Фазоинвертор или пассивный излучатель. Акустическое оформление четвертого порядка

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.

Обсудить
в Facebook

Отправить
в Google plus

Вот чем мне нравится Kicker, так это своим нестандартным подходом. Пока все упёрлись и вагонами клепают сабвуферы в фазоинверторных корпусах, эти старички car audio просто вспоминают, что есть ещё и другие виды оформления. Пассивный излучатель (он же – passive radiator) имеет много общего с фазоинвертором, но лишён очень многих его недостатков. И ведь ничего нового, Гарри Олсон описал его принцип в своём патенте аж в 1935 году…

Конструкция

Не стану забегать вперёд и первым делом "встречу по одёжке". Kicker CWTB10 очень компактен – длина корпуса не превышает 44 см. Внешний диаметр, соответственно, как у типовой "десяточки" – немногим меньше 28 см. В серии есть и 8-дюймовая модель, она ещё компактнее.

Особо отмечу, что сабвуфер позиционируется производителем как универсальный – его можно использовать не только в автомобиле, но и, скажем, в катерах, открытых внедорожниках или квадроциклах. Корпус выполнен из толстого ударопрочного пластика и полностью герметичен.

Для крепления сабвуфера предусмотрены отверстия с резьбой, а в комплекте идут несколько кронштейнов для горизонтального или вертикального монтажа.

Мне на тест досталась модель с номинальным импедансом 2 Ом, но вообще у Kicker CWTB10 есть и 4-омная версия. 2-омную лучше подключать к какому-нибудь басовому моноблоку, а вот 4-омную можно использовать и с многоканальными усилителями, подключая сабвуфер к паре каналов в мост.

Теперь, собственно, к акустическому оформлению – пассивному излучателю. Форма корпуса тут играет не самую важную роль, но в нашем случае он выполнен в виде трубы, на концах которой – по диффузору. Динамику на самом деле принадлежит только один из них. Второй точно такой же диффузор и на точно таком же подвесе – это и есть пассивный излучатель.

Как работает пассивный излучатель?

Я не зря в самом начале упомянул, что пассивный излучатель имеет много общего с фазоинвертором. Для тех, кто не знает как работает фазоинвертор, коротко рассказываю.

Когда диффузор динамика ходит туда-сюда, он попеременно то сжимает, то разжимает воздух внутри корпуса. Соответственно, этот воздух будет попеременно стремиться то выйти наружу через порт, то засасываться через него обратно. Но фишка в том, что воздух внутри порта имеет определённую инертность, и к выходу из него все эти колебания будут "добираться" с некоторым запозданием.

На определённой частоте (именно она и называется частотой настройки порта) окажется так, что воздух на выходе из порта будет колебаться синхронно с самим диффузором. Т. е. излучения от диффузора и из порта будут складываться. Собственно, это и есть эффект акустического усиления.

Пассивный излучатель работает абсолютно по такому же принципу. Только вместо порта с воздушной массой внутри него тут работает просто диффузор на подвесе. По сути, пассивный излучатель – это точно такой же динамик, только без магнитной системы. И если настройку обычного фазоинверторного порта можно менять его пропорциями и размерами, то в пассивном излучателе настройка меняется массой диффузора и упругостью/вязкостью/жёсткостью его подвеса.

В чём преимущества пассивного излучателя перед обычным фазоинверторным портом?

А вы посмотрите на размеры корпуса, и вопрос отпадёт сам собой. В случае с Kicker CWTB10 внутренний объём получается что-то около 27 литров. Если попробовать рассчитать обычный порт для такого корпуса (например, в JBL Speakershop или в BassPort), то программа выдаст для него ну очень неудобные размеры. Либо сечение будет слишком маленьким, либо длина невменяемой.

А у пассивного излучателя можно сделать хоть какую площадь и хоть какую настройку. Как думаете, получится сделать обычный порт такого же сечения с низкой настройкой? Вот и я о том же.

Как это устроено внутри?

Динамики крепятся через "лапы" защитного гриля. Чтобы добраться до винтов, нужно всего лишь снять с них заглушки.

Кстати, это вам не саморезы какие-нибудь, всё серьёзно – с вживлёнными в корпус закладными гайками.

Внутри корпус заполнен распушённым синтепоном. Если коротко, то он, во-первых, создаёт эффект "увеличения" внутреннего объёма, а во-вторых, в какой-то мере демпфирует колебания воздуха внутри него.

Сам динамик – без лишних этикеток и прочих украшательств. Хотя указанная на лицевой стороне серия Comp R намекает на его родство с отдельным сабвуферным динамиком Kicker 43CWR104. Скорее всего, это он и есть, только в упрощённом исполнении – без декоративных накладок и с более простыми терминалами подключения кабелей.

А вот то, что стоит с другой стороны корпуса. Снаружи выглядит как динамик, но внутри на динамик совсем не похож. Вернее, похож на динамик без мотора.

Там, где к диффузору обычно крепится катушка, закреплена металлическая шайба – она корректирует вес подвижной системы.

Измерения

Для интереса снял импедансную кривую не только целиком для всего сабвуфера, но и отдельно для динамика. Судя по характеру кривых, пассивный излучатель настроен где-то около 35 Гц, что очень близко к Fs самого динамика.

Измеренные параметры динамика в сабвуфере Kicker CWTB10:

• Fs (собственная резонансная частота) – 35 Гц
• Vas (эквивалентный объем) – 19,5 л
• Qms (механическая добротность) – 8,97
• Qes (электрическая добротность) – 0,51
• Qts (полная добротность) – 0,49
• Mms (эффективная масса подвижной системы) – 159 г
• BL (коэффициент электромеханической связи) – 11,1 Тл м
• Re (сопротивление звуковой катушки постоянному току) – 1,8 Ом
• dBspl (опорная чувствительность, 1м, 1Вт) – 84,2 дБ

Впрочем, параметры динамика это так, больше для интереса. Мы же имеем готовый сабвуфер, поэтому оценю его работу в сборе.

Для начала снимаю АЧХ излучения самого диффузора. Обратите внимание на провал как раз в зоне настройки пассивного излучателя – около 35 Гц:

Дело в том, что при работе сабвуфера на этой частоте пассивный излучатель входит в резонанс и сам начинает сжимать-разжимать воздух в корпусе, и для динамика воздух в корпусе как бы становится упруже. Что, в свою очередь, и ограничивает ход его диффузора.

Получается, сабвуфер на этих частотах почти не работает? Конечно же, нет, просто вблизи частоты настройки пассивного излучателя работает в основном не динамик, а сам излучатель:

И вот так они работают вместе:

Общую АЧХ показать, к сожалению, не могу, поскольку измерения на нижних частотах корректно делать лишь в ближнем поле (не вести же его из-за одного измерения в безэховую камеру МТУСИ). Но даже беглый анализ АЧХ динамика и пассивного излучателя даёт понять, что в салоне автомобиля сабвуфер должен работать очень вкусно. Что, собственно, и подтвердилось на практике.

Проба в деле и выводы

Небольшой эксперимент в автомобиле показал, что не стоит преждевременно судить о возможностях этого саба по его размерам. Пассивный излучатель при правильной настройке (а здесь он настроен правильно) – большая сила. По отдаче и глубине баса Kicker CWTB10 уж точно не уступает среднестатистическому 12-дюймовому сабвуферу.

По характеру баса скажу одно – это Kicker. Плотный, весомый, сочный. Для клубной музыки – вообще находка. Что интересно, с увеличением громкости бас не начинает давить на уши, зато начинает восприниматься тактильно – басовый ритм воспринимается ударами в грудь как будто тяжёлым резиновым мячом. И это от какой-то там десяточки!

На открытом пространстве (а с таким исполнением Kicker CWTB10 можно спокойно использовать хоть на катере, хоть на открытом внедорожнике) бас вполне естественно теряет в глубине, но почти не теряет в напоре. Я бы даже сказал, что он становится ещё более плотным и собранным по своей структуре. И опять же, самое то для ритмичной клубной музыки.

В общем, правильно рассчитанный пассивный излучатель – это вам не какой-то там "фазик на трубе". Это посерьёзней будет.

• Компактен, удобен в установке
• Можно использовать в открытых внедорожниках, катерах, квадроциклах и т.д.
• Качественное исполнение
• Неожиданно высокая для 10-дюймового калибра басовая отдача
• На клубной музыке бас просто шикарен

• Тяготеет преимущественно к ритмичной музыке

Обсудить
в Facebook

Отправить
в Google plus

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.

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...

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.