Тест влагозащищённого корпусного сабвуфера с пассивным излучателем Kicker CWTB10. Азы акустики для чайников: типы акустического оформления колонок Сабвуфер с пассивным излучателем особенности

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?

Посвященном акустике помещения мы выяснили, что любая комната - своего рода резонатор, драматически влияющий на характер звучания системы. Теперь пришла пора поговорить непосредственно об источниках этого самого звучания, то есть об акустических системах.

Чтобы как следует разобраться в процессах, происходящих в ящике, на стенке которого смонтирован один или несколько динамиков, нужно вдумчиво прочитать пару-тройку книжек, в каждой из которых формул больше, чем во всем школьном курсе физики. Я забираться в такие дебри не буду, так что не стоит данный материал как исчерпывающий анализ или руководство по постройке аудиофильских колонок. Однако очень надеюсь, что он поможет начинающим меломанам (да и некоторым хроническим тоже) как следует сориентироваться в разнообразии акустических решений, каждое из которых его разработчики, разумеется, называют единственно правильным.

Некоторое время после изобретения в 1924 году электродинамического излучателя с коническим диффузором (окей, просто динамика), его деревянное обрамление исполняло в первую очередь декоративные и защитные функции. Оно и понятно - после долгих лет прослушивания пластинок через слюдяные мембраны и раструбы граммофонов, саунд нового устройства и безо всякой акустической доработки казался просто апофеозом благозвучия.

Мембраны граммофонов изготавливались чаще всего из алюминия или слюды

Однако технологии записи быстро совершенствовались и стало понятно, что более-менее правдоподобно воспроизвести слышимый диапазон динамиком, просто закрепленном на некой подставке, крайне проблематично. Дело в том, что предоставленная сама себе динамическая головка находится в состоянии акустического короткого замыкания. То есть волны от фронтальной и тыловой поверхностей диффузора, излучаемые, понятное дело, в противофазе, беспрепятственно накладываются друг на друга, что самым печальным образом отражается на эффективности работы, и в первую очередь на передаче басов.

Кстати, в процессе данного рассказа я буду чаще всего рассуждать именно о низких частотах, так как их воспроизведение - ключевой момент в работе любого корпуса АС. ВЧ-драйверы в силу малой длины излучаемых волн во взаимодействии с внутренним объемом колонки вообще не нуждаются, и чаще всего полностью от него изолированы.

Душа нараспашку

Самый простой способ отделить фронтальное излучения динамика от тылового - смонтировать его на щите как можно большего размера. Из этой простой идеи и родились, собственно, первые акустические системы, представлявшие собой ящик с открытой задней стенкой, поскольку для компактности края щита просто взяли, да и загнули под прямым углом. Однако в плане воспроизведения басов успехи подобных конструкций впечатляли не слишком. Помимо несовершенства корпуса проблема была еще и в очень небольшом по современным понятиям ходе подвески диффузоров. Чтобы хоть как-то выйти из положения, использовались динамики как можно большего размера, способные развивать приемлемое звуковое давление при небольшой амплитуде колебаний.

PureAudioProject Trio 15TB с 15-дюймовыми НЧ-драйверами на трехслойных бамбуковых панелях

Несмотря на кажущуюся примитивность подобных конструкций, у них имелись и кое-какие достоинства, причем настолько специфические и интересные, что адепты открытых АС не перевелись до сих пор.

Начать с того, что отсутствие каких-либо препятствий на пути звуковых волн – лучший путь к повышению чувствительности. Момент этот особенно ценен для аудиофильских ламповых усилителей, в особенности однотактных или лишенных обратной связи. Бумажные диффузоры большого диаметра даже на мощности порядка четырех-пяти ватт способны создать довольно-таки внушительный, и при этом на удивление открытый и свободный саунд.

При высоте 1,2 м в мире открытой акустики Jamo R907 считаются практически компактами

Что же касается тылового излучения, то чтобы не вносить искажений в прямой звук, оно должно приходить к слушателю с заметной задержкой (свыше 12-15 мс) - в таком случае его влияние ощущается как легкая реверберация, лишь добавляющая в саунд воздуха и расширяющая музыкальное пространство. Тонкость в том, что для создания этой самой «заметной задержки» колонки, разумеется, должны быть расположены на изрядном расстоянии от стен. К тому же большая площадь передней панели и внушительные размеры НЧ-драйверов соответствующим образом сказываются на общих габаритах АС. Одним словом, обладателей небольших и даже средних жилых комнат просьба не беспокоиться.

Кстати, частный случай открытых систем - акустика, построенная на электростатических излучателях. Только за счет почти невесомой диафрагмы большой площади, ко всем вышеописанным преимуществам, у электростатов добавляется способность филигранно передавать даже самые резкие динамические контрасты, а благодаря отсутствию разделения сигнала в зонах СЧ и ВЧ, еще и завидная тембральная точность.

Открытое оформление

Плюсы: Высококлассные открытые колонки - отличный способ получить реальный кайф от прослушивания пуристских ламповых однотактников.

Минусы: Про жирные компрессионные басы лучше забыть сразу. Весь звуковой тракт должен быть подчинен идее открытой акустики, а сами колонки придется выбирать из крайне ограниченного числа предложений.

Запертый в ящике

С ростом мощности и улучшением параметров усилителей сверхвысокая чувствительность акустики перестала быть главным камнем преткновения, а вот проблемы неравномерности АЧХ, и в особенности правильного воспроизведения басов, стали еще более актуальными.

Гигантский шаг к прогрессу в данном направлении сделал в 1954 году американский инженер Эдгар Вильчур. Он запатентовал акустическую систему закрытого типа, и это был отнюдь не трюк в стиле нынешних патентных троллей.

Патентная заявка Эдгара Вильчура на АС в закрытом оформлении

К тому моменту уже был изобретен фазоинвертор и, понятное дело, к ящику с дном динамик тоже примеряли неоднократно, только вот ничего хорошего из этого не получалось. Из-за упругости замкнутого объема воздуха приходилось или терять существенную часть энергии диффузора, или делать корпус непомерно большим, чтобы снизить градиент давления. Вильчур же решил обратить зло во благо. Он сильно понизил упругость подвеса, переложив таким образом контроль за движением диффузора на объем воздуха - пружину куда более линейную и стабильную, чем гофр или резиновое кольцо.

В закрытом ящике движения диффузора контролируются воздухом - в отличие от бумаги или резины он не стареет и не изнашивается

Так удалось не только полностью избавиться от акустического короткого замыкания и поднять отдачу на низких частотах, но и ощутимо сгладить АЧХ на всем ее протяжении. Однако обнаружился и минорный момент. Выяснилось, что демпфирование замкнутым объемом воздуха приводит к повышению резонансной частоты подвижной системы и резкому ухудшению воспроизведения частот ниже данного порога. Для борьбы с такой неприятностью пришлось увеличивать массу диффузора, что логичным образом привело к снижению чувствительности. Плюс поглощение внутри «черного ящика» чуть ли не половины акустической энергии, не могло не внести вклада в снижение звукового давления. Одним словом, новому типу колонок потребовались усилители довольно серьезной мощности. К счастью, на тот момент они уже существовали.

Сабвуфер SVS SB13-Ultra с закрытым акустическим оформлением

Сегодня закрытое оформление применяется по большей части в сабвуферах, особенно в тех, что претендуют на серьезное музыкальное исполнительство. Дело в том, что для домашних кинотеатров энергичная отработка самых низких басов часто оказывается важнее динамической и фазовой точности на всем протяжении НЧ-диапазона. А вот объединив относительно компактный закрытый саб с приличными сателлитами, можно добиться куда более правильного звука - пускай и не наполненного сверхглубокими басами, зато крайне быстрого, собранного и четкого. Всё вышесказанное можно отнести и на счет полнодиапазонных колонок, «закрытые» модели которых изредка появляются на рынке.

Закрытый ящик

Плюсы: Образцовая скорость атаки и разрешение в низкочастотном диапазоне. Относительная компактность конструкции.

Минусы: Требуется достаточно мощный усилитель. Сверхглубоких басов на грани инфразвука добиться весьма затруднительно.

Дело - труба

Еще одним способом обуздания противофазного тылового излучения стал фазоинвертор, по-русски буквально «разворачиватель фазы». Чаще всего он представляет собой полую трубку, смонтированную на передней или задней поверхности корпуса. Принцип работы понятен из названия и незамысловат: раз избавляться от излучения обратной стороны диффузора трудно и нерационально, значит нужно синхронизировать его по фазе с фронтальными волнами и использовать на благо слушателей.

Амплитуда и фаза движения воздуха в фазоинверторе меняются в зависимости от частоты колебаний диффузора

По сути труба с воздухом является самостоятельной колебательной системой, получающей импульс от движения воздуха внутри корпуса. Обладая совершенно определенной частотой резонанса, фазоинвертор работает тем эффективнее, чем ближе колебания диффузора к частоте его настройки. Звуковые волны более высоких частот сдвинуть с места воздух в трубе просто не успевают, а более низкие хотя и успевают, но чем они ниже, тем сильнее смещается фаза излучения фазоинвертора, и, соответственно, его эффективность. Когда поворот фазы достигает 180 градусов, тоннель начинает откровенно и весьма эффективно глушить звук басового драйвера. Именно этим объясняется очень крутое падение звукового давления АС ниже частоты настройки фазоинвертора - 24 дБ/окт.

В борьбе с турбулентными призвуками конструкторы фазоинверторов постоянно экспериментируют

У закрытого ящика, между прочим, на частотах ниже резонансной спад АЧХ куда более плавный - 12 дБ/окт. Однако в отличие от глухой коробки, коробка с трубой в боковой стенке не заставляет конструкторов идти на любые хитрости ради максимального снижения резонансной частоты самого динамика, что довольно хлопотно и дорого. Тоннель фазоинвертора настроить куда проще - достаточно подобрать ее внутренний объем. Это, правда, в теории. На практике, как всегда, начинаются непредвиденные сложности, например, на больших уровнях громкости воздух на выходе из отверстия может шуметь почти как ветер в печном дымоходе. К тому же инертность системы частенько становится причиной падения скорости атаки и ухудшения артикуляции на басах. Одним словом, простор для экспериментов и оптимизации перед конструкторами фазоинверторных систем открывается просто невероятный.

Фазоинвертор

Плюсы: Энергичная отдача на НЧ, возможность воспроизведения самых глубоких басов, относительная простота и дешевизна изготовления (при изрядной сложности расчета).

Минусы: В большинстве реализаций проигрывает закрытому ящику в скорости атаки и четкости артикуляции.

Обойдемся без катушки

Попытки избавиться от генетических проблем фазоинвертора, а заодно и сэкономить на объеме корпуса без ущерба для глубины баса, натолкнули разработчиков на идею заменить полую трубу на мембрану, приводимую в движение колебаниями все того же рабочего объема воздуха. Проще говоря, в закрытом ящике установили еще один низкочастотный драйвер, только без магнита и звуковой катушки.

Пассивный излучатель может увеличить эффективную поверхность диффузора вдвое, или даже в трое, если в одной колонке они установлены парой

Конструкция получила название «пассивный излучатель» (Passive radiator), которое сплошь и рядом не слишком грамотно переводят с английского как «пассивный радиатор». В отличие от трубы сабвуфера, пассивный диффузор занимает куда меньше пространства в корпусе, не так критичен к расположению, и к тому же он, как и воздух внутри закрытого ящика, демпфирует ведущий драйвер, сглаживая его АЧХ.

Пассивный излучатель сабвуфера REL S/5. Основной драйвер направлен в пол

Еще один плюс - с увеличением площади излучающей поверхности для достижения нужного звукового давления требуется меньшая амплитуда колебаний, а значит, снижаются последствия нелинейной работы подвеса. Колеблются оба диффузора синфазно, а резонансная частота свободной мембраны настраивается точной регулировкой массы - к ней попросту подклеивают грузик.

Пассивный излучатель

Плюсы: Компактность корпуса при впечатляющей глубине басов. Отсутствие фазоинверторных призвуков.

Минусы: Увеличение массы излучающих элементов приводит к росту переходных искажений и замедлению импульсного отклика.

Выход из лабиринта

Акустика, вооруженная фазоинверторами и пассивными излучателями, воспроизводит глубокие басы благодаря резонаторам, работающим при посредничестве воздуха внутри АС. Однако кто сказал, что объем колонки не может играть роль низкочастотного излучателя сам по себе? Конечно может, и соответствующая конструкция называется акустический лабиринт. По сути, она представляет собой волновод, протяженностью в половину или четверть длины волны, на которой планируется добиться резонанса системы. Иными словами конструкция настраивается по нижней границе частотного диапазона АС. Конечно использовать волновод полной длины волны было бы еще эффективнее, но тогда для частоты, скажем, 30 Гц, его пришлось бы делать 11-метровым.

Акустический лабиринт - любимая конструкция акустиков-самодельщиков. Но при желании корпуса самой хитрой формы можно заказать и в готовом виде

Чтобы в колонке разумных размеров уместить даже вдвое более компактную конструкцию, в корпусе устанавливают перегородки, формирующие максимально компактный изогнутый волновод, поперечным сечением примерно равным площади диффузора.

От фазоинвертора лабиринт отличается в первую очередь менее «резонансным» (то есть не акцентированным на определенной частоте) звучанием. Относительно низкая скорость и ламинарность движения воздуха в широком волноводе препятствует возникновению турбулентности, порождающей, как мы помним, нежелательные призвуки. Кроме того, в данном случае драйвер свободен от компрессии, повышающей резонансную частоту, ведь его тыловое излучение не встречает практически никаких препятствий.

Схема для расчета корпуса на dbdynamixaudio.com

Бытует мнение, что акустические лабиринты создают меньше проблем со стоячими волнами в комнате. Однако при малейших просчетах в разработке или изготовлении, стоячие волны могут возникнуть в самом волноводе, который, в отличие от фазоинвертора, имеет куда более сложную структуру резонансов.

Вообще надо сказать, что грамотный расчет и точная настройка акустического лабиринта - процессы весьма непростые и трудоемкие. Именно по этой причине данный тип корпуса встречается нечасто, и только в АС очень серьезного ценового уровня.

Акустический лабиринт

Плюсы: Не только хорошая отдача, но и высокая тональная точность басов.

Минусы: Нешуточные размеры, очень высокая сложность (читай - стоимость) создания правильно работающей конструкции.

Эй, на пароме!

Рупор - самый древний и, пожалуй, самый провокационный тип акустического оформления. Выглядит круто, если не сказать эпатажно, звучит ярко, а временами… В старых фильмах герои иногда кричат друг другу что-то в рупор, и характерная окраска такого звука давно стала мемом и в музыкальном, и в киношном мире.

Avantgarde Acoustics Trio с низкочастотным рупорным массивом Basshorn XD высотой 2,25 м

Конечно от жестяной воронки с ручкой теперешняя акустика ушла очень далеко, но принцип работы все тот же - рупор повышает сопротивление воздушной среды для лучшего согласования с относительно высоким механическим сопротивлением подвижной системы динамика. Таким образом, повышается его КПД, а заодно и формируется четкая направленность излучения. В отличие от всех описанных ранее конструкций, рупор чаще всего используется в высокочастотных звеньях АС. Причина проста - его сечение увеличивается по экспоненте, и чем ниже воспроизводимая частота, тем большим должен быть размер выходного отверстия - уже на 60 Гц потребуется раструб диаметром 1,8 м. Понятно, что такие монструозные конструкции больше подходят для стадионных концертов, где их действительно периодически можно встретить.

Главный козырь адептов рупорного воспроизведения заключается в том, что акустическое усиление позволяет при заданной звуковой отдаче уменьшить ход мембраны, а значит, поднять чувствительность и улучшить музыкальное разрешение. Да-да, снова кивок обладателям ламповых однотактников. К тому же при грамотном расчете раструбы могут играть роль акустических фильтров, круто отсекая звук за пределами своей полосы и позволяя ограничиться самыми простыми, а потому вносящими минимальные искажения электрическими кросоверами, а иногда и вообще обойтись без них.

Системы Realhorns - особая акустика для особых случаев

Скептики же не устают напоминать о характерной рупорной окраске, особенно заметной на вокале, и придающей ему характерную гнусавость. Побороть данную неприятность действительно нелегко, хотя судя по тому, как играют лучшие образцы High-End-рупоров, вполне реально.

Рупор

Плюсы: Высокий акустический КПД, а значит, отличная чувствительность и неплохое музыкальное разрешение системы.

Минусы: Характерная трудноустранимая окраска звука, недетские размеры средне- и тем более низкочастотных конструкций.

Круги на воде

Именно такой аналогией проще всего описать характер излучения контрапертурных акустических систем, впервые разработанных в Советском Союзе в 80-х годах прошлого века. Принцип работы нетривиален: пара одинаковых динамиков смонтирована так, что их диффузоры расположены друг напротив друга в горизонтальной плоскости и двигаются симметрично, то сжимая, то разжимая воздушную прослойку. В результате создаются кольцевые воздушные волны, равномерно расходящиеся во все стороны. Причем характеристики этих волн в процессе их распространения искажаются минимально, а их энергия затухает медленно - пропорционально расстоянию, а не его квадрату, как в случае обычных АС.

Duevel Sirius сочетает элементы рупорной и контрапертурной конструкций

Помимо дальнобойности и круговой направленности, контрапертурные системы интересны на удивление широкой вертикальной дисперсией (порядка 30 градусов против стандартных 4-8 гр.), а также отсутствием доплеровского эффекта. Для динамиков он проявляется в биениях сигнала, вызванных постоянным изменением расстояния от источника звука до слушателя из-за колебаний диффузора. Правда, реальная слышимость данных искажений до сих пор вызывает много споров.

Взаимное проникновение концентрических звуковых полей правой и левой колонок создают весьма обширную и равномерную зону объемного восприятия, то есть по сути вопрос точного позиционирования АС относительно слушателя становится не актуален.

Итальяно-российская контрапертурная акустика Bolzano Villetri

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.

Подготовлено по материалам журнала "Stereo & Video", июнь 2016 г.

Контрапертура

И другие...

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.