Что такое частотный диапазон в сабвуфере
Как выбрать сабвуфер и правильно его подключить
Сегодня мало кому нужны домашний кинотеатр или аудиосистема без качественных низких частот. А самый удобный и компактный способ получить мощные и качественные басы — это сабвуфер. Правда, далеко не все штудируют нюансы использования акустических систем, и поэтому выбирают, подключают или используют сабвуферы неправильно. А мы сейчас расскажем, как надо.
Почему сабвуфер обязательно нужен?
Много лет назад самым популярным акустическим оформлением для колонок был обычный закрытый ящик, в который монтировались динамики. Это было просто и удобно, но возникла проблема размера. В таком формате способность колонок «бубнеть» прямо зависит от габаритов корпуса, чем больше — тем ниже. И это не всегда удобно.
Чтобы отказаться от огромных колонок-гробов в пользу более компактных аналогов, производители стали применять фазоинверторное оформление. С ним за счет использования низкочастотного резонанса можно усиливать басы в сравнительно небольших корпусах.
Не только ради трюков с причёсками
Когда эксперты проводили исследование по психоакустике, оказалось, что на частотах ниже 150 Гц человеческое ухо практически не ощущает разделения каналов. А это значит, что разделять их стоит для средних и высоких частот, а для низких можно использовать один усилитель и одну отдельную низкочастотную колонку — сабвуфер.
Такая схема получалась дешевле, проще и удобнее, особенно в стеснённых условиях. В схеме с одним сабвуфером получилось ещё раз уменьшить габариты колонок, например, для удобного размещения на столе. Габаритный сабвуфер же при этом можно было размещать в любом удобном месте, потому что восприятие басов практически не зависит от места размещения их источника.
На какие характеристики смотреть
Кроме субъективных ощущений от звука сабвуфера нужно обращать внимание на некоторые характеристики. Главные критерии:
Частотный диапазон большинства сабвуферов от 30 Гц до 150 Гц, редкие устройства способны воспроизводить 20 Гц, звуки ниже — это уже инфразвук, который большинство людей на слух не воспринимают. Иногда условно выделяют три субдиапазона — глубокий (от 20 до 40 Гц), средний (от 40 до 80) и высокий (от 80 до 150 Гц). Что интересно, для более дорогих моделей характерен более узкий диапазон до 80-90 Гц, потому что более высокие звуки уже способны воспроизводить хорошие «колонки-кричалки» (сателлиты). В некоторых бюджетных случаях верхней границей частотного диапазона могут быть 160-180 Гц и выше (и ничего хорошего в этом нет, потому что на этих частотах сабвуфер уже будет выбиваться на фоне звука стереосистемы в целом).
Рекомендуемая мощность усилителя.
Параметр указывается для пассивных сабвуферов. В активных вместо него используется просто мощность (RMS/DIN) или мощность НЧ усиления (RMS/sub RMS/low-out RMS).
Частота разделения (или частота среза).
Это частотный порог, выше которого кроссовер (устройство, которое распределяет частоты) начинает подавлять сигнал. Например, если частота среза равна 120 Гц, то сабвуфер будет воспроизводить звук ниже 120 Гц.
Чувствительность — эффективность превращения мощности в звук. Если чувствительность высокая, то даже не слишком мощный усилитель позволит получить большее звуковое давление (SPL) — т.е. громкость.
Сабвуфер Burmester S8
Габаритные размеры и масса.
Габаритные размеры и масса. Справедливо считается, что чем тяжелее динамик, тем выше его мощность, потому что для мощных динамиков нужны тяжелые магниты. Еще одно неписаное правило гласит о том, что чем больше колонка, тем лучше звук — это в полной мере относится к сабвуферам, хотя фазоинверторы позволяют уменьшить габариты без ущерба для НЧ-диапазона. Габариты следует особенно внимательно учитывать в стесненных условиях современных квартир.
Иногда имеет значение также акустическое оформление сабвуферов — именно от него будут зависеть габариты, громкость и некоторые особенности в звучании. Самый распространённый способ — фазоинверторные сабы. Они очень компактные и имеют самый высокий КПД, этот тип подходит почти всем.
НЧ-колонки нужна, понятное дело, для НЧ-усиления. Сабвуферы могут быть активными, т.е иметь встроенный усилитель, а могут и не иметь его. Когда речь идет о ресиверах домашних кинотеатров, чаще всего используется отдельный усилитель или активный сабвуфер, для подключения которых предусмотрен отдельный НЧ-выход.
Для флагманских усилителей, которые рассчитаны на многоканальные системы, например, специальных многоканальные устройства от Burmester или некоторые модели Marantz и McIntosh — вопрос отпадет сразу — в них уже есть выход для подключения пассивного сабвуфера.
Но так бывает не у всех и не всегда, поэтому придется либо использовать параллельное подключение к обычному стерео усилителю, либо СЧ-ВЧ-терминалы на сабвуфере (об этих способах подключения ниже). А можно применять и отдельный низкочастотный усилитель.
Ещё важна мощность усиления. При чувствительности 85-86 дБ, достаточная мощность (RMS) сабвуфера для комнаты в 30-40 кв.м. составит около 40-50 Вт. При повышении чувствительности будет расти громкость, поэтому понадобится меньшая мощность усиления
Как правильно подключать сабвуфер
Чаще всего усилители оборудованы выходными RCA-разъемами, которые позволяют подключать активные сабвуферы. В этом случае всё просто, саб подключается RCA кабелем и всё. В других случаях, как у уже упомянутого Burmester, в комплекте есть специальный модуль НЧ-усиления. Здесь тоже нет особенных проблем, потому что у усилителя есть специальный выход для низкочастотной колонки. Гораздо сложнее, когда для сабвуфера и сателлитов нужно использовать обычный стереоусилитель.
Сабвуфер Monitor Audio WS-10
Если на сабвуфере есть выходы для СЧ-ВЧ-стереопары, то стереоусилитель подключается к входу сабвуфера, а стереопара к соответствующему выходу. Если такого выхода в сабе нет, то нужно использовать параллельное подключение к тем же выходам, которые подают сигнал на сателлиты. Как правило, сабвуферы имеют достаточно большое сопротивление и такое подключение не вызывает проблем.
Поиск места для размещения сабвуфера
Как ни странно самые ощутимые проблемы с басом возникают не из-за конструктивных особенностей сабвуфера, а в силу акустических свойств помещения, в котором он установлен. Из-за отражения от стен комнаты появляются т.н. стоячие волны, которые ослабляют звучание НЧ при установке саба в некоторых местах.
Чтобы понять, где ему лучше стоять, нужно включить тестовую запись и переставлять саб до тех пор, пока не услышите лучшее звучание низких частот. Вполне возможно, таких мест будет несколько. Чтобы увеличить площадь расположения саба и уменьшить вероятность появления стоячих волн, есть смысл провести акустическую обработку помещения и закрыть стены в местах первых отражений звукорассеивающим материалом.
Регулировка кроссовера
Используя описанные критерии выбора, способы размещения и настройки сабвуфера можно добиться впечатляющих результатов и сделать звук таким, каким должен быть в вашем понимании. Важно понимать, что качественный бас в домашней системе не имеет ничего общего с бухающими автомобильными сабвуферами. Хороший сабвуфер при правильной настройке не слышно, он становится частью общего гармоничного звучания системы. И вместо того, чтобы увеличивать громкость, вы сможете насладиться высочайшим качеством звучания при любой громкости. Хорошего вам звука и удачных покупок!
Пособие по настройке сабвуфера для начинающих
Источник: журнал «Тюнинг автомобилей» (при участии Car&Music), апрель 2012
Что такое бас вообще?
Но перед тем, как сразу же кидаться крутить ручки и щелкать переключателями, давайте немного проясним, а что же вообще представляет собой бас как таковой. Динамик своим колеблющимся диффузором создает чередование сжатий и разрежений воздуха. Принято считать, что среднестатистический человек воспринимает такие воздушные колебания именно как звук, если они происходят с частотами от 16-20 раз в секунду до 14-18 тысяч раз в секунду. То есть, от 16-20 герц до 14-18 килогерц. Так вот, басом считается самый нижний диапазон этих звуковых колебаний — примерно от 20 до 150 Гц. Именно с такими частотами колеблются диффузоры сабвуферов и мидбасовых динамиков. Обычно говорят, что колебания до 50 Гц — низкий бас, 50-100 — средний бас, а 100-150 — верхний бас (хотя деление это весьма условное и приблизительное).
ПОМНИТЕ, ЧТО ЗАДАЧА САБВУФЕРА — НЕ ПЕТЬ ГОЛОСОМ, А ВОСПРОИЗВЕСТИ ЛИШЬ САМЫЕ НИЗКИЕ ЧАСТОТЫ. МУЗЫКУ ДОЛЖНЫ ИГРАТЬ ОСНОВНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ (ФРОНТАЛЬНЫЕ ИЛИ ВМЕСТЕ С ТЫЛОВЫМИ), А САБ — ЛИШЬ ПРИДАВАТЬ ЗВУКУ НЕОБХОДИМУЮ МАССИВНОСТЬ И ОСНОВАТЕЛЬНОСТЬ, КСТАТИ.
Настраивая бас, полезно знать, какая область частот в звуке за что отвечает. Для примера возьмем ударную установку: область частот в районе 40 Гц определяет глубину и мягкость удара, в районе 63 Гц — увесистость, тяжесть удара, область около 80 Гц — твердость удара. В звуке бас-гитары или контрабаса частоты в области 40 —50 Гц определяют массивность инструмента, а в области 100 Гц — плотность, упругость баса.
ЕСЛИ САБВУФЕР БУДЕТ ПЛОХО СОГЛАСОВАН С МИДБАСОМ, ПРОИЗОЙДЕТ „РАСЛОЕНИЕ» БАСА, ЗВУЧАНИЕ ПОТЕРЯЕТ И ДРАЙВ, СОЧНОСТЬ, ЭМОЦИОНАЛЬНОСТЬ. ЕСЛИ ЭТО „ЖИВОЙ» ИНСТРУМЕНТ, ТО ПОСТРАДАЕТ НАТУРАЛЬНОСТЬ ЕГО ЗВУЧАНИЯ. В ЭЛЕКТРОННОЙ МУЗЫКЕ МЫ ПОЛУЧИМ НЕ ПЛОТНЫЙ БАСОВЫЙ РИТМ, А ЛИБО ВЯЛОЕ УХАНЬЕ, ЛИБО НАПРОТИВ — ГУЛКУЮ КОЛОТУШКУ, ОТ КОТОРОЙ ЧЕРЕЗ 10 МИНУТ НАЧНЕТ БОЛЕТЬ ГОЛОВА. В ХУДШЕМ СЛУЧАЕ САБ БУДЕТ ВОСПРИНИМАТЬСЯ ВООБЩЕ ИГРАЮЩИМ ОТДЕЛЬНО, КАК БЫ САМ ПО СЕБЕ.
Первый этап: включаем фильтр нижних частот
Итак, нам нужно в сигнале сабвуфера ослабить средние и высокие частоты, и оставить лишь низкие. Это умеет делать частотный фильтр, в данном случае — фильтр нижних частот (ФНЧ, он же Low Pass Filter, обозначается как LPF или просто LP). Он пропускает все, что ниже частоты настройки и ослабляет все, что выше. Таким фильтром может быть оснащено, к примеру, головное устройство, усилитель, или же он может быть и там, и там одновременно.
Второй этап: выставляем предварительную частоту настройки и громкость сабвуфера
Теперь найдите регулятор, отвечающий за частоту настройки фильтра. В усилителе — это обычная „крутилка», обозначается как Frequency или что-то в этом роде. Выставьте ее пока на частоту 80 Гц. При такой настройке на сабвуфер беспрепятственно будут проходить только низкие частоты, а все что выше 80 Гц, будет заметно ослабляться. Отыщите другую „крутилку» — чувствительности (может обозначаться как Level или Gain), отрегулируйте ей громкость сабвуфера относительно основных динамиков. Не переборщите с уровнем, саб не должен перекрикивать все остальное!
ЕСЛИ УРОВЕНЬ САБА БУДЕТ СЛИШКОМ ВЕЛИК, ТО БАС ПОТЕРЯЕТ В СВОЕЙ НАТУРАЛЬНОСТИ (ВАЖНО ДЛЯ „ЖИВЫХ» МУЗЫКАЛЬНЫХ ЖАНРОВ), ЧЕТКОСТИ И УПРУГОСТИ (ВАЖНО ДЛЯ ЛЮБОЙ МУЗЫКИ). ДАЖЕ ЕСЛИ ВЫ БОЛЬШОЙ ЛЮБИТЕЛЬ „КИШКОТРЯСНОЙ» И „ВОЛОСОШЕВЕЛИТЕЛЬНОЙ» ЭЛЕКТРОНИКИ, ВСЕ РАВНО » УМЕРЬТЕ СВОЙ ПЫЛ, МНОГО ПЛОХОГО БАСА — ЭТО ХУЖЕ, ЧEM В МЕРУ ХОРОШЕГО.
Третий этап: подбираем полярность включения сабвуфера
Существует распространенное, но ошибочное мнение, что динамики можно подключать только строго соблюдая полярность, обозначенную на усилителе, мол, плюс к плюсу и минус к минусу. Иначе они будут работать якобы „не в ту сторону» и быстро выйдут из строя. На самом же деле диффузор динамика всегда ходит одинаково и в „плюс», и в „минус» относительно своего положения покоя, а полярностью подключения всего лишь определяется, в какую сторону он пойдет „сначала», а в какую „потом». Это, понятное дело, никак не сказывается на самочувствии динамика, но зато сказывается на его звучании. Так что на этом этапе мы будем определять правильную полярность включения сабвуфера.
Поставьте музыку, в которой есть хорошо различимые низкочастотные инструменты и постарайтесь выбрать такой вариант подключения саба, при котором он будет максимально сливаться своим звучанием с основной акустикой, будет максимально четким и собранным. Поскольку звуковая картина с передних и задних сидений будет отличаться, вам придется побегать: поменяли на сабвуфере полярность — сели за руль послушали, потом опять к багажнику: поменяли, послушали, выбрали лучший вариант. Помните, что слушать нужно при закрытых дверях.
В идеале не должно быть слышно, что бас идет сзади. Когда вы сидите впереди, должно создаваться впечатление, что басят передние, основные динамики. Если добиться такого цельного и слитного звучания не получается, то, возможно, вы немного перестарались с громкостью сабвуфера (в этом случае просто убавьте чувствительность на усилителе), допустили какие-то промахи при изготовлении корпуса (он издает паразитные призвуки) или у вас просто что-то дребезжит в багажнике (эти звуки, кстати, не обязательно должно быть отчетливо слышны, они могут успешно маскироваться сабвуфером).
Четвертый этап: регулируем сабсоник
Многие басовые усилители оснащены так называемым „подтональным фильтром», сабсоником. Это на самом деле обычный фильтр верхних частот, который ослабляет в сигнале все, что ниже частоты его настройки, то есть убирает самые-самые низкие частоты. Вот тут, наверняка, может возникнуть вопрос — зачем он нужен, разве ж саб не предназначен для того, чтобы воспроизводить нижние частоты?
Просто все дело в том, что чем ниже частота, тем выше ход у динамика, и на сверхнизких частотах он может оказаться настолько большим, что там недалеко и до порванного подвеса, изломанного диффузора или заклинившей звуковой катушки. Мне нередко приходилось наблюдать ситуацию, когда диффузор сабвуфера ходит ходуном, а бас при этом вялый и гулкий. И напротив, действительно громкий, сочный и упругий бас зачастую может издавать сабвуфер, диффузор которого вроде бы едва шевелится. А ведь мы уже говорили, что в реальной-то музыке частот ниже 30 Гц практически нет, причем даже в самом забойном гангста-рэпе. А посему мы можем ослабить малоинформативные сверхнизкие частоты абсолютно без ущерба для музыки. Будучи же освобожденными от них, сабвуфер заиграет гораздо лучше — он будет басить четче и упруже, повысится предел максимальной громкости. Настройте сабсоник на частоту около 20 Гц. Если вы любите очень громкий бас, то можете поднять его настройку до 30, а в экстремальных случаях и вовсе до 40 Гц. Не переживайте, вы при этом нисколько не потеряете в сочности и мясистости баса, зато сохраните динамик целым. Кстати, если у вас сабвуфер в корпусе с фазоинвертором, то сабсоник вообще из разряда must have. Дело в том, что в закрытом корпусе объем воздуха, заключенный внутри, придерживает динамик и не дает ему слишком разбалтываться. А вот в фазоинверторном это происходит только выше частоты настройки порта, а на более низких частотах диффузор болтается практически ничем не сдерживаемый, и очень быстро доходит до своих физических пределов хода со всеми, как говорится, вытекающими.
Пятый этап: „сращиваем» звучание сабвуфера с звучанием мидбасовых динамиков более тщательно
На этом этапе настройки вам предстоит найти оптимальную частоту настройки фильтра нижних частот (ФНЧ, LPF, LP) и громкость сабвуфера. Эти две регулировки всегда нужно выставлять в комплексе. Принцип примерно такой:
— Если мы уменьшаем частоту среза LP и одновременно увеличиваем громкость, то бас при этом становится более мягким и глубоким. Но если перестараться, то может получиться эффект, когда фронт басового удара отделится от самого низкочастотного наполнения — саб будет звучать как бы сам по себе.
— Если увеличиваем частоту среза LP, то бас становится жестче, приобретает большую ударность. При этом громкость нужно убавлять, иначе можно получить чрезмерную „колотушечность», и это будет уже не бас, а долбежный гулкий звук как палкой по пустой бочке, этого нам тоже никак не нужно. В хорошо настроенной системе сабвуфер не должен восприниматься играющим отдельно. Он должен сливаться с звучанием основной акустики так, будто это басит она. Старайтесь добиться, чтобы инструменты звучали наиболее естественно. И тогда вы сможете с уверенностью сказать: „Да, у меня в машине очень хороший качественный бас».
ЧТО ДАЕТ ВКЛЮЧЕНИЕ ФИЛЬТРА ВЕРХНИХ ЧАСТОТ В ОСНОВНЫХ КАНАЛАХ?
Если вы просто добавляете сабвуфер в штатную систему, то все, чем вы располагаете для настройки — это лишь регулировки на нем самом (точнее, на сабвуферном усилителе). Если же у вас более развитая система, в которой от усилителя работают и основные каналы, то наверняка кое-какие регулировки есть и в нем.
В данном случае нам нужен фильтр верхних частот (ФВЧ, High Pass Filter, HPF, HP). Работает он, как вы наверное уже поняли, прямо противоположно фильтру нижних частот — пропускает все, что выше частоты настройки и ослабляет все, что ниже.
Если вы его включите, то ослабите в сигнале для основных динамиков самый низкий бас. И неважно, что небольшие 6,5-дюймовые мидбасы (или какие у вас там) и без того низкий бас толком не воспроизводят, будучи освобожденными от низкочастотных сигналов, динамики заиграют намного легче, в звуке появятся упругость и четкость, уйдет гудение и призвуки двери, срастить звучание мидбасов с сабом станет намного легче.
Если вам доступна настройка ФВЧ в основных каналах, то настройте сначала этот фильтр, не включая сабвуфер. Слишком высокая частота настройки лишает звук основательности, весомости, а при слишком низкой ходу диффузора может быть слишком большим. Найдите компромисс, при котором диффузоры динамиков будут иметь небольшой ход, но при этом еще не пропадет басовитость. После этого приступайте к настройке сабвуфера.
ЕСЛИ ДИФФУЗОР ХОДИТ ХОДУНОМ, ЧУТЬ ЛИ НЕ ВЫПРЫГИВАЯ ИЗ ДИНАМИКА, ТО ЭТО, ВООБЩЕ-ТО, ЕЩЕ НЕ ПРИЗНАК КРУТОСТИ. ЧАСТО КАК РАЗ С ТОЧНОСТЬЮ ДО НАОБОРОТ.
Многие усилители оснащены фазовращателем. Он нужен для более точного согласования звучания сабвуфера и мидбасовых динамиков. На этапе номер 3 мы подобрали наилучшую полярность включения простым перекидыванием проводов на клеммах сабвуферного динамика. Это, по сути, соответствует крайним положениям фазовращателя, которые обозначаются как «0» и «180 градусов». Сам же фазовращатель позволяет выставлять еще и промежуточные значения. Вы можете воспользоваться им при финишной настройке системы.
Сабвуферы — матчасть
Fs (Гц) — частота собственного резонанса головки громкоговорителя в открытом пространстве. В этой точке ее импеданс максимален.
Fc (Гц) — частота резонанса акустической системы для закрытого корпуса.
Fb (Гц) — частота резонанса фазоинвертора.
F3 (Гц) — частота среза, на которой отдача головки снижается на 3 dB.
Vas (куб.м) — эквивалентный объем. Это возбуждаемый головкой закрытый объем воздуха, имеющий гибкость, равную гибкости Cms подвижной системы головки.
D (м) — эффективный диаметр диффузора.
Sd (кв.м) — эффективная площадь диффузора (примерно 50-60% конструктивной площади).
Xmax (м) — максимальное смещение диффузора.
Vd (куб.м) — возбуждаемый объем (произведение Sd на Xmax).
Re (Ом) — сопротивление обмотки головки постоянному току.
Rg (Ом) — выходное сопротивление усилителя с учетом влияния соединительных проводов и фильтров.
Qms (безразмерная величина) — механическая добротность головки громкоговорителя на резонансной частоте (Fs), учитывает механические потери.
Qes (безразмерная величина) — электрическая добротность головки громкоговорителя на резонансной частоте (Fs), учитывает электрические потери.
Qts (безразмерная величина) — полная добротность головки громкоговорителя на резонансной частоте (Fs), учитывает все потери.
Qmc (безразмерная величина) — механическая добротность акустической системы на резонансной частоте (Fs), учитывает механические потери.
Qec (безразмерная величина) — электрическая добротность акустической системы на резонансной частоте (Fs), учитывает электрические потери.
Qtc (безразмерная величина) — полная добротность акустической системы на резонансной частоте (Fs), учитывает все потери.
Ql (безразмерная величина) — добротность акустической системы на частоте (Fb), учитывающая потери перетекания.
Qa (безразмерная величина) — добротность акустической системы на частоте (Fb), учитывающая потери поглощения.
Qp (безразмерная величина) — добротность акустической системы на частоте (Fb), учитывающая прочие потери.
n0 ( безразмерная величина, иногда %) — относительная эффективность (К.П.Д.) системы.
Cms (м/Н) — гибкость подвижной системы головки громкоговорителя(смещение под воздействием механической нагрузки).
Mms (кГ) — эффективная масса подвижной системы (включает массу диффузора и колеблющегося вместе с ним воздуха).
Rms (кГ/с) — активное механическое сопротивление головки.
B (Тл) — индукция в зазоре.
l (м) — длина проводника звуковой катушки.
Bl (м/Н) — коэффициент магнитной индукции.
Pa — акустическая мощность.
Pe — электрическая мощность.
c=342 м/с — скорость звука в воздухе в нормальных условиях.
p=1.18 кГ/м^3 — плотность воздуха в нормальных условиях.
Le — индуктивность катушки.
BL – значение плотности магнитного потока, умноженный на длину катушке.
Spl – уровень звукового давления в дБ.
Минимальный набор характеристик, которые вам понадобится выяснить — это:
Собственная резонансная частота динамика Fs
Полная добротность Qts
Эквивалентный объем Vas.
В принципе, есть и другие характеристики, которые полезно было бы знать, но этого, в общем-то, хватит. (сюда не включен диаметр динамика, поскольку его и так видно, без документации.) Ну а теперь — что все это означает.
Собственная частота — это частота резонанса динамика без какого-либо акустического оформления. Она так и измеряется — динамик подвешивают в воздухе на возможно большем расстоянии от окружающих предметов, так что теперь его резонанс будет зависеть только от его собственных характеристик — массы подвижной системы и жесткости подвески. Бытует мнение, что чем ниже резонансная частота, тем лучше выйдет сабвуфер. Это верно только отчасти, для некоторых конструкций излишне низкая частота резонанса — помеха. Для ориентира: низкая — это 20 — 25 Гц. Ниже 20 Гц — редкость. Выше 40 Гц — считается высокой, для сабвуфера.
Полная добротность. Добротность в данном случае- не качество изделия, а соотношение упругих и вязких сил, существующих в подвижной системе динамика вблизи частоты резонанса. Подвижная система динамика во много сродни подвеске автомобиля, где есть пружина и амортизатор. Пружина создает упругие силы, то есть накапливает и отдает энергию в процессе колебаний, а амортизатор — источник вязкого сопротивления, он ничего не накапливает, а поглощает и рассеивает в виде тепла. То же самое происходит при колебаниях диффузора и всего, что к нему прикреплено. Высокое значение добротности означает, что преобладают упругие силы. Это — как автомобиль без амортизаторов. Достаточно наехать на камешек и колесо начнет прыгать, ничем не сдерживаемое. Прыгать на той самой резонансной частоте, которая присуща этой колебательной системе.
Применительно к громкоговорителю это означает выброс частотной характеристики на частоте резонанса, тем больий, чем выше полная добротность системы. Самая высокая добротность, измеряемая тысячами — у колокола, который в результате ни на какой частоте, кроме резонансной звучать не желает, благо еще, что этого от него никто и не требует.
Популярный метод диагностики подвески машины покачиванием — не что иное как измерение добротности подвески кустарным способом. Если теперь привести подвеску в порядок, то есть прицепить параллельно пружине амортизатор, накопленная при сжатии пружины энергия уже не вся вернется обратно, а частично будет загублена амортизатором. Это — снижение добротности системы. Теперь опять вернемся к динамику. Ничего, что мы туда-сюда ходим? Это, говорят, полезно…С пружиной у динамика все, вроде бы, ясно. Это — подвеска диффузора. А амортизатор? Амортизаторов — целых два, работающих параллельно. Полная добротность динамика складывается из двух: механической и электрической. Механическая добротность определяется главным образом выбором материала подвеса, причем в основном — центрирующей шайбы, а не внешнего гофра, как иногда полагают. Больших потерь здесь обычно не бывает и вклад механической добротности в полную не превышает 10 — 15%. Основной вклад принадлежит электрической добротности. Самый жесткий амортизатор, работающий в колебательной системе динамика — это ансамбль из звуковой катушки и магнита. Будучи по своей природе электромотором, он как и полагается мотору, может работать как генератор и именно этим и занят вблизи частоты резонанса, когда скорость и амплитуда перемещения звуковой катушки — максимальны. Двигаясь в магнитном поле, катушка вырабатывает ток, а нагрузкой для такого генератора служит выходное сопротивление усилителя, то есть практически — ноль. Получается такой же электрический тормоз, каким снабжены все электрички. Там тоже при торможении тяговые двигатели заставляют работать в режиме генераторов, а нагрузка их — батареи тормозных сопротивлений на крыше.
Величина вырабатываемого тока будет, естественно, тем больше, чем сильнее магнитное поле, в котором движется звуковая катушка. Получается, что чем мощнее магнит динамика, тем ниже, при прочих равных, его добротность. Но, конечно, поскольку в формировании этой величины участвуют и длина провода обмотки, и ширина зазора в магнитной системе, окончательный вывод только на основании размера магнита было бы делать преждевременно. А предварительный — почему нет.
Базовые понятия — низкой считается полная добротность динамика меньше 0,3 — 0,35; высокой — больше 0,5 — 0,6.
Эквивалентный объем. Большинство современных головок громкоговорителей основано на принципе «акустического подвеса».
У нас их иногда называют «компрессионными», что неправильно. Компрессионные головки — это совсем другая история, связанная с применением в роли акустического оформления рупоров.
Концепция акустического подвеса заключается в установке динамика в такой объем воздуха, упругость которого сопоставима с упругостью подвеса динамика. При этом получается, что в параллель к уже имеющейся в подвеске пружине поставили еще одну. Эквивалентным объемом будет при этом такой, при котором вновь появившаяся пружина равна по упругости уже имевшейся. Величина эквивалентного объема определяется жесткостью подвеса и диаметром динамика. Чем мягче подвес, тем больше будет величина воздушной подушки, присутствие которой начнет беспокоить динамик. То же происходит с изменением диаметра диффузора. Большой диффузор при одном и том же смещении будет сильнее сжимать воздух внутри ящика, тем самым испытывая большую ответную силу упругости воздушного объема.
Именно это обстоятельство зачастую определяет выбор размера динамика, исходя из имеющегося объема для размещения его акустического оформления. Большие диффузоры создают предпосылки для высокой отдачи сабвуфера, но требуют и больших объемов. Аргумент из репертуара комнаты в конце школьного коридора «а у меня больше» здесь надо применять осмотрительно.
У эквивалентного объема интересные родственные связи с резонансной частотой, без осознания которых легко промахнуться. Резонансная частота определяется жесткостью подвеса и массой подвижной системы, а эквивалентный объем — диаметром диффузора и той же жесткостью.
В результате возможна такая ситуация. Предположим, имеется два динамика одинакового размера и с одинаковой частотой резонанса. Но только у одного из них это значение частоты получилось вследствие тяжелого диффузора и жесткой подвески, а у другого — наоборот, легкого диффузора на мягком подвесе. Эквивалентный объем у такой парочки при всей внешней схожести может различаться очень существенно, и при установке в один и тот же ящик результаты будут драматически различны.
Итак, установив, что означают жизненно важные параметры, начнем наконец выбирать суженого. Модель будет такая — считаем, что вы определились, на основе, скажем, материалов предыдущей статьи этой серии, с типом акустического оформления и теперь надо выбрать для него динамик из сотен альтернатив. Освоив этот процесс, обратный, то есть выбор подходящего оформления под выбранный динамик, дастся вам без труда. В смысле — почти без труда.
Закрытый ящик, простейшее акустичнское оформление, но далеко не примитивное, напротив, имеющее, в особенности в автомобиле, ряд важнейших преимуществ перед другими. Популярность его в мобильных приложениях нисколько не угасает, потому с него и начнем.
Что происходит с характеристиками динамика при установке в закрытый ящик? Это зависит от одной-единственной величины — объема ящика. Если объем настолько велик, что динамик его практически не замечает, мы приходим к варианту бесконечного экрана. На практике такая ситуация достигается, когда объем ящика (или другого замкнутого объема, находящегося позади диффузора, а проще говоря, что там скрывать — багажника автомобиля) превышает эквивалентный объем динамика втрое или больше. Если такое соотношение выполняется, резонансная частота и полная добротность системы останутся практически такими же, какими они были у динамика. А значит — их и выбирать надо соответственно. Известно, что акустическая система будет обладать наиболее гладкой частотной характеристикой при величине полной добротности, равной 0,7. При меньших значениях улучшаются импульсные характеристики, но спад частотки начинается довольно высоко по частоте. При больших — частотная характеристика приобретает подъем вблизи резонанса, а переходные характеристики несколько ухудшаются. Если вы ориентируетесь на классическую музыку, джаз или акустические жанры — оптимальным выбором будет несколько передемпфированная система с добротностью 0,5 — 0,7. Для более энергичных жанров не повредит подчеркивание низов, которое достигается при добротности 0,8 — 0,9. И наконец, любители рэпа оттянутся по полной программе, если из система будет обладать добротностью, равной единице или даже выше. Значение 1,2 надо, пожалуй, признать предельным для любого жанра, претендующего на музыкальность.
Надо еще иметь в виду, что при установке сабвуфера в салоне машины происходит подъем низких частот, начиная с определенной частоты, обусловленной размерами салона. Типичные значения для начала подъема АЧХ 40 Гц для большой машины, вроде джипа или мини-вэна; 50 — 60 для средней, вроде восьмерки или «корейки»; 70 — 75 для маленькой, с Таврию.
Теперь ясно — для установки в режиме бесконечного экрана ( или Freeair, если вас не смущает, что последнее название запатентовано Stillwater Designs) нужен динамик с полной добротностью не ниже 0,5, а то и выше и резонансной частотой никак не ниже герц эдак 40 — 60, в зависимости от того, во что будете ставить. Такие параметры обычно означают довольно жесткий подвес, только это и спасает динамик от перегрузки в условиях отсутствия «акустической поддержки» со стороны закрытого объема. Вот пример — фирма Infinity выпускает в сериях Reference и Kappa варианты одних и тех же головок с индексами br (bass reflex) и ib (infinite baffle).Параметры Тиля-Смолла, например, у десятидюймовой Reference различаются так:
Параметр T/S 1000w.br 1000w.ib
Видно, что вариант ib по резонансной частоте и добротности — готовенький для работы «как есть», а судя и по частоте резонанса и по эквивалентному объему — эта модификация намного жестче другой, оптимизированной для работы в фазоинверторе, а, значит, более вероятно выживет в нелегких условиях Freeair.
А что случится, если, не обратив внимания на маленькие буковки, вы загоните в эти условия похожий, как две капли воды динамик с индексом br? А вот что: из-за низкой добротности частотная характеристика начнет заваливаться уже на частотах около 70 — 80 Гц, а ничем не сдерживаемая «мягкая» головка будет себя чувствовать очень неуютно на нижнем краю диапазона, причем перегрузить ее там — проще простого.
Для применения в режиме «бесконечного экрана» надо выбирать динамик с высокой полной добротностью (не меньше 0,5) и резонансной частотой (не ниже 45 Гц), уточнив эти требования в зависимости от типа преимущественного музыкального материала и размера салона.
Теперь о «небесконечном» объеме. Если поставить динамик в объем, сопоставимый с его эквивалентным объемом, система приобретет характеристики, существенно отличающиеся от тех, с которыми в эту систему явился динамик. Прежде всего при установке в закрытый объем возрастет резонансная частота. Жесткость-то увеличилась, а масса — осталась прежней. Возрастет и добротность. Судите сами — приставив в помощь жесткости подвеса жесткость небольшого, то есть неподатливого воздушного объема, мы тем самым как бы поставили вторую пружину, а амортизатор оставили старый.
С уменьшением объема добротность системы и ее резонансная частота растут одинаково. Значит, если мы увидели динамик с добротностью, скажем, 0,25, а хотим иметь систему с добротностью, скажем, 0,75, то резонансная частота тоже увеличится втрое. А какая она там у динамика? 35 Гц? Так значит, в правильном, с точки зрения формы частотной характеристики, объеме она окажется 105 Гц, а это, знаете ли, уже не сабвуфер. Значит — на подходит. Вот видите, и калькулятор не понадобился. Смотрим другой. Резонансная частота 25 Гц, добротность 0,4. Получается система с добротностью 0,75 и частотой резонанса где-то около 47 Гц. Вполне достойно. Попробуем тут же, не отходя от прилавка, прикинуть, какого объема понадобится ящик. Написано, что Vas = 160 л (или же 6 cu.ft, что более вероятно).
Вот некая карманная шпаргалка для мобильности:
Резонансная частота и добротность возрастут в Если объем ящика составляет от Vas
У нас — примерно вдвое, так что получается ящичек объемом литров 50 — 60. Многовато будет…Давайте следующий. И так далее.
Получается, что для того, чтобы вышло мыслимое акустическое оформление, параметры динамика мало того, что должны находиться в каком-то определенном коридоре значений, но еще и быть увязаны между собой.
Эту увязку опытные люди свели в показатель Fs/Qts.
Если величина Fs/Qts составляет 50 или меньше, динамик рожден для закрытого ящика. Необходимый объем ящика при этом будет тем меньше, чем ниже Fs или чем меньше Vas.
По внешним данным «прирожденных затворников» можно узнать по тяжелым диффузорами и мягким подвесам (что дает низкую резонансную частоту), не очень большим магнитам (чтобы добротность была не слишком низкой), длинным звуковым катушкам (поскольку ход диффузора у динамика, работающего в закрытом ящике, может достигать довольно больших значений).
Фазоинвертор
Другой тип популярного акустического оформления — фазоинвертор, при всем горячем желании у прилавка посчитать нельзя, даже приблизительно. Но прикинуть пригодность для него динамика — можно.
Резонансная частота системы этого типа определяется уже не одной только резонансной частотой динамика, но и настройкой фазоинвертора. Это же относится и к добротности системы, которая может существенно меняться с изменением длины тоннеля даже при неизменном объеме корпуса. Поскольку фазоинвертор может быть, в отличие от закрытого ящика, настроен на частоту, близкую или даже ниже, чем у динамика, собственной резонансной частоте головки «позволено» быть выше, чем в предыдущем случае. Это означает, при удачном выборе, более легкий диффузор и, как следствие, улучшение импульсных характеристик, в чем фазоинвертор нуждается, поскольку его «врожденные» переходные характеристики не из лучших, хуже, чем у закрытого ящика, по крайней мере. Зато добротность желательно иметь возможно ниже, не больше 0,35. Сводя это в тот же показатель Fs/Qts, формула выбора динамика для фазоинвертора выглядит просто:
Для работы в фазоинверторе подходят динамики, у которых показатель Fs/Qts составляет 90 и больше.
Внешние признаки фазоинверсной породы: легкие диффузоры и мощные магниты.
Бандпассы (совсем коротко)
Полосовые громкоговорители, при всех своих громких достоинствах (это в смысле наибольшей эффективности, в сравнении с другими типами) — наиболее сложны в расчете и изготовлении, а согласование их характеристик с внутренней акустикой автомобиля при недостаточном опыте может превратиться в кромешный ад, поэтому с этим видом акустического оформления лучше идти по камушкам и воспользоваться рекомендациями изготовителей динамиков, хоть это и связывает руки. Однако, если руки все же находятся в развязанном состоянии и чешутся попробовать: для одиночных бандпассов подходят практически те же динамики, что и для фазоинверторов, а для двойных или квазиполосовых — они же или, что более желательно, головки с показателем Fs/Qts равным 100 и выше.
Вся информация взята ТУТ