частота динамика (обозначается Fs) определяется комбинацией массы его подвижных частей (диффузора, защитного колпачка, катушки и ее основания) и гибкости подвеса. При нормальных условиях нам потребуется более мощный усилитель, чтобы «раскачать» динамик сабвуфера, нежели обычную акустическую систему. Однако важно помнить, что хотя вы и должны иметь усилитель с запасом по мощности, чтобы избежать искажений (клипинг), основной задачей все же является согласование сабвуфера с основными акустическими системами. На любом уровне громкости сабвуфер не должен выделяться и локализироваться, а лишь невидимо расширять границу звучания системы вниз по кривой АЧХ.

Самыми распространенными размерами динамиков для использования в сабвуферах являются 8″, 10″, 12″, 15″ или 18″ (речь о диаметре круглого диффузора). Несмотря на то, что 18″ сабвуфер способен воспроизвести бас самой низкой частоты и на максимальной уровне громкости, самый большой динамик далеко не всегда является наилучшим выбором для оптимального воспроизведения басовых нот. Большие вуферы сложнее контролировать и настраивать. В наши дни на рынке присутствуют 10″ сабвуферы, способные двигать столько же воздуха, сколько могли переместить старые 15″ модели. Это стало возможным благодаря очень длинноходному диффузору 10″ динамика, спроектированному с учетом сохранения параметров линейности на протяжении всего своего рабочего хода, и высокомощному цифровому усилителю класса D, способному как следует раскачать такой вуфер в корпусе небольших размеров.